JPH10146044A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数台スイッチング電源の運転において、スイ
ッチング周波数に着目して、各スイッチング周波数が相
互干渉して発生するビートノイズＮbeetを高くする為の
制御手段を設けて負荷回路側に対する不具合影響を最小
化あるいはリップルフィルタを容易にする。 【解決手段】並列接続された複数スイッチング電源間に
おいて、何れのスイッチング周波数間とも所定のスイッ
チング周波数差を与えるスイッチング周波数可変手段を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数台スイッチ
ング電源の運転において、複数スイッチング周波数相互
間の干渉に伴って生ずる不具合の低減や解消に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源は内部で入力高電圧を
所定周波数で高速スイッチングして所定直流電圧を高効
率で変換出力する。直流出力電圧は内蔵の電圧安定化制
御回路により出力端の直流電圧が所定一定電圧となるよ
うに帰還制御している。この出力電圧中には、電解コン
デンサ等による平滑回路で平滑化された後の、図５
（ａ）に示すような僅かなリップル電圧が残る。このリ
ップル電圧は、一般的に許容されている数ｍＶから数十
ｍＶの電圧である。このリップルの種類としては主にス
イッチング周波数成分と商用電源周波数成分とに分類さ
れる。

【０００３】第１にスイッチング電源の出力を並列接続
して使用する場合に生ずる不具合について説明する。図
６（ａ）に並列接続の構成例を示す。大型のシステムで
は、図示２台の大容量スイッチング電源２０１〜２０２
を並列接続して電流容量を増加する。また図６（ｂ）に
示すように両電源間の負荷電流のバランスをとる為の電
流バランス回路を設けて両者間を接続する接続例があ
る。また図６（ｂ）に示すように電源供給ケーブルによ
る電圧ドロップを押さえる為に負荷回路４００端位置の
電位をセンシング端子に接続して使用する場合もある。

【０００４】これらの接続時における出力端３０１両端
のリップル電圧のスペクトラム波形例を図５（ｂ）に示
す。この図で周波数ｆ１はスイッチング電源２０１のス
イッチング周波数成分とし、周波数ｆ２はスイッチング
電源２０２のスイッチング周波数成分と仮定する。この
両リップルにより内蔵の電圧安定化制御回路に干渉影響
を受け、帰還制御により、両周波数の差、即ちビートノ
イズＮbeet成分が生じる場合がある。このビートノイズ
Ｎbeetは、Ｎbeet＝ｆ２−ｆ１とした周波数成分であ
る。ところで、もしこのビートノイズＮbeetが数十ＫＨ
ｚ程度に高い場合は負荷回路４００側の各所に設けられ
ているバイパスコンデンサやコイルにより容易にフィル
タされる為、実用上の支障とはならない。逆にもしこの
ビートノイズＮbeetが数百Ｈｚ程度未満においてはバイ
パスコンデンサやコイルにより容易にフィルタされな
い。この結果、負荷回路４００側の利用条件によっては
微妙に支障となってくる場合がある。

【０００５】上記図６（ｂ）に示す電流バランス接続の
場合は、更にこの電流帰還制御による干渉要因が増え
る。この為この影響に伴いビートノイズＮbeet成分のレ
ベルが更に大きくなる場合がある。また上記図６（ｂ）
に示すセンシング接続の場合もビートノイズＮbeet成分
のレベルが大きくなる場合がある。

【０００６】第２に複数台スイッチング電源を密接設置
して使用する場合に電磁結合で生ずる不具合を説明す
る。一般的に装置への実装性や熱排気や冷却等の関係で
複数スイッチング電源を密接設置して使用することが多
くある。図７は複数３台スイッチング電源２１１、２１
２、２１３を使用する例であり、各出力電圧は各々単体
で負荷回路側に供給される場合とする。この場合上記第
１例のような不具合は無い。しかし密接設置されたスイ
ッチング電源同志が高電圧の所定周波数で高速スイッチ
ングしている為、スイッチングトランスの強い磁界２５
１が発生し、これが容器外にも漏れている。また同時に
強い電磁波２５２を生じていて、これも容器外にも漏れ
ている。これら漏れにより密接して隣り合うスイッチン
グ電源の制御回路は干渉を受ける場合がある。この結
果、前記干渉に伴い図５（ｂ）に示すように同様のビー
トノイズＮbeet成分のノイズが出力電圧に生じてくる場
合がある。このビートノイズＮbeet成分が数百Ｈｚ程度
未満においてはバイパスコンデンサにより容易にフィル
タされない。この結果、負荷回路側においては、同様に
微妙な支障となる場合がある。

