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電源裝置及照明裝置制造方法

文檔序號(hào):8091799閱讀:118來(lái)源:國(guó)知局
電源裝置及照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種小型且高效的電源裝置及照明裝置。本發(fā)明實(shí)施方式的電源裝置包括:導(dǎo)電性的第一安裝基板;第一開(kāi)關(guān)元件,安裝于所述第一安裝基板上;電流控制元件,安裝于所述第一安裝基板上,具有與所述第一安裝基板連接的主端子,與所述第一開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接,且限制所述第一開(kāi)關(guān)元件的電流;以及第二開(kāi)關(guān)元件,與所述電流控制元件串聯(lián)連接,且在所述第一開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)流過(guò)電流。
【專利說(shuō)明】電源裝置及照明裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種電源裝置及照明裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái),照明裝置中,照明光源正從白熾燈或熒光燈而替換為節(jié)省能源、長(zhǎng)壽 命的光源,例如發(fā)光二極管(Light-emitting diode :LED)。例如,也開(kāi)發(fā)了電致發(fā)光 (Electro-Luminescence, EL)或有機(jī)發(fā)光二極管(Organic light-emitting diode :0LED) 等新的照明光源。
[0003] 這些照明光源的亮度依賴于所流動(dòng)的電流值。為了使照明裝置穩(wěn)定地點(diǎn)燈,需要 定電流輸出型的電源裝置。為了使所輸入的電源電壓符合LED等照明光源的額定電壓,還 需要對(duì)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。作為適合于高效率且省電化?小型化的電源,有斬波方式的直流-直 流(direct current-direct current,DC-DC)轉(zhuǎn)換器等開(kāi)關(guān)電源。
[0004] 作為該開(kāi)關(guān)電源中所使用的開(kāi)關(guān)元件,有包含寬帶隙的化合物半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)元 件。其中,由氮化鎵(GaN)等氮化物半導(dǎo)體形成的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor :HEMT)正受到矚目。這是因?yàn)槠渚哂懈吣蛪号c低導(dǎo)通電阻特性,可 進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)。只要導(dǎo)通電阻下降,高速開(kāi)關(guān)成為可能,則可使構(gòu)成輸出濾波器的電感器、 電容器小型化。為了實(shí)現(xiàn)電源裝置整體的小型化,也需要元件自身的小型化。也需要同時(shí) 地推進(jìn)立足于氮化物半導(dǎo)體的特性的高效率化。
[0005][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0006] [專利文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)1]日本專利特開(kāi)2008-198735號(hào)公報(bào)
[0008][專利文獻(xiàn)2]日本專利特開(kāi)2012-034569號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的課題
[0010] 本發(fā)所欲解決的課題在于提供一種小型且高效的電源裝置及照明裝置。
[0011] 解決課題的手段
[0012] 實(shí)施方式的電源裝置包括:導(dǎo)電性的第一安裝基板;第一開(kāi)關(guān)元件,安裝于所述 第一安裝基板上;電流控制元件,安裝于所述第一安裝基板上,具有與所述第一安裝基板連 接的主端子,與所述第一開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接,且限制所述第一開(kāi)關(guān)元件的電流;以及第二開(kāi) 關(guān)元件,與所述電流控制元件串聯(lián)連接,且在所述第一開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)流過(guò)電流。
