(57)【要約】【課題】  スイッチ駆動制御シーケンスを用いることなく高速かつ安全に出力電圧を切り換えられる直流電源回路を提供すること。【解決手段】  正極性電源および負極性電源としてそれぞれが少なくとも２つの電圧電源の出力電圧を組み合わせて負荷に供給するように構成された直流電源回路であって、  並列接続されたツェナーダイオードとバイパス手段を含み、負荷と並列に接続されて端子間電圧を所定の電圧に制限する電圧クランプ手段と、  この電圧クランプ手段の両端にそれぞれ並列接続された逆流阻止手段と電源スイッチ、とで構成されたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
2005269689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極性電源および負極性電源としてそれぞれが少なくとも２つの電圧電源の出力電圧を組み合わせて負荷に供給するように構成された直流電源回路であって、
並列接続されたツェナーダイオードとバイパス手段を含み、負荷と並列に接続されて端子間電圧を所定の電圧に制限する電圧クランプ手段と、
この電圧クランプ手段の両端にそれぞれ並列接続された逆流阻止手段と電源スイッチ、
とで構成されたことを特徴とする直流電源回路。
【請求項２】
前記電圧クランプ手段のバイパス手段は、パワースイッチング素子であることを特徴とする請求項１記載の直流電源回路。
【請求項３】
前記パワースイッチング素子は、パワーMOSFETとパワートランジスタのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の直流電源回路。
【請求項４】
前記電圧クランプ手段のバイパス手段は、大容量コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の直流電源回路。
【請求項５】
前記逆流阻止手段は、ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の直流電源回路。
【請求項６】
前記逆流阻止手段は、半導体スイッチであることを特徴とする請求項１記載の直流電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流電源回路に関するものであり、詳しくは、例えば半導体試験装置において被検査対象の種類に応じて異なる所定の直流駆動電圧を供給するのに適した直流電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体試験装置は、各半導体工場で製造される直流駆動電圧が異なる各種の集積化された半導体装置を被検査対象として導入されるのが一般的である。
【０００３】
このために、半導体試験装置に組み込む電源回路としては、被検査対象の種類に応じた幅広い範囲の所定の直流駆動電圧を供給できる自由度の高さが要求されている。
【０００４】
また、被検査対象との間で試験信号の授受を行うために半導体試験装置に設けられている増幅器の駆動電源も、被検査対象の駆動電源に合わせて可変する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、低電圧出力端と高電圧出力端とを備えた直流電源装置が記載されている。しかし、特許文献１は、電源電圧変動が大きくても負荷への電源供給を支障なくできるとともに、無負荷時の消費電力を低減するものであって、本発明が目的とする複数のスイッチを駆動するための制御シーケンスを用いることなく高速かつ安全に出力電圧を切り換えるための具体的な構成に関する言及はない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５８２６１
【０００７】
このような半導体試験装置の直流電源回路として、現状ではフローティング電源が用いられているが、被検査対象の定格直流駆動電圧に応じた所定の出力電圧を有する電源を設けなければならず、電源の種類が増えるのに伴いコストアップになるという問題がある。
【０００８】
そこで、図３に示すような複数のスイッチのオン・オフによる出力電圧切換形の直流電源回路が考えられている。図３において、一方の低電圧スイッチ10の固定接点と一方の高電圧スイッチ20の固定接点と一方の共通電位点スイッチ30の固定接点は、一方の出力キャパシタ60の一端および負荷70の一端に共通に接続されている。一方の低電圧スイッチ10の可動接点は一方の低電圧電源50の正極端子に接続され、一方の高電圧スイッチ20の可動接点は一方の高電圧電源40の正極端子に接続され、一方の共通電位点スイッチ30の可動接点は共通電位点に接続されている。一方の高電圧電源40の負極端子と一方の低電圧電源50の負極端子および一方の出力キャパシタ60の他端は共通電位点に接続されている。これら一方の電圧スイッチ10、高電圧スイッチ20、共通電位点スイッチ30、高電圧電源40、低電圧電源50および出力キャパシタ60は、正側電源回路を構成している。
【０００９】