【０００７】上記２例説明のように発生するビートノイ
ズＮbeet周波数が低い場合は、バイパスコンデンサやチ
ョークコイル等でのフィルタ除去が困難である。もし所
定以下のビートノイズＮbeetリップルレベルとする為に
はＬＣフィルタ回路スペースが大きくなったり、フィル
タ回路部品のコスト高要因となってしまい好ましくな
い。特に低リップルが要求される高精度な測定装置用の
アナログ系回路に使用する電源においては、ビートノイ
ズＮbeetリップルが直接的な測定精度の低下要因となっ
たり、測定ばらつき発生要因となったりする為、実用上
の難点となっていた。この例としては半導体試験装置が
あり、第１に電源のビートノイズＮbeet成分が起因し
て、可変遅延回路系のタイミング波形には、図５（ｃ）
に示すようにジッタゆらぎを生じて、測定タイミング精
度の無用な悪化をもたらす場合がある。第２に高精度直
流測定系においては、高精度測定時のばらつきを生じた
りする等の好ましくない場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、複数台スイッチング電源の運転に
おいて、スイッチング周波数に着目して、各スイッチン
グ周波数が相互干渉して発生するビートノイズＮbeetを
高くする為の制御手段を設けて負荷回路側に対する不具
合影響を最小化あるいはリップルフィルタを容易にする
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１に、上記課題を解決
するために、本発明の構成では、並列接続された複数ス
イッチング電源間において、何れのスイッチング周波数
ｆosc間とも所定のスイッチング周波数差を与えるスイ
ッチング周波数可変手段３０を設ける構成手段とする。
これにより、複数台スイッチング電源の出力を並列接続
使用するスイッチング電源の運転において、各スイッチ
ング周波数が相互干渉して発生するビートノイズＮbeet
を高くすることができる為、リップルフィルタが容易に
なり、負荷回路側に与える不具合影響の最小化作用が得
られる。

【００１０】第２に、上記課題を解決するために、本発
明の構成では、少なくとも隣接配置された片方のスイッ
チング電源に対して所定のスイッチング周波数ｆosc差
を与えるスイッチング周波数可変手段３０を設ける構成
手段とする。

【００１１】スイッチング周波数可変手段３０には設定
スイッチの変更によるスイッチング周波数変更、あるい
はジャンパ配線によるスイッチング周波数変更、あるい
は可変抵抗によるスイッチング周波数変更、あるいは外
部制御信号を受けてスイッチング周波数変更する手段と
した構成手段がある。

【００１２】第３に、上記課題を解決するために、本発
明の構成では、所定の試験パターンを発生させた状態
で、半導体試験装置１００のデバイス測定端１２０にお
けるピン間スキューを複数回測定してばらつきを求め、
前記ばらつき測定をスイッチング電源のスイッチング周
波数を順次変えて実施し、前記で得られたばらつきが最
小、あるいは所定ばらつき以下となるスイッチング周波
数条件に設定制御する制御手段とした構成手段とする。
これにより、複数台スイッチング電源の出力を並列接
続、あるいは隣接配置して使用する半導体試験装置１０
０のスイッチング電源の運転において、試験パターンの
タイミング調整用遅延回路その他によるジッタの発生を
抑制してスイッチング電源のビートノイズに起因する影
響の最小化作用が得られる。

【００１３】第４に、上記課題を解決するために、本発
明の構成では、デバイスへの印加用直流電圧発生手段１
５０から所定電圧を発生させた状態で、所定電圧を直流
電圧測定手段１６０で複数回測定してばらつきを求め、
前記ばらつき測定をスイッチング電源のスイッチング周
波数を順次変えて実施し、前記で得られたばらつきが最
小、あるいは所定ばらつき以下となるスイッチング周波
数条件に設定制御する制御手段とした構成手段とする。
これにより、複数台スイッチング電源の出力を並列接
続、あるいは隣接配置して使用する半導体試験装置１０
０のスイッチング電源の運転において、スイッチング電
源のビートノイズＮbeetに起因する測定確度の低下抑制
作用が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例と共に詳細に説明する。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）本発明実施例１はスイッチング周波数切替
手段を設けて常にビートノイズＮbeet値を高い状態とに
する例である。本発明実施例１の構成を図１に示す。構
成は４台のスイッチング電源５１〜５４と、各々にスイ
ッチング周波数可変手段３０と切替スイッチ３２を内蔵
した構成で成る。スイッチング周波数可変手段３０は、
ほぼ数十ＫＨｚピッチでスイッチング周波数を切替制御
が可能な回路であり、切替スイッチ信号を受けて所定の
発振周波数でスイッチング動作する。切替スイッチ３２
は電源装置外面に設けられていて、発振周波数を選択す
る為のスイッチであり、この切替スイッチ信号をスイッ
チング周波数可変手段３０に供給する。図１では２つの
開閉スイッチの例である。