[0013] 實(shí)施方式的照明裝置包括:所述電源裝置;以及照明負(fù)載,成為所述電源裝置的 負(fù)載電路。
[0014] 發(fā)明的效果
[0015] 根據(jù)本發(fā)明,可提供小型且高效率的電源裝置及照明裝置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是例示包含第一實(shí)施方式的電源裝置的照明裝置的電路圖。
[0017] 圖2是設(shè)置于第一實(shí)施方式的電源裝置的半導(dǎo)體封裝體的示意平面配置圖。
[0018]圖3 (a)、圖3 (b)是表示GaN HEMT的泄漏電流特性的特性圖。
[0019] 圖4是設(shè)置于第二實(shí)施方式的電源裝置的半導(dǎo)體封裝體的示意平面配置圖。
[0020] 圖5是半導(dǎo)體封裝體的示意電路圖。
[0021] 圖6是例示包含第三實(shí)施方式的電源裝置的照明裝置的電路圖。
[0022] 圖7是設(shè)置于第三實(shí)施方式的電源裝置的半導(dǎo)體封裝體的示意平面配置圖。
[0023] 符號(hào)的說(shuō)明
[0024] 1、56:照明裝置
[0025] 2:直流電壓源
[0026] 3、57:電源裝置
[0027] 4:照明負(fù)載
[0028] 5 :交流電源
[0029] 6 :整流器
[0030] 7 :輸入濾波器電容器
[0031] 8、54、58 :半導(dǎo)體封裝體
[0032] 9、11:開(kāi)關(guān)元件
[0033] 10:電流控制元件
[0034] 12 ?14:二極管
[0035] 15:定電壓二極管
[0036] 16:電阻
[0037] 17:電容器
[0038] 18、19:電感器
[0039] 20:輸出濾波器電容器
[0040] 21 :高電位輸入端子
[0041] 22:低電位輸入端子
[0042] 23:高電位輸出端子
[0043] 24:低電位輸出端子
[0044] 25:密封樹(shù)脂
[0045] 26 ?31:端子
[0046] 32、33:焊盤
[0047] 34、35:半導(dǎo)體芯片
[0048] 36 ?44、59、60:接合墊
[0049] 45 ?52、55、61:接合線
[0050]53、62:金屬配線
[0051]Cd:二極管的電容
[0052]Cds :并聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)元件的漏極?源極間電容與漏極?焊盤間電容相加所得 的電容
[0053] IR:泄漏電流
[0054] Vdg :GaN HEMT的漏極?柵極間電壓
[0055] VgslO :電流控制元件的柵極?源極間電壓
[0056] Vgsll :第二開(kāi)關(guān)元件的柵極?源極間電壓 [0057]Vsg :源極?柵極間電壓

【具體實(shí)施方式】
[0058] 以下,一邊參照附圖,一邊對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。以下的說(shuō)明中,對(duì)相同的構(gòu)件附 上相同的符號(hào),并對(duì)已說(shuō)明的構(gòu)件適當(dāng)省略其說(shuō)明。
[0059](第一實(shí)施方式)
[0060] 圖1是包含第一實(shí)施方式的電源裝置的照明裝置的電路圖。
[0061] 圖2是設(shè)置于本實(shí)施方式的電源裝置的半導(dǎo)體封裝體的示意性平面配置圖。
[0062] 照明裝置1包括:電源裝置3,將直流電壓源2的輸出電壓轉(zhuǎn)換為所需的電壓;以 及照明負(fù)載4,成為電源裝置3的負(fù)載電路,從電源裝置3被供給電力而點(diǎn)燈。照明負(fù)載4 具有例如LED等照明光源。直流電壓源2例如具有交流電源5及整流器6。圖1中,作為直 流電壓源2,表示有如下的直流電壓源:利用作為整流器6的例如橋接型整流電路對(duì)作為交 流電源5的例如商用交流電源的交流電壓進(jìn)行整流,并輸出直流電壓。
[0063] 電源裝置3包括:輸入濾波器電容器7,半導(dǎo)體封裝體8,二極管12、二極管13、二 極管14,定電壓二極管15,電阻16,電容器17,電感器18、電感器19,以及輸出濾波器電容 器20。半導(dǎo)體封裝體8包括第一開(kāi)關(guān)元件9、電流控制元件10、以及第二開(kāi)關(guān)元件11。這 些元件為包含化合物半導(dǎo)體的常通(normally on)型晶體管,例如為由氮化鎵(GaN)等氮 化物半導(dǎo)體形成的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor :HEMT)。二 極管12例如為硅肖特基勢(shì)壘二極管。電感器18與電感器19磁耦合。
