JP6068259B2 - 電源装置及びこれを備えた電子部品試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる出力レンジに対応可能な電源装置及びこれを備えた電子部品試験装置に関する。

従来、ダイオードなどの静特性を試験する半導体静特性試験装置において、ショットキーダイオードなどの低耐電圧素子（例えば、耐圧１００Ｖ未満）と、ｐｎ接合ダイオードなどの高耐電圧素子（例えば、耐圧１００Ｖ以上）とに対して逆方向特性試験が行われている。試験装置の試験レンジは、低電圧小電流（例えば、Ｖ１：数百Ｖ、Ｉ２：数ｍＡ）のレンジ（必要レンジＩ）と高電圧微小電流（例えば、Ｖ２：数千Ｖ、Ｉ１：数十μＡ）のレンジ（必要レンジＩＩ）に分かれており、低耐電圧素子に対しては低電圧小電流のレンジで、高耐電圧素子に対しては高電圧微小電流のレンジで、逆方向静特性試験が行われる。

この試験装置を実現するためには、試験装置内の電源装置の出力レンジは、図３に示すように最大出力電圧（Ｖ２）と最大出力電流（Ｉ２）の両方をカバーする必要がある（第１の構成）。このような高電圧を発生する電源装置としては、例えば、特許文献１に記載の装置が知られている。

あるいは、図４に示すように、試験装置内の電源装置として、低電圧小電流のレンジ用の電源Ｉと、高電圧微小電流のレンジ用の電源ＩＩとを設け、試験対象に応じて両者を切り替える第２の構成も考えられる。

特開平１０−２５７７６３号公報

しかしながら、上記従来の第１の構成では、図３に示すように、電源装置の出力レンジと実使用レンジ（必要レンジＩ，ＩＩ）との間に大きな差があるため、電源装置の出力容量が必要以上に大きくなる。従って、電源装置及び試験装置において、大型化、価格の上昇、発熱量の増加等の問題がある。

また、上記従来の第２の構成では、各電源の出力容量を小さくできるため発熱量を低減できるが、一方の電源を使用している時には他方の電源は未使用であり、大型化、価格の上昇の問題は解決できない。

そこで、本発明は、異なる出力レンジに対応可能であると共に、小型、安価、且つ、低発熱量の電源装置及びこれを備えた電子部品試験装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電源装置は、
第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧する第１の昇圧回路と、
オン又はオフに制御され、オン時に前記第２の直流電圧を第３の直流電圧に昇圧して出力端子に出力し、オフ時に前記第３の直流電圧の出力を停止する第２の昇圧回路と、
前記第２の直流電圧が一端に供給され、前記出力端子に他端が接続され、前記一端から前記他端に電流を流す整流素子と、を備える
ことを特徴とする。

また、前記電源装置において、
前記第１の昇圧回路が出力する電流の最大値は、前記第２の昇圧回路が出力する電流の最大値より大きくてもよい。

また、前記電源装置において、
前記第１の昇圧回路は、
前記第１の直流電圧を第１の交流電圧に変換する第１の変換部と、
前記第１の交流電圧を昇圧すると共に整流して前記第２の直流電圧を出力する第１の昇圧整流部と、を有してもよい。

また、前記電源装置において、
前記第２の昇圧回路は、
スイッチング素子を含み、前記第２の昇圧回路のオン時に前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記第２の直流電圧を第２の交流電圧に変換し、前記第２の昇圧回路のオフ時に前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止する第２の変換部と、
前記第２の交流電圧を昇圧すると共に整流して前記第３の直流電圧を出力する第２の昇圧整流部と、を有してもよい。

本発明の一態様に係る電子部品試験装置は、
前記電源装置と、
前記電源装置の前記出力端子から出力された出力電圧に応じた試験電圧を試験対象の電子部品に印加して、前記電子部品に流れる電流を試験する試験部と、を備え、
前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、前記電子部品の電気的特性に応じてオン又はオフに制御される
ことを特徴とする。

また、前記電子部品試験装置において、
前記電子部品はダイオードであり、
前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、前記ダイオードの電気的特性である逆方向耐電圧に応じてオン又はオフに制御され、
前記試験部は、前記電源装置の前記出力端子から出力された出力電圧に応じた試験電圧を、前記ダイオードに逆方向電圧として印加して、前記ダイオードに流れる逆方向電流を試験してもよい。

