半导体元件的电子负载.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102456776 A (43)申请公布日 2012.05.16 C N 1 0 2 4 5 6 7 7 6 A *CN102456776A* (21)申请号 201010512172.9 (22)申请日 2010.10.19 H01L 33/00(2010.01) (71)申请人博计电子股份有限公司 地址中国台湾台北县 (72)发明人刘英彰 (74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人任默闻 (54) 发明名称 半导体元件的电子负载 (57) 摘要 本发明提供一种半导体元件的电子负载，电 子负载包括有至少二个以上的斜率直线产生电 路，每一个

2、斜率直线产生电路依据电源供应器所 产生的输出电压，产生电子负载对应于电源供应 器的输出电压的拉载电流。斜率直线产生电路包 括至少一第一段斜率直线产生电路，在电源供应 器所产生的输出电压介于0V到半导体元件的转 态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第一段 斜率直线；第二段斜率直线产生电路，在电源供 应器所产生的输出电压高于半导体元件的转态导 通电压时，将电源供应器所产生的输出电压扣除 半导体元件的顺向偏压点电压之后，以一第二斜 率模拟出第二段斜率直线。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说

3、明书 5 页 附图 6 页 1/2页 2 1.一种半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件的电子负载连接于一电 源供应器，用以模拟一半导体元件的电特性曲线，所述电子负载包括有至少二个以上的斜 率直线产生电路，每一个斜率直线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率，并依据所述 电源供应器所产生的输出电压，产生所述电子负载对应于所述电源供应器的输出电压的拉 载电流。 2.如权利要求1所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述斜率直线产生电路 包括： 至少一第一段斜率直线产生电路，在所述电源供应器所产生的输出电压介于0V到所 述半导体发光元件的转态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第一段斜率直

4、线； 第二段斜率直线产生电路，在所述电源供应器所产生的输出电压高于所述半导体发光 元件的转态导通电压时，将所述电源供应器所产生的输出电压扣除所述半导体发光元件的 顺向偏压点电压之后，以一第二斜率模拟出第二段斜率直线。 3.如权利要求2所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述第一段斜率直线产 生电路包括有一第一乘法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应 器的输出电压，第二输入端连接至一预设的第一阻抗参数设定值。 4.如权利要求2所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述第二段斜率直线产 生电路包括有： 一减法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出

5、电压， 第二输入端连接至一对应至所述半导体元件的转态导通电压，而其输出端输出所述电源供 应器的输出电压减所述半导体元件的转态导通电压后的电压差值； 一第二乘法器，其第一输入端连接至所述减法器的输出端，以接收所述电压差值，第二 输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值。 5.如权利要求1所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件为半导 体发光元件。 6.一种半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件的电子负载连接于一电 源供应器，用以模拟一半导体元件的电特性曲线，所述电子负载包括有： 一负载电流控制单元，连接于所述电源供应器； 一第一乘法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输

6、入所述电源供应器的输出 电压，第二输入端连接至一预设的第一阻抗参数设定值； 一减法器，其第一输入端连接至所述电源供应器，以输入所述电源供应器的输出电压， 第二输入端连接至一对应至所述半导体发光元件的转态导通电压，而其输出端输出所述电 源供应器的输出电压减所述半导体发光元件的转态导通电压后的电压差值； 一第二乘法器，其第一输入端连接至所述减法器的输出端，以接收所述电压差值，第二 输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值； 当所述电源供应器所产生的输出电压介于0V到所述半导体元件的转态导通电压的区 间，所述第一乘法器产生第一段负载电流，控制所述负载电流控制单元产生所述电子负载 对应于所述电源供应器的

7、输出电压的拉载电流； 当所述电源供应器所产生的输出电压高于所述半导体元件的转态导通电压时，所述第 二乘法器产生第二段负载电流，以控制所述负载电流控制单元产生所述电子负载对应于所 权 利 要 求 书CN 102456776 A 2/2页 3 述电源供应器的输出电压的拉载电流。 7.如权利要求6所述的半导体元件的电子负载，其特征在于，所述半导体元件为半导 体发光元件。 权 利 要 求 书CN 102456776 A 1/5页 4 半导体元件的电子负载 技术领域 0001 本发明是关于一种电子负载装置，特别是指一种以至少二个以上的斜率直线产生 电路来模拟半导体元件电特性的电子负载。 背景技术 000