[0064] 另夕卜,本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中,"氮化物半導(dǎo)體"包含在BxInyAlzGal-x-y-z N(0< x < 1, l,x+y+z彡1)的化學(xué)式中,使組成比x、組成比y及組成比z在各自的 范圍內(nèi)變化而得的所有組成的半導(dǎo)體。而且,"氮化物半導(dǎo)體"進(jìn)而包含以下半導(dǎo)體:在所 述化學(xué)式中,還包含N(氮)以外的V族元素的半導(dǎo)體,還包含為了控制導(dǎo)電性等各種物性 而添加的各種元素的半導(dǎo)體,及還包含無(wú)意地包含的各種元素的半導(dǎo)體。
[0065] 直流電壓源2的輸出被輸入至電源裝置3的高電位輸入端子21與低電位輸入端 子22之間。輸入濾波器電容器7連接于電源裝置3的高電位輸入端子21與低電位輸入端 子22之間。電源裝置3的高電位輸入端子21連接于第一開(kāi)關(guān)元件9的漏極,第一開(kāi)關(guān)元 件9的源極連接于第二電流控制元件10的漏極。第二電流控制元件10的源極連接于第二 開(kāi)關(guān)元件11的漏極,第二開(kāi)關(guān)元件11的源極連接于二極管12的陰極。
[0066] 二極管12的陽(yáng)極連接于電源裝置3的低電位輸入端子22。第二開(kāi)關(guān)元件11的漏 極連接于第一電感器18的一端。第一電感器18的另一端連接于輸出濾波器電容器20的 一端。輸出濾波器電容器20的另一端連接于電源裝置3的低電位輸入端子。第二電感器 19的一端連接于第二開(kāi)關(guān)元件11的漏極,另一端經(jīng)由電容器17而連接于第一開(kāi)關(guān)元件9 的柵極。第二電感器19設(shè)為如下的接線,S卩,在第一電感器18的電流增加時(shí)感應(yīng)出使第一 開(kāi)關(guān)元件9導(dǎo)通的電壓,在第一電感器18的電流減少時(shí),感應(yīng)出使第一開(kāi)關(guān)元件9斷開(kāi)的 電壓。
[0067] 二極管14的陽(yáng)極連接于第一開(kāi)關(guān)元件9的柵極,二極管14的陰極連接于電流控 制元件10的源極。二極管13的陽(yáng)極連接于電流控制元件10的柵極,二極管13的陰極連 接于電流控制元件10的源極。第二開(kāi)關(guān)元件11的柵極連接于二極管12的陽(yáng)極。定電壓 二極管15的陰極連接于第二開(kāi)關(guān)元件11的漏極,定電壓二極管15的陽(yáng)極連接于電阻16 的一端。電阻16的另一端連接于電源裝置3的低電位輸入端子22。電流控制元件10的柵 極連接于定電壓二極管15的陽(yáng)極。電源裝置3的輸出從輸出濾波器電容器20的兩端被取 出至高電位輸出端子23、低電位輸出端子24,且被供給至照明負(fù)載4。
[0068] 如圖2所示,半導(dǎo)體芯片34與半導(dǎo)體芯片35安裝于半導(dǎo)體封裝體8內(nèi)。另外,圖 2是示意性地表示半導(dǎo)體封裝體8的內(nèi)部構(gòu)造的平面圖,實(shí)際上,半導(dǎo)體芯片34或半導(dǎo)體芯 片35等利用密封樹(shù)脂25而鑄模(mold)。半導(dǎo)體芯片34安裝于導(dǎo)線架的焊盤(land)(第 一安裝基板)32上,半導(dǎo)體芯片35安裝于導(dǎo)線架的焊盤(第二安裝基板)33上。焊盤32、 焊盤33具導(dǎo)電性。這些焊盤由密封樹(shù)脂25所覆蓋且得到封裝。
[0069] 半導(dǎo)體芯片34包括第一開(kāi)關(guān)元件9以及電流控制元件10。半導(dǎo)體芯片35包括第 二開(kāi)關(guān)元件11。半導(dǎo)體芯片34、半導(dǎo)體芯片35中形成著接合墊。接合墊36、接合墊39、接 合墊42分別與作為第一開(kāi)關(guān)元件9、電流控制元件10及第二開(kāi)關(guān)元件11的主端子的漏極 電極相對(duì)應(yīng)。而且,接合墊37、接合墊40、接合墊43分別與作為第一開(kāi)關(guān)元件9、電流控制 元件10及第二開(kāi)關(guān)元件11的主端子的源極電極相對(duì)應(yīng)。進(jìn)而,接合墊38、接合墊41、接合 墊44分別與作為第一開(kāi)關(guān)元件9、電流控制元件10及第二開(kāi)關(guān)元件11的控制端子的柵極 電極相對(duì)應(yīng)。除接合墊37、接合墊39外的所述接合墊,分別利用接合線45?接合線51而 連接于附近的導(dǎo)線架。