また、前記電子部品試験装置において、
前記ダイオードは、ｐｎ接合ダイオードとショットキーダイオードを含み、
前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、試験対象が前記ｐｎ接合ダイオードの時にオンに制御され、試験対象が前記ショットキーダイオードの時にオフに制御されてもよい。

本発明によれば、電源装置は、第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧する第１の昇圧回路と、オン時に第２の直流電圧を第３の直流電圧に昇圧して出力端子に出力し、オフ時に第３の直流電圧の出力を停止する第２の昇圧回路と、第２の直流電圧が一端に供給され、出力端子に他端が接続され、一端から他端に電流を流す整流素子と、を備える。この構成により、第２の昇圧回路がオフの時、第２の直流電圧が整流素子を介して出力端子に出力される。一方、第２の昇圧回路がオンの時、第２の直流電圧を昇圧した第３の直流電圧が出力端子に出力される。このとき、第３の直流電圧は第２の直流電圧より高いため、整流素子は導通しない。

このように、一方の出力レンジでは第１の昇圧回路を用いて第２の直流電圧を出力端子に出力し、他方の出力レンジでは第１及び第２の昇圧回路を用いて第３の直流電圧を出力端子に出力するので、第１の昇圧回路の出力容量は一方の出力レンジに合わせればよく、第１及び第２の昇圧回路の全体の出力容量は他方の出力レンジに合わせればよい。よって、第１及び第２の昇圧回路のそれぞれの出力容量を必要以上に大きくする必要が無い。その上、第３の直流電圧を出力する際には第１及び第２の昇圧回路を両方使用するので、無駄のない最適な装置構成にできる。また、第２の昇圧回路をオン又はオフに制御するだけで出力レンジを切り替えることができるので、第１の昇圧回路と出力端子との間にスイッチ等の切り替え素子を設ける必要がない。

従って、異なる出力レンジに対応可能であると共に、小型、安価、且つ、低発熱量の電源装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 （ａ）は、図１の第１の昇圧回路の回路図であり、（ｂ）は、図１の第２の昇圧回路の回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子部品試験装置のブロック図である。 従来の電源装置（第１の構成）の出力レンジを説明する図である。 従来の電源装置（第２の構成）の出力レンジを説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電源装置１００のブロック図である。図１に示すように、電源装置１００は、第１の昇圧回路１０と、第２の昇圧回路２０と、ダイオード（整流素子）Ｄ１と、を備える。

第１の昇圧回路１０は、汎用ＤＣ電源Ｐから出力された第１の直流電圧Ｖｓを第２の直流電圧Ｖｏ１に昇圧する。

第２の昇圧回路２０は、出力レンジ制御信号ＣＯＮＴに応じてオン又はオフに制御され、オン時に第２の直流電圧Ｖｏ１を第３の直流電圧Ｖｏ２に昇圧して電源装置１００の出力端子ＯＵＴに出力し、オフ時に第３の直流電圧Ｖｏ２の出力を高抵抗状体で停止する。
電源装置１００の接地端子ＣＯＭは接地されており、各電圧は接地に対する電圧である。

ダイオードＤ１は、第２の直流電圧Ｖｏ１がアノード（一端）に供給され、出力端子ＯＵＴにカソード（他端）が接続され、アノードからカソードに電流を流す。

第１の昇圧回路１０が出力する電流Ｉｏ１の最大値は、第２の昇圧回路２０が出力する電流Ｉｏ２の最大値より大きい。電流Ｉｏ１の最大値と第２の直流電圧Ｖｏ１の積は、電流Ｉｏ２の最大値と第３の直流電圧Ｖｏ２の積とほぼ等しい。
第１の昇圧回路１０の昇圧比と、第２の昇圧回路２０の昇圧比は、同じでもよく、異なっていてもよい。

第１及び第２の昇圧回路１０，２０は、上述した昇圧機能を有していればどのような回路構成でもよいが、具体的な一例を以下に説明する。

図２（ａ）は、図１の第１の昇圧回路１０の回路図であり、（ｂ）は、図１の第２の昇圧回路２０の回路図である。

図２（ａ）に示すように、第１の昇圧回路１０は、第１の変換部１１と、第１の昇圧整流部１２と、を有する。

第１の変換部１１は、第１の直流電圧Ｖｓを第１の交流電圧Ｖａｃ１に変換する。
第１の変換部１１は、トランスＴ１１と、Ｎ型ＦＥＴであるスイッチング素子ＴＲ１１と、Ｎ型ＦＥＴであるスイッチング素子ＴＲ１２と、スイッチング信号発生部ＳＧ１１と、インバータＩＮＶ１１と、を含む。