他方の低電圧スイッチ10aの固定接点と他方の高電圧スイッチ20aの固定接点と他方の共通電位点スイッチ30aの固定接点は、他方の出力キャパシタ60aの他端および負荷70の他端に共通に接続されている。他方の低電圧スイッチ10aの可動接点は他方の低電圧電源50aの負極端子に接続され、他方の高電圧スイッチ20aの可動接点は他方の高電圧電源40aの負極端子に接続され、他方の共通電位点スイッチ30aの可動接点は共通電位点に接続されている。他方の高電圧電源40aの正極端子と他方の低電圧電源50aの正極端子および他方の出力キャパシタ60aの他端は共通電位点に接続されている。これら他方の電圧スイッチ10a、高電圧スイッチ20a、共通電位点スイッチ30a、高電圧電源40a、低電圧電源50および出力キャパシタ60aは、負側電源回路を構成している。なお、図３の各高電圧電源40，40aは例えば30Ｖを出力し、各低電圧電源50，50aは例えば5Ｖを出力するものとする。
【００１０】
図３の構成において、正側を低電圧から高電圧へ切り換え、負側を高電圧から低電圧へ切り換える動作について説明する。まず、低電圧スイッチ10と高電圧スイッチ20aをオフにするとともに共通電位点スイッチ30,30aをオンにし、出力キャパシタ60,60aに充電されている電荷が放電するのに十分な時間が経過するまでそのままの状態を保持する。その後、共通電位点スイッチ30,30aをオフにし、続いて高電圧スイッチ20と低電圧スイッチ10aをオンにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、このような従来の構成によれば、負荷70に印加する電源電圧を切り換えるのにあたり、低電圧スイッチ10,10a、高電圧スイッチ20,20aおよび共通電位点スイッチ30,30aを、電源電圧の切り換え方向に応じた所定の制御シーケンスでオンオフ制御するための制御シーケンス回路が必要になる。
【００１２】
また、制御シーケンス中に電荷が放電するのに十分な待ち時間を設けなければならず、
高速切り換えの障害になる。
【００１３】
また、複数のスイッチをオンオフ駆動することから、電源投入時などの過渡動作時にスイッチが同時にオン状態になるおそれがあり、各電源間がショートして破壊する可能性がある。
【００１４】
また、複数のスイッチをオンオフ駆動するための制御シーケンスプログラムに間違いがあった場合には、負荷に両極性の高電圧が印加されて破壊される可能性もある。
【００１５】
本発明は、これらの従来の問題点を解決するものであり、その目的は、複数のスイッチを駆動するための制御シーケンスを用いることなく高速かつ安全に出力電圧を切り換えられる直流電源回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
正極性電源および負極性電源としてそれぞれが少なくとも２つの電圧電源の出力電圧を組み合わせて負荷に供給するように構成された直流電源回路であって、
並列接続されたツェナーダイオードとバイパス手段を含み、負荷と並列に接続されて端子間電圧を所定の電圧に制限する電圧クランプ手段と、
この電圧クランプ手段の両端にそれぞれ並列接続された逆流阻止手段と電源スイッチ、
とで構成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の直流電源回路において、前記電圧クランプ手段のバイパス手段は、パワースイッチング素子であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の直流電源回路において、前記パワースイッチング素子は、パワーMOSFETとパワートランジスタのいずれかであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の直流電源回路において、前記電圧クランプ手段のバイパス手段は、大容量コンデンサであることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の直流電源回路において、前記逆流阻止手段は、ダイオードであることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の直流電源回路において、前記逆流阻止手段は、半導体スイッチであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数のスイッチを駆動するための制御シーケンスを用いることなく高速かつ安全に出力電圧の切り換えが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す回路図であり、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図３と図１の回路との違いは、図１の回路では図３の低電圧スイッチ10,10aの代わりに逆流阻止手段としてのダイオード80,80aを用いていることと、共通電位点スイッチ30,30aの代わりに電圧クランプ回路90を用いていることである。
【００２４】
すなわち、一方のダイオード80の正極端子は、一方の高電圧スイッチ20の固定接点と電圧クランプ回路90の一端と一方の出力キャパシタ60の一端および負荷70の一端に共通に接続されている。一方のダイオード80の負極端子は、一方の低電圧電源50の正極端子に接続されている。
【００２５】