8、2 电子负载装置是电源装置开发与制造过程中，基本且重要的仪器设备。其可替代 实际电阻、电容、电池及各种电路的组合，协助模拟电源装置输出端的负载状态，以提供相 关的研发、品管及生产线测试应用。 0003 针对电阻性、电池性、电路性负载的电子负载，业者设计出包括定电流模式、定电 压模式、定功率模式及定电阻模式等不同工作模式的已知电子负载。虽然这些技术已为行 的有年的电子技术，但由于半导体元件具有转态电压的电特性，故此类已知的电子负载并 不适合应用在半导体元件的模拟。 0004 以发光二极管(LED)为例，供给发光二极管的电压在小于预设的转态电压时，发 光二极管并不会启始动作，而当供给发光二极管的电

9、压在超过转态电压时，发光二极管才 会启始动作发光。图1是已知半导体发光元件的电压与电流的电特性曲线图。目前业界 在进行发光二极管的电特性模拟时，一般多以简单的定电阻模式模拟发光二极管。但以传 统定电阻模式操作的电子负载并不能对发光二极管的电特性作正确的模拟，且以定电流模 式、定电压模式、定功率模式亦无法对此类发光二极管达成正确的电特性模拟。 0005 针对发光二极管的特性，业者意图设计出可适用于发光二极管模拟的电子负载， 其设计的重点仍是以定电阻的模式来模拟，但其在进行定电阻工作模式前，会将施加至发 光二极管中非线性部份的电压予以直接扣除，此一作法实际上即是故意忽略半导体元件的 重要电特性，故

10、存在了不精确的问题。在针对半导体元件必须讲求精确数值的要求下，此类 电子负载实际上并不符合业界的需求。 发明内容 0006 因此，本发明的一目的在于提供一种电子负载装置，用于模拟以半导体材料所制 成的半导体元件对电源供应器的电特性。本发明依据不同应用的半导体元件特性曲线，利 用多段斜率的直线來描绘出半导体元件的特性曲线。 0007 本发明的又一目的在于提供一种发光二极管(LED)的模拟电子负载装置，特别适 用于模拟发光二极管的电特性。本发明由半导体发光元件特性曲线，利用多段斜率的直线 來描绘出半导体发光元件的特性曲线。 0008 相较于已知技术，本发明提供了可精确模拟半导体元件电特性的电子负载

11、装置， 其完整考虑了半导体元件的全域电特性，故具有高精确模拟的功效。本发明的技术适用于 讲求精确数值要求的半导体元件。本发明特别适用于模拟发光二极管的电特性。 0009 本发明所揭示的电子负载装置是在电子负载包括有至少二个以上的斜率直线产 生电路，每一个斜率直线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率，并依据该电源供应器 说 明 书CN 102456776 A 2/5页 5 所产生的输出电压，产生该电子负载对应于该电源供应器的输出电压的拉载电流。该斜率 直线产生电路包括至少一第一段斜率直线产生电路，在该电源供应器所产生的输出电压介 于0V到该半导体发光元件的转态导通电压的区间，以一第一斜率模拟出第

12、一段斜率直线； 第二段斜率直线产生电路，在该电源供应器所产生的输出电压高于该半导体发光元件的转 态导通电压时，将该电源供应器所产生的输出电压扣除该半导体发光元件的顺向偏压点电 压之后，以一第二斜率模拟出第二段斜率直线。该半导体元件特别适用于半导体发光元件。 0010 本发明较佳实施例中，第一段斜率直线产生电路包括有一乘法器，其第一输入端 连接至该电源供应器，以输入该电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一预设的第一 阻抗参数设定值。第二段斜率直线产生电路包括有一减法器，其第一输入端连接至该电源 供应器，以输入该电源供应器的输出电压，第二输入端连接至一对应至该半导体发光元件 的转态导通电压，而其