[0070] 所述導(dǎo)線架作為端子26?端子31而被抽出至外部。開(kāi)關(guān)元件9的漏極連接于端 子26,開(kāi)關(guān)元件9的柵極連接于端子29。電流控制元件10的源極連接于端子27,電流控制 元件10的柵極連接于端子30。開(kāi)關(guān)元件11的漏極連接于端子27,開(kāi)關(guān)元件11的源極連 接于端子28。開(kāi)關(guān)元件11的柵極連接于端子31。
[0071]開(kāi)關(guān)元件9的源極利用形成于墊間的金屬配線53而連接于電流控制元件10的漏 極。
[0072] 電流控制元件10的源極經(jīng)由接合線47、導(dǎo)線架、接合線52而電連接于導(dǎo)線架的焊 盤32。
[0073] 然后,對(duì)電源裝置3的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。
[0074] 首先,對(duì)第二開(kāi)關(guān)元件11與二極管12的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。所述第二開(kāi)關(guān)元件11與 二極管12作為整流單元而運(yùn)行。在二極管12的陽(yáng)極側(cè)被施加了正的電壓的情況下,二極 管12導(dǎo)通。作為常通型的元件的第二開(kāi)關(guān)元件11也導(dǎo)通。整流單元為在正向被施加電壓 的狀態(tài),從而成為導(dǎo)通狀態(tài)。在對(duì)二極管12的陽(yáng)極側(cè)施加了負(fù)的電壓的情況下,二極管12 非導(dǎo)通。因第二開(kāi)關(guān)元件11的柵極?源極間電壓Vgsll為負(fù)的值,所以第二開(kāi)關(guān)元件11 也斷開(kāi)。整流單元為在反方向被施加電壓的狀態(tài),從而成為斷開(kāi)狀態(tài)。
[0075] 在反方向被施加了電壓的情況下,施加到二極管12的逆電壓為第二開(kāi)關(guān)元件11 的電壓Vgsll。該電壓為數(shù)伏(V)左右,因而可使用低耐壓的硅肖特基勢(shì)壘二極管等來(lái)作為 二極管12。一般來(lái)說(shuō),低耐壓的硅肖特基勢(shì)壘二極管的正向電壓低。因第二開(kāi)關(guān)元件11導(dǎo) 通時(shí)的正向電壓也低,所以作為整流單元整體來(lái)看的正向電壓能夠低于GaN二極管單體。[0076] 然后,對(duì)電流控制元件10的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。
[0077]在定電壓二極管15、電阻16的作用下,電流控制元件10的柵極?源極間電壓 VgslO為負(fù)的電壓。電流控制元件10具有與該VgslO相對(duì)應(yīng)的閾值電流。在電流控制元件 10的漏極電流小于該閾值時(shí),電流控制元件10顯示低導(dǎo)通電阻。如果漏極電流超過(guò)閾值, 那么電流控制元件10的導(dǎo)通電阻急增,從而電流控制元件10顯示定電流特性。
[0078] 以下,一邊參照所述包含第二開(kāi)關(guān)元件11與二極管12的整流單元及電流控制元 件10的特性,一邊對(duì)電源裝置3的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。
[0079] (1)在直流電源2的輸出電壓被施加至高電位輸入端子21與低電位輸入端子22 之間時(shí),因第一開(kāi)關(guān)元件9及電流控制元件10為常通型的元件,所以成為導(dǎo)通狀態(tài)。于是, 在高電位輸入端子21、第一開(kāi)關(guān)元件9、電流控制元件10、電感器18、輸出濾波器電容器20、 低電位輸入端子22的路徑上流通電流,輸出濾波器電容器20被充電。電感器18中儲(chǔ)存電 磁能量。
[0080] (2)因第一開(kāi)關(guān)元件9及電流控制元件10導(dǎo)通,所以包含第二開(kāi)關(guān)元件11與二極 管12的整流單元的兩端被施加電源裝置3的輸入電壓。因在反方向被施加了電壓,所以整 流單元為非導(dǎo)通的狀態(tài)。
[0081] (3)流過(guò)電感器18的電流隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)而增加。因電感器19與電感器18磁耦 合,所以電感器19中感應(yīng)出將電容器17側(cè)作為高電位的極性的電動(dòng)勢(shì),所述電容器17作 為耦合電容器而發(fā)揮作用。第一開(kāi)關(guān)元件9的柵極中經(jīng)由電容器17而被供給相對(duì)于源極 為正的電位,第一開(kāi)關(guān)元件9維持導(dǎo)通的狀態(tài)。