他方のダイオード80aの負極端子は、他方の高電圧スイッチ20aの固定接点と電圧クランプ回路90の他端と他方の出力キャパシタ60aの一端および負荷70の他端に共通に接続されている。他方のダイオード80aの正極端子は、他方の低電圧電源50の負極端子に接続されている。
【００２６】
図２は、図１で用いる電圧クランプ回路90の具体例を示す回路図である。ツェナーダイオード91の負極端子にはバイアス抵抗92の一端とパワーMOSFET93のゲートが接続されている。パワーMOSFET93のドレインはツェナーダイオード91の正極端子に接続され、パワーMOSFET93のソースはバイアス抵抗92の他端に接続されている。
【００２７】
このような回路における電源出力電圧の切換動作を説明する。なお、以下の例では、正側を低電圧から高電圧へ切り換え、負側を高電圧から低電圧へ切り換えるものとする。この場合、一方の高電圧スイッチ20をオンにして他方の高電圧スイッチ20aをオフにする。このようなスイッチの相補的なオンオフ制御は、排他論理信号により同時に行える。出力キャパシタ60,60aに充電されている電荷の放電は、電圧クランプ回路90で行う。また、出力電圧の切換中も、出力電圧は電圧クランプ回路90で所定の電圧にクランプされるので、負荷70に高電圧が印加されることはない。さらに、万一高電圧スイッチ20,20aが同時にオンになっても、回路全体は電圧クランプ回路90で保護されるので、低電圧と高電圧がショートすることはない。
【００２８】
電圧クランプ回路90の動作を説明する。ツェナーダイオード91のツェナー電圧をVz、パワーMOSFET93がオンになるVgs電圧をVtronとする。
【００２９】
正常動作時において、電圧クランプ回路90の両端に加わる電圧が(Vz+Vtron)以下になるように回路を設計する。これにより、ツェナーダイオード91に電流がほとんど流れない。この結果、バイアス抵抗92の両端の電圧はほとんど発生せず、パワーMOSFET93がオンになる電圧Vtronに達しないのでパワーMOSFET93もオンにならない。つまり、正常動作時における電圧クランプ回路90は動作しないので、実質的に接続されていないものとすることができる。
【００３０】
出力電圧異常時は、電圧クランプ回路90の両端に加わる電圧が(Vz+Vtron)以上になるように回路を設計する。これにより、ツェナーダイオード91がオンになると、バイアス抵抗92に電流が流れてバイアス抵抗92の両端の電圧が上昇する。そして、バイアス抵抗92の両端の電圧がVtronに達することによりパワーMOSFET93がオンになり、バイアス抵抗92を流れる電流はパワーMOSFET93にバイパスされる。このようにして電圧クランプ回路90の両端の電圧は常に(Vz+Vtron)以上にならないよう制限される。またツェナーダイオード91に流れる電流は、パワーMOFFET93にバイパスされることから、Vtron/(バイアス抵抗92の抵抗値)以上は流れない。比較的電力が低いツェナーダイオード91で電力を消費することはなく、小電力のツェナーダイオード91が破壊される恐れはない。
【００３１】
このように構成することにより、従来のような複数のスイッチを電源電圧の切り換え方向に応じた所定の制御シーケンスでオンオフ制御するための制御シーケンス回路は不要になり、低コスト化が図れる。
【００３２】
また、従来のような電荷を放電するための制御シーケンス中の待ち時間も不要になり、高速切り換えが実現できる。
【００３３】
また、仮に誤動作が発生しても、電源間がショートして回路が破壊されることはなく、負荷に高電圧がかかって破壊されることもない。
【００３４】
なお、上記実施例では正極性電源および負極性電源としてそれぞれ低電圧電源と高電圧電源の出力電圧を組み合わせて負荷に供給するように構成しているが、本発明は少なくとも２つの電圧電源の出力電圧を組み合わせて負荷に供給するように構成されたものに適用できるものである。
【００３５】
また、逆流阻止手段は実施例のようなダイオード単体に限定するものではない。ダイオードの順方向降下電圧を避けたい場合には、例えば半導体スイッチを用いてもよい。
【００３６】
また、電圧クランプ回路の構成も、実施例に限るものではない。バイパス手段はパワーMOSFETの代わりにパワートランジスタであってもよい。
【００３７】
さらに、これらパワーMOSFETやパワートランジスタの代わりに、ツェナーダイオードと並列に出力キャパシタ60,60aの10倍程度の静電容量を有する大容量コンデンサを接続したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１で用いる電圧クランプ回路の具体例を示す回路図である。
【図３】従来の電源回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３９】
20,20a  高電圧スイッチ
30,30a  共通電位点スイッチ
40,40a  高電圧電源
50,50a  低電圧電源
60,60a  出力キャパシタ
70  負荷
80,80a  ダイオード
90  電圧クランプ回路
【図１】
2005269689.tif 000003
【図２】
2005269689.tif 000004
【図３】
2005269689.tif 000005