13、输出端输出该电源供应器的输出电压减该半导体发光元件的转态导 通电压后的电压差值；一乘法器，其第一输入端连接至该减法器的输出端，以接收该电压差 值，第二输入端连接至一预设的第二阻抗参数设定值。 0011 本发明提供了可精确模拟半导体元件电特性的电子负载装置，其完整考虑了半导 体元件的全域电特性，故具有高精确模拟的功效。 附图说明 0012 关于本发明所述的电子负载装置，可以通过以下发明详述及所附附图，得到进一 步的了解。 0013 图1是已知半导体发光元件的电压与电流的电特性曲线图； 0014 图2显示本发明半导体元件的电子负载的电路方块图； 0015 图3显示本发明第一段斜率直线产生电路控制负

14、载电流控制单元产生第一段拉 载电流的电压对电流曲线图； 0016 图4显示本发明第二段斜率直线产生电路控制负载电流控制单元产生第二段拉 载电流的电压对电流曲线图； 0017 图5显示组合图3第一段拉载电流与图4第二段拉载电流所构成电压对电流曲线 图； 0018 图6显示图2中本发明电子负载的实施例电路图； 0019 图7显示图6中减法器的实施例电路图； 0020 图8显示图6中乘法器的实施例电路图； 0021 图9显示图6中负载电流控制单元的第一实施例电路图； 0022 图10显示图6中负载电流控制单元的第二实施例电路图。 0023 附图标号 0024 100 电子负载 0025 200 电源

15、供应器 0026 1 第一段斜率直线产生电路 0027 2 第二段斜率直线产生电路 0028 3 负载电流控制单元 0029 R1 第一阻抗参数设定值 说 明 书CN 102456776 A 3/5页 6 0030 R2 第二阻抗参数设定值 0031 Vin 输出电压 0032 Vf 转态导通电压 0033 IL1 第一段负载电流 0034 IL2 第二段负载电流 0035 IL 拉载电流 0036 11 第一乘法器 0037 11a 第一输入端 0038 11b 第二输入端 0039 11c 输出端 0040 21 减法器 0041 211 反向电路 0042 212 加法电路 0043 2

16、1a 第一输入端 0044 21b 第二输入端 0045 21c 输出端 0046 Vf1 电压差值 0047 22 第二乘法器 0048 221 电阻 0049 222 可调电阻 0050 22a 第一输入端 0051 22b 第二输入端 0052 Vc1 电压输出值 0053 Vc2 电压输出值 0054 Vc 电压输出值 0055 31 开关单元 0056 32 运算放大器 0057 33 运算放大器 具体实施方式 0058 参阅图2所示，其显示本发明半导体元件的电子负载的电路方块图，该电子负载 100连接于一可供应直流输出电压Vin的电源供应器200。通过本发明的电子负载100可 以模

17、拟半导体元件的电特性曲线。在以下的实施例中，是以半导体发光元件(LED)作一说 明，但不以此为限。为了达到模拟半导体发光元件的动作曲线，本发明由半导体发光元件特 性曲线，利用多段斜率的直线來描绘出半导体发光元件的特性曲线。 0059 本发明的电子负载100包括有至少二个以上的斜率直线产生电路，每一个斜率直 线产生电路定义有不同的电压对电流的斜率直线，并依据该电源供应器200所产生的输出 电压Vin，产生该电子负载对应于该电源供应器200的输出电压Vin的拉载电流。 0060 如图2所示的实施例，电子负载100包括有一第一段斜率直线产生电路1，其输入 说 明 书CN 102456776 A 4/

18、5页 7 端连接至电源供应器200，而输出端连接至负载电流控制单元3。第一段斜率直线产生电路 1具有一第一阻抗参数设定值R1，可定义出该第一段斜率直线产生电路1的电压对电流的 第一段斜率。第一阻抗参数设定值R1是依据半导体发光元件的阻抗值而设定。 0061 第二段斜率直线产生电路2的输入端连接至电源供应器200，而输出端连接至负 载电流控制单元3。第二段斜率直线产生电路2具有一第二阻抗参数设定值R2，可定义出 该第二段斜率直线产生电路2的电压对电流的第二段斜率。第二段斜率直线产生电路2另 具有一半导体发光元件的转态导通电压Vf。第二阻抗参数设定值R2是依据半导体发光元 件的阻抗值而设定。 00