トランスＴ１１は、一次側の第１及び第２の巻線Ｌ１１，Ｌ１２と、二次側の巻線Ｌ１３と、を含んでいる。一次側の第１の巻線Ｌ１１の他端と一次側の第２の巻線Ｌ１２の一端は接続され、接続点に第１の直流電圧Ｖｓが供給される。トランスＴ１１の一次側と二次側の巻数比は、１：ｎ（ｎ＞１）である。

スイッチング素子ＴＲ１１は、一次側の第１の巻線Ｌ１１の一端と接地との間に接続されている。
スイッチング素子ＴＲ１２は、一次側の第２の巻線Ｌ１２の他端と接地との間に接続されている。

スイッチング信号発生部ＳＧ１１は、所定の周波数のスイッチング信号を発生し、スイッチング素子ＴＲ１２の制御端子とインバータＩＮＶ１１に供給する。インバータＩＮＶ１１は、スイッチング信号の反転信号をスイッチング素子ＴＲ１１の制御端子に供給する。

第１の昇圧整流部１２は、第１の交流電圧Ｖａｃ１を昇圧すると共に整流して第２の直流電圧Ｖｏ１を出力する。
第１の昇圧整流部１２は、容量Ｃ１１〜Ｃ１５と、ダイオードＤ１１〜Ｄ１５と、を有する。第１の昇圧整流部１２は、コッククロフト・ウォルトン回路である。

容量Ｃ１１は、一端がトランスＴ１１の２次側の巻線Ｌ１３の一端に接続されると共に接地されている。
容量Ｃ１２は、一端が容量Ｃ１１の他端に接続されている。
容量Ｃ１３は、一端が容量Ｃ１２の他端に接続され、他端から第２の直流電圧Ｖｏ１を出力する。

容量Ｃ１４は、一端がトランスＴ１１の２次側の巻線Ｌ１３の他端に接続されている。
容量Ｃ１５は、一端が容量Ｃ１４の他端に接続されている。

ダイオードＤ１１は、アノードがトランスＴ１１の２次側の巻線Ｌ１３の他端に接続され、カソードが容量Ｃ１１と容量Ｃ１２の接続点に接続されている。
ダイオードＤ１２は、アノードがダイオードＤ１１のカソードに接続され、カソードが容量Ｃ１４と容量Ｃ１５の接続点に接続されている。
ダイオードＤ１３は、アノードがダイオードＤ１２のカソードに接続され、カソードが容量Ｃ１２と容量Ｃ１３の接続点に接続されている。

ダイオードＤ１４は、アノードがダイオードＤ１３のカソードに接続され、カソードが容量Ｃ１５の他端に接続されている。
ダイオードＤ１５は、アノードがダイオードＤ１４のカソードに接続され、カソードが容量Ｃ１３の他端に接続されている。

この構成により、第１の昇圧整流部１２は、第１の交流電圧Ｖａｃ１の最大値を５倍した値の第２の直流電圧Ｖｏ１を出力する。
従って、第１の昇圧回路１０の昇圧比は、ｎ×５となる。トランスＴ１１の巻数比と、第１の昇圧整流部１２の容量とダイオードの数を増減することにより、任意の昇圧比を得ることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、第２の昇圧回路２０は、第２の変換部２１と、第２の昇圧整流部２２と、を有する。

第２の変換部２１は、トランスＴ２１と、Ｎ型ＦＥＴであるスイッチング素子ＴＲ２１と、Ｎ型ＦＥＴであるスイッチング素子Ｔｒ２２と、スイッチング信号発生部ＳＧ２１と、インバータＩＮＶ２１と、を含む。第２の変換部２１の基本的な回路構成は図２（ａ）の第１の変換部１１と同様であるため、同様な部分の説明は省略し、相違点を中心に説明する。

トランスＴ２１の一次側の第１の巻線Ｌ２１の他端と一次側の第２の巻線Ｌ２２の一端との接続点には、第２の直流電圧Ｖｏ１が供給されている。トランスＴ２１の一次側と二次側の巻数比は、トランスＴ１１の巻数比と同じでもよく、異なっていてもよい。

スイッチング信号発生部ＳＧ２１は、出力レンジ制御信号ＣＯＮＴに応じてオン又はオフに制御され、オン時に所定の周波数のスイッチング信号を発生し、オフ時にはスイッチング信号を発生しない。