[0082] (4)如果流過(guò)電感器18的電流超過(guò)電流控制元件10的閾值,則電流控制元件10 的漏極?源極間的電壓因?qū)娮璧募痹龆眲∩仙?。第一開(kāi)關(guān)元件9的柵極?源極間的 電壓成為負(fù)的且大的值,從而第一開(kāi)關(guān)元件9斷開(kāi)。
[0083] (5)電感器18中產(chǎn)生逆電動(dòng)勢(shì)。因在正向被施加電壓,所以包含第二開(kāi)關(guān)元件11 與二極管12的整流單元為導(dǎo)通狀態(tài)。電流在整流單元、電感器18、輸出濾波器電容器20的 路徑上持續(xù)流通。因釋放電磁能量,所以電感器18的電流減少。由電感器19感應(yīng)出的負(fù) 的電壓得以維持,而第一開(kāi)關(guān)元件9繼續(xù)維持?jǐn)嚅_(kāi)的狀態(tài)。
[0084] (6)如果儲(chǔ)存在電感器18中的電磁能量為零,則流過(guò)電感器18的電流為零。電動(dòng) 勢(shì)的方向再次反轉(zhuǎn),電感器19中感應(yīng)出以電容器17側(cè)為高電位的電動(dòng)勢(shì)。第一開(kāi)關(guān)元件 9的柵極中被供給比源極高的電壓,從而第一開(kāi)關(guān)元件9導(dǎo)通?;氐剿觯?)的狀態(tài)。
[0085] 以后,重復(fù)進(jìn)行(1)?(6)。輸入電壓經(jīng)轉(zhuǎn)換后被供給至照明負(fù)載4。第一實(shí)施方 式中,電源裝置3作為降壓轉(zhuǎn)換器而運(yùn)行。二極管13、二極管14分別限制第一開(kāi)關(guān)元件9、 電流控制元件10的柵極的電位。
[0086] 然而,在由GaN系半導(dǎo)體形成的HEMT中,有漏極電流受到漏極?源極間電壓的影 響的被稱作電流崩塌(current collapse)的現(xiàn)象。所述現(xiàn)象為剛施加高電壓后不久的GaN HEMT的導(dǎo)通電阻增高的現(xiàn)象。作為對(duì)策,有將GaNHEMT的源極端子或柵極端子電連接于導(dǎo) 線架的焊盤的方法。
[0087]使用表1來(lái)說(shuō)明對(duì)策的效果。
[0088]表1是例示GaN HEMT的電壓施加前后的導(dǎo)通電阻的變化的表。即,表1以電壓施 加前為基準(zhǔn)來(lái)表示對(duì)GaN HEMT的漏極?源極間施加500V的電壓前后的導(dǎo)通電阻的變化。
[0089][表 1]
[0090]

【權(quán)利要求】
1. 一種電源裝置,其特征在于,包括: 導(dǎo)電性的第一安裝基板; 第一開(kāi)關(guān)元件,安裝于所述第一安裝基板上; 電流控制元件,安裝于所述第一安裝基板上,具有與所述第一安裝基板連接的主端子, 與所述第一開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接,且限制所述第一開(kāi)關(guān)元件的電流;W及 第二開(kāi)關(guān)元件,與所述電流控制元件串聯(lián)連接,且在所述第一開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)流過(guò)電 流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置,其特征在于: 還包括安裝著所述第二開(kāi)關(guān)元件的第二安裝基板, 所述第二開(kāi)關(guān)元件的主端子與所述第二安裝基板連接, 所述第一安裝基板與所述第二安裝基板分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置,其特征在于: 所述第一安裝基板與所述第二安裝基板收容在同一半導(dǎo)體封裝體中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電源裝置,其特征在于: 所述第一開(kāi)關(guān)元件與所述電流控制元件是形成于同一半導(dǎo)體芯片上而成。
5. -種照明裝置,其特征在于,包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電源裝置;W及 照明負(fù)載,成為所述電源裝置的負(fù)載電路。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104470048SQ201410095297
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】北村紀(jì)之, 三浦洋平, 大武寬和, 高橋雄治 申請(qǐng)人:東芝照明技術(shù)株式會(huì)社
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