19、62 同时参阅图3图5，当该电源供应器200所产生的输出电压Vin介于0V(伏特) 到该半导体发光元件的转态导通电压Vf的区间，第一段斜率直线产生电路1可产生第一段 负载电流IL1，以模拟出至少一第一段斜率直线，以控制该负载电流控制单元3产生该电子 负载100对应于该电源供应器200的输出电压Vin的拉载电流IL(如图3所示)。 0063 当该电源供应器200所产生的输出电压Vin高于该半导体发光元件的转态导通电 压时，第二段斜率直线产生电路2将该电源供应器200所产生的输出电压Vin扣除该半导 体发光元件的顺向偏压点电压之后，产生第二段负载电流IL2，以模拟出第二段斜率直线， 以控制该负载电

20、流控制单元3产生该电子负载100对应于该电源供应器200的输出电压 Vin的拉载电流IL(如图4所示)。 0064 经过前述第一段斜率直线产生电路1以第一斜率控制负载电流控制单元3所产生 的第一段拉载电流，配合第二段斜率直线产生电路2以第二斜率控制负载电流控制单元3 所产生的第二段拉载电流，即可组合模拟半导体发光元件的电特性曲线(如图5所示)。 0065 参阅图6所示，其显示图2中本发明电子负载100的实施例电路图。如图所示，第 一段斜率直线产生电路1包括有一第一乘法器11，其第一输入端11a连接至该电源供应器 200，以输入该电源供应器200的输出电压Vin，第二输入端11b连接至第一阻抗参

21、数设定值 R1，而其输出端11c输出该电源供应器200的输出电压Vin乘以第一阻抗参数设定值R1后 的电压输出值Vc1。 0066 第二段斜率直线产生电路2包括有一减法器21，其第一输入端21a连接至该电源 供应器200，以输入该电源供应器200的输出电压Vin，第二输入端21b连接至一对应至该 半导体发光元件的转态导通电压Vf，而其输出端21c输出该电源供应器200的输出电压 Vin减该半导体发光元件的转态导通电压Vf后的电压差值Vf1。一第二乘法器22，其第一 输入端22a连接至该减法器21的输出端21c，以接收该电压差值Vf1，第二输入端22b连接 至第二阻抗参数设定值R2，而其输出端2

22、1c输出该电压差值Vf1乘以第二阻抗参数设定值 R2后的电压输出值Vc2。 0067 图7显示图6中减法器21的实施例电路图。本实施例中，主要包括有一反向电路 211、加法电路212。电源供应器200的输出电压Vin输入至反向电路211的输入端后，经由 反向器211获得-Vin后，再经由加法电路212与转态导通电压Vf相加，加法电路212输出 获得Vin-Vf即为半导体发光元件的转态导通电压，亦为第二段斜率直线的起始点，再经由 图6中的第二乘法器22模拟出第二段斜率直线。 0068 图8显示图6中第二乘法器22的实施例电路图。本实施例中，第二乘法器22主 要包括有一电阻221及一可调电阻222

23、构成乘法器的功能，此一电路架构亦适用于图6中 说 明 书CN 102456776 A 5/5页 8 乘法器21。 0069 图9显示图6中负载电流控制单元3的第一实施例电路图。本实施例中，负载电 流控制单元3主要包括有一开关单元31、运算放大器32及相关电阻所构成。拉载电流IL 的大小可由电压输出值Vc的大小而决定。 0070 图10显示图6中负载电流控制单元3的第二实施例电路图。本实施例中，负载电 流控制单元3主要包括有一开关单元31、运算放大器32、运算放大器33及相关电阻所构 成。拉载电流IL的大小可由电压输出值Vc的大小而决定。 0071 由以上的实施例可知，本发明确提供一种新颖实用的

24、半导体元件电子负载。惟以 上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，本领域的技术人员当可依据本发明的上 述实施例说明而作其他种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及 变化，当仍属于本发明的创作精神及界定的权利要求范围内。 说 明 书CN 102456776 A 1/6页 9 图1 图2 图3图4 说 明 书 附 图CN 102456776 A 2/6页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102456776 A 10 3/6页 11 图6 说 明 书 附 图CN 102456776 A 11 4/6页 12 图7 说 明 书 附 图CN 102456776 A 12 5/6页 13 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102456776 A 13 6/6页 14 图10 说 明 书 附 图CN 102456776 A 14