【００１６】切替スイッチ３２とスイッチング周波数ｆ
oscとの関係は、スイッチングの中心発振周波数ｆosc0
（例えば５００ＫＨｚ）に対して例えば、−３０Ｋ、０
Ｋ、３０Ｋ、６０ＫＨｚずれた発振周波数に切替えでき
る。この場合は４種類迄の発振周波数を変えられる。こ
れにより最大４台迄の並列接続運転が可能である。この
場合のスペクトラム波形例を図２に示す。各スイッチン
グ電源５１〜５４は他の３台のリップルの干渉を受けて
図２に示すようにビートノイズＮbeet１〜Ｎbeet３のリ
ップルノイズを生じる。これらビートノイズＮbeet１〜
Ｎbeet３は何れのスイッチング周波数とも３０ＫＨｚピ
ッチでずれている為、このピッチ周波数以下のビートノ
イズ成分は発生しない作用が得られる。即ち従来のよう
な数百Ｈｚ程度未満のビートノイズは発生しない。これ
により負荷回路側でのフィルタ除去の容易効果が得られ
る。

【００１７】なお上記説明では開閉スイッチによる切替
スイッチ３２の構成例であったが、コネクタを設けてコ
ネクタピン間をジャンパ接続する構成手段としても良
い。また上記説明の切替スイッチ３２の代わりに可変抵
抗を設けて、これを受けてスイッチング周波数を連続的
に可変可能としたスイッチング周波数可変手段３０とし
ても良い。

【００１８】また上記説明の切替スイッチ３２の代わり
に外部制御受信部３５を設けて、外部信号を受けてスイ
ッチング周波数をステップ的あるいは連続的に可変可能
としたスイッチング周波数可変手段３０とした構成でも
良い。

【００１９】（実施例２）本発明実施例２はスイッチン
グ周波数可変手段を設けて負荷回路側のシステムにより
ビートノイズの影響度合を測定し、影響が最小となる所
望のスイッチング周波数に設定制御する使用例である。
本発明実施例２の構成例を図３に示す。また図４には一
般的な半導体試験装置の概略構成例を示す。図３に示す
構成は２台のスイッチング電源回路と、これに内蔵した
スイッチング周波数可変手段３０と外部制御受信部３５
と、負荷回路側である半導体試験装置１００とで成る。
半導体試験装置１００内にはテスタコントローラ７０を
有している。

【００２０】スイッチング周波数可変手段３０は、外部
制御受信部３５を介してテスタコントローラ７０からの
スイッチング周波数増加あるいは減少用設定コードデー
タを受けて、そのコードデータに対応したスイッチング
周波数をステップ的あるいは連続的に可変可能なスイッ
チング制御手段である。外部制御受信部３５は、半導体
試験装置１００側のテスタコントローラ７０に接続され
ていて、これからのスイッチング周波数増加あるいは減
少用設定データ信号を受けて、スイッチング周波数可変
手段３０に供給するものである。このインターフェース
信号の形態としてはパラレルインターフェース形態やシ
リアル通信インターフェース形態がある。また伝送線路
形態としては電線接続あるいは光ファイバ接続形態があ
る。

【００２１】半導体試験装置１００は、スイッチング電
源の負荷回路である。これは図４のシステム構成例に示
すように被試験半導体デバイスの各種試験をする発生機
能と測定機能を有している。また自身の測定性能を診断
測定することもできるようになっている。この図４構成
内容についての説明は省略する。