この構成により、第２の変換部２０は、第２の昇圧回路２０のオン時にスイッチング素子ＴＲ２１，ＴＲ２２のスイッチング動作により第２の直流電圧Ｖｏ１を第２の交流電圧Ｖａｃ２に変換する。また第２の変換部２０は、第２の昇圧回路２０のオフ時にスイッチング素子ＴＲ２１，ＴＲ２２のスイッチング動作を停止し、第２の交流電圧Ｖａｃ２を出力しない。

第２の昇圧整流部２２は、第２の交流電圧Ｖａｃ２を昇圧すると共に整流して第３の直流電圧Ｖｏ２を出力する。

第２の昇圧整流部２２は、容量Ｃ２１〜Ｃ２５と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２５と、を有する。第２の昇圧整流部２２も、コッククロフト・ウォルトン回路である。第２の昇圧整流部２２の回路構成は、図２（ａ）の第１の昇圧整流部１２と同一であるため、説明は省略する。

以上の構成により、第２の昇圧回路２０がオフの時、第２の直流電圧Ｖｏ１からダイオードＤ１の順方向電圧を減じた電圧が、ダイオードＤ１を介して出力端子ＯＵＴから出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。また、電流Ｉｏ１が出力端子ＯＵＴから出力される。つまり、ダイオードＤ１は、第２の直流電圧Ｖｏ１及び電流Ｉｏ１を、オフになっている第２の昇圧回路２０をバイパスさせるように機能する。これは、低電圧小電流（例えば、Ｖｏ１：数百Ｖ、Ｉｏ１：数ｍＡ）の出力レンジに対応する。なお、ダイオードＤ１の順方向電圧は第２の直流電圧Ｖｏ１に比して十分低いため、第２の直流電圧Ｖｏ１が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されるとみなしてもよい。

一方、第２の昇圧回路２０がオンの時、第２の直流電圧Ｖｏ１を昇圧した第３の直流電圧Ｖｏ２が直接的に出力端子ＯＵＴから出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。また、電流Ｉｏ２が出力端子ＯＵＴから出力される。このとき、第３の直流電圧Ｖｏ２は第２の直流電圧Ｖｏ１より高いため、ダイオードＤ１は導通しない。これは、高電圧微小電流（例えば、Ｖｏ２：数千Ｖ、Ｉｏ２：数百μＡ）の出力レンジに対応する。
但し、これらの第２の直流電圧Ｖｏ１、第３の直流電圧Ｖｏ２、及び、電流Ｉｏ１，Ｉｏ２の数値は一例であり、これらに限られない。

このように、本実施形態によれば、一方の出力レンジでは第１の昇圧回路１０を用いて第２の直流電圧Ｖｏ１をダイオードＤ１経由で出力端子ＯＵＴに出力し、他方の出力レンジでは第１及び第２の昇圧回路１０，２０の両方を用いて第３の直流電圧Ｖｏ２を出力端子ＯＵＴに出力するようにしている。これにより、第１の昇圧回路１０の出力容量は一方の出力レンジに合わせればよく、第１及び第２の昇圧回路１０，２０の全体の出力容量は他方の出力レンジに合わせればよい。よって、第１及び第２の昇圧回路１０，２０のそれぞれの出力容量を必要以上に大きくする必要が無い。その上、第３の直流電圧Ｖｏ２を出力する際には第１及び第２の昇圧回路１０，２０を両方使用するので、無駄のない最適な装置構成にできる。

また、ダイオードＤ１を備えることにより、第２の昇圧回路２０をオン又はオフに制御するだけで出力レンジを切り替えることができるので、第１の昇圧回路１０と出力端子ＯＵＴとの間にスイッチ等の切り替え素子を設ける必要がない。

従って、異なる出力レンジに対応可能であると共に、小型、安価、且つ、低発熱量の電源装置１００を提供できる。

なお、整流素子Ｄ１はダイオードであるとして説明したが、これに限らず、整流機能を有している素子であればよい。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態の電源装置１００を備える電子部品試験装置に関する。

図３は、第２の実施形態に係る電子部品試験装置のブロック図である。図３に示すように、電子部品試験装置は、第１の実施形態の電源装置１００と、試験部１１０と、を備える。

試験部１１０は、電源装置１００の出力端子ＯＵＴから出力された出力電圧Ｖｏｕｔに応じた試験電圧Ｖｔｅｓｔを試験対象の電子部品ＤＵＴに印加して、電子部品ＤＵＴに流れる電流を試験する。試験電圧Ｖｔｅｓｔは、出力電圧Ｖｏｕｔと等しくてもよい。

電源装置１００の第２の昇圧回路２０は、電子部品ＤＵＴの電気的特性に応じてオン又はオフに制御される。

試験対象の電子部品ＤＵＴは、特に限定されないが、例えば、図示するようにダイオードであってもよい。ダイオードである場合、試験部１１０は、試験電圧Ｖｔｅｓｔを、ダイオードに逆方向電圧として印加して、ダイオードに流れる逆方向電流を試験する。また、電源装置１００の第２の昇圧回路２０は、ダイオードの電気的特性である逆方向耐電圧に応じてオン又はオフに制御される。

より具体的には、ダイオードは、ｐｎ接合ダイオードとショットキーダイオードを含んでもよい。この場合、電源装置１００の第２の昇圧回路２０は、試験対象がｐｎ接合ダイオードの時にオンに制御され、試験対象がショットキーダイオードの時にオフに制御される。ｐｎ接合ダイオードの逆方向電流は、ショットキーダイオードの逆方向電流より小さい。ｐｎ接合ダイオードの逆方向耐電圧は、ショットキーダイオードの逆方向耐電圧より高い。

このように、本実施形態によれば、電子部品試験装置は、第１の実施形態の電源装置１００を備えているため、低電圧小電流（例えば、Ｖｏ１：数百Ｖ、Ｉｏ１：数ｍＡ）の試験レンジと高電圧微小電流（例えば、Ｖｏ２：数千Ｖ、Ｉｏ２：数百μＡ）の試験レンジに対応できる。従って、ショットキーダイオードなどの低耐電圧素子（例えば、耐圧１００Ｖ未満）に対しては低電圧小電流の試験レンジで、ｐｎ接合ダイオードなどの高耐電圧素子（例えば、耐圧１００Ｖ以上）に対しては高電圧微小電流の試験レンジで、逆方向静特性試験を行うことができる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１０ 第１の昇圧回路
１１ 第１の変換部
１２ 第１の昇圧整流部
２０ 第２の昇圧回路
２１ 第１の変換部
２２ 第１の昇圧整流部
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
１００ 電源装置
１１０ 試験部
ＤＵＴ 電子部品（ダイオード）

Claims (6)

1. 第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧する第１の昇圧回路と、
   オン又はオフに制御され、オン時に前記第２の直流電圧を第３の直流電圧に昇圧して出力端子に出力し、オフ時に前記第３の直流電圧の出力を停止する第２の昇圧回路と、
   前記第２の直流電圧が一端に供給され、前記出力端子に他端が接続され、前記一端から前記他端に電流を流す整流素子と、を備え、
   前記第１の昇圧回路は、
   前記第１の直流電圧を第１の交流電圧に変換する第１の変換部と、
   前記第１の交流電圧を昇圧すると共に整流して前記第２の直流電圧を出力する第１の昇圧整流部と、を有する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記第１の昇圧回路が出力する電流の最大値は、前記第２の昇圧回路が出力する電流の最大値より大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第２の昇圧回路は、
   スイッチング素子を含み、前記第２の昇圧回路のオン時に前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記第２の直流電圧を第２の交流電圧に変換し、前記第２の昇圧回路のオフ時に前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止する第２の変換部と、
   前記第２の交流電圧を昇圧すると共に整流して前記第３の直流電圧を出力する第２の昇圧整流部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の電源装置と、
   前記電源装置の前記出力端子から出力された出力電圧に応じた試験電圧を試験対象の電子部品に印加して、前記電子部品に流れる電流を試験する試験部と、を備え、
   前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、前記電子部品の電気的特性に応じてオン又はオフに制御される
   ことを特徴とする電子部品試験装置。
5. 前記電子部品はダイオードであり、
   前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、前記ダイオードの電気的特性である逆方向耐電圧に応じてオン又はオフに制御され、
   前記試験部は、前記電源装置の前記出力端子から出力された出力電圧に応じた試験電圧を、前記ダイオードに逆方向電圧として印加して、前記ダイオードに流れる逆方向電流を試験する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電子部品試験装置。
6. 前記ダイオードは、ｐｎ接合ダイオードとショットキーダイオードを含み、
   前記電源装置の前記第２の昇圧回路は、試験対象が前記ｐｎ接合ダイオードの時にオンに制御され、試験対象が前記ショットキーダイオードの時にオフに制御される
   ことを特徴とする請求項５に記載の電子部品試験装置。

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