【００２２】半導体試験装置１００における第１の改善
例を説明する。これはダイナミック・ファンクション試
験における改善例である。ここで半導体試験装置１００
には、試験パターン１４０のタイミング調整用として多
数チャンネルの遅延回路１３０が設けられている。又、
その他基準のタイミングクロック発生回路ＴＧや波形整
形回路ＦＣがあり、これら膨大な回路が電源のリップル
の影響を受けてジッタの発生要因となる場合がある。本
発明では、図３におけるデバイス測定端１２０でのピン
間スキューのばらつきを最小（あるいは所定ばらつき以
下）となるようにビートノイズ周波数を制御させて運転
する例であり、以下にビートノイズの影響度合の測定と
スイッチング周波数の最適設定を説明する。

【００２３】ビートノイズの影響度合のばらつき量測定
は、所定の試験周期（テストレート）での試験パターン
１４０を発生させておき、コンパレータ側でストローブ
タイミングを順次変えて測定する。例えば試験パターン
の発生タイミングを１０ピコ秒分解能でタイミング・エ
ッジを測定する。これを繰返し測定した後、そのばらつ
き分布を統計処理して平均ばらつき量を求める。この平
均ばらつき量の測定は、スイッチング周波数を順次変え
て測定実施して取得する。即ち、外部制御受信部３５に
対してスイッチング周波数を順次増加あるいは減少させ
る設定データ信号を半導体試験装置１００から送って、
その都度平均ばらつき量を求める。これによって得られ
た平均ばらつき量の特性値の中で最小となる（あるいは
所定ばらつき以下となる）スイッチング周波数を求め
て、以後そのスイッチング周波数で運転使用する。これ
らの平均ばらつき量の特性値は、所望により記憶媒体に
保存格納しておき、後で再利用する。これによって複数
台スイッチング電源の出力を並列接続、あるいは隣接配
置して使用するスイッチング電源の運転において、スイ
ッチング電源のビートノイズに起因する影響を最小の条
件下でダイナミック・ファンクション試験が実施できる
利点が得られる。

【００２４】半導体試験装置１００における第２の改善
例を説明する。これはＤＣパラメトリック試験における
改善例である。ここで半導体試験装置の直流測定機能
は、一般に被試験デバイスよりも一ランク上の精度が要
求される。例えば所望基準電圧の発生あるいは高精度測
定である。例えば被試験デバイスとしては２４ビット分
解能のＤＡコンバータやＡＤコンバータがあり、これを
試験する為にはこれよりも高精度のものが必要となる。
図４に示すＤＣＴＵ内に直流電圧発生手段１５０と直流
電圧測定手段１６０があり、所定のリレーを切替え接続
して試験が行われる。

【００２５】本発明では、図４における直流電圧発生手
段１５０や直流電圧測定手段１６０のばらつきを最小と
なるようにビートノイズ周波数を制御させて運転する例
であり、以下にビートノイズの影響度合の測定とスイッ
チング周波数の最適設定を説明する。

【００２６】ビートノイズの影響度合のばらつき量測定
は、所定の高安定直流電圧を直流電圧発生手段１５０か
ら発生しておき、これを直流電圧測定手段１６０で測定
するようにリレー接続して行う。この測定を繰返し測定
した後、そのばらつき分布を統計処理して平均ばらつき
量を得る。上記説明と同様に、スイッチング周波数を順
次増加あるいは減少させて平均ばらつき量を求める。こ
れによって得られた平均ばらつき量の特性値の中で最小
となる（あるいは所定ばらつき以下となる）スイッチン
グ周波数を求めて設定する。これらの平均ばらつき量の
特性値は、所望により記憶媒体に保存格納しておき、後
で再利用する。これによって複数台スイッチング電源の
出力を並列接続、あるいは隣接配置して使用するスイッ
チング電源の運転において、スイッチング電源のビート
ノイズに起因する測定確度の低下影響を最小状態でＤＣ
パラメトリック試験が実施できる利点が得られる。

【００２７】なお、被試験デバイスの試験形態によって
は、上記第１のピン間スキューのばらつきを最小にする
条件と、第２の測定性能の中で直流測定のばらつきを最
小にする条件とが異なることがあるが、通常は測定は逐
次実施される為、第１に記憶媒体に保存格納しておいた
平均ばらつき量を受けて、その都度適切にスイッチング
周波数を変えて使用、あるいは第２に記憶媒体に保存格
納しておいた平均ばらつき量から所定ばらつき以下のス
イッチング周波数設定で使用、あるいは第３に記憶媒体
に保存格納しておいた平均ばらつき量から折衷値にスイ
ッチング周波数を固定設定使用、あるいは第４に測定精
度が重要な方にスイッチング周波数を固定設定使用す
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明した内容から、下記
に記載される効果を奏する。複数台スイッチング電源の
並列接続、あるいは隣接配置使用するスイッチング電源
の運転において、各スイッチング電源間のスイッチング
周波数を所定周波数差以上の差を持たせて発振させるス
イッチング周波数可変手段３０を設けることで、従来の
ような数百Ｈｚ程度未満のビートノイズの発生を防止で
き、これにより負荷回路側でのフィルタ除去の容易効果
が得られる。また、スイッチング電源のビートノイズの
影響を測定できる手段を有する負荷回路、例えば半導体
試験においては、スイッチング周波数可変手段３０を所
望に制御し運転することで、スイッチング電源のビート
ノイズに起因する影響を最小の条件で使用できる利点が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例１の、切替スイッチでスイッチ
ング周波数を切替えるスイッチング電源接続構成例であ
る。

【図２】 本発明の４台並列接続運転時のスペクトラム
波形例である。

【図３】 本発明実施例２の、ビートノイズの影響を測
定してスイッチング周波数を所望に設定制御する構成例
である。

【図４】半導体試験装置の概略システム構成例である。

【図５】 スイッチング電源出力のリップル電圧波形例
と、並列接続運転時のリップル電圧のスペクトラム波形
例である。

【図６】 スイッチング電源の出力を並列接続した構成
例である。

【図７】 複数台スイッチング電源を密接設置した構成
例である。

【符号の説明】

Ｎbeet ビートノイズ ３０ スイッチング周波数可変手段 ３２ 切替スイッチ ３５ 外部制御受信部 ５１〜５４，２０１，２０２，２１１〜２１３ スイッ
チング電源 ７０ テスタコントローラ １００ 半導体試験装置 １２０ デバイス測定端 １３０ 遅延回路 １４０ 試験パターン １５０ 直流電圧発生手段 １６０ 直流電圧測定手段 ３０１ 出力端 ４００ 負荷回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台スイッチング電源の出力を並列接
   続使用するスイッチング電源の運転において、 並列接続された複数スイッチング電源の、何れのスイッ
   チング周波数間とも所定のスイッチング周波数差を与え
   るスイッチング周波数可変手段を設け、 以上を具備していることを特徴としたスイッチング電
   源。
2. 【請求項２】 複数台スイッチング電源を隣接配置使用
   するスイッチング電源の運転において、 少なくとも隣接配置された片方のスイッチング電源に対
   して所定のスイッチング周波数差を与えるスイッチング
   周波数可変手段を設け、 以上を具備していることを特徴としたスイッチング電
   源。
3. 【請求項３】 スイッチング周波数可変手段は設定スイ
   ッチの変更によるスイッチング周波数変更、あるいはジ
   ャンパ配線によるスイッチング周波数変更、あるいは可
   変抵抗によるスイッチング周波数変更、あるいは外部制
   御信号を受けてスイッチング周波数変更する手段とした
   請求項１、あるいは請求項２記載のスイッチング電源。
4. 【請求項４】 複数台スイッチング電源の出力を並列接
   続、あるいは隣接配置して使用する半導体試験装置のス
   イッチング電源の運転において、 所定の試験パターンを発生させた状態で、半導体試験装
   置のピン間スキューを複数回測定してばらつきを求め、 前記ばらつき測定をスイッチング電源のスイッチング周
   波数を順次変えて実施し、 前記で得られたばらつきが最小、あるいは所定ばらつき
   以下となるスイッチング周波数条件に設定制御する制御
   手段と、 以上を具備することを特徴とした半導体試験装置用のス
   イッチング電源。
5. 【請求項５】 複数台スイッチング電源の出力を並列接
   続、あるいは隣接配置して使用する半導体試験装置のス
   イッチング電源の運転において、 デバイスへの印加用直流電圧発生手段から所定電圧を発
   生させた状態で、該所定電圧を直流電圧測定手段で複数
   回測定して該所定電圧のばらつきを求め、 前記ばらつき測定をスイッチング電源のスイッチング周
   波数を順次変えて実施し、 前記で得られたばらつきが最小、あるいは所定ばらつき
   以下となるスイッチング周波数条件に設定制御する制御
   手段と、 以上を具備することを特徴とした半導体試験装置用のス
   イッチング電源。