基于sbd的dcdc转换器辐射损伤预兆单元研究

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1、摘要随着微电子技术和航空航天技术的发展，DC／DC转换器广泛应用于航天等辐射环境中，其在辐射环境下的可靠性保障问题成为人们研究的热点。在电路系统中加入状态监测模块，实时掌控其工作状态，在辐射失效之前提前预警，能够有效的提高系统的可靠性。本文探索采用预兆单元的方法提高DC／DC转换器在辐射环境下的应用可靠性。肖特基势垒二极管(Schottkybarrierdiode，简称SBD)常用于DC／DC转换器输出端，作为整流二极管。辐射作用会导致SBD器件性能退化，进而将导致DC／DC转换器失效。本文在SBD的辐射效应研究的基

2、础上，研究SBD性能退化对DC／DC转换器整体性能的影响，建立了基于SBD的DC／DC辐射损伤预测模型。在此模型基础上研制预兆单元，以期在SBD性能出现早期异常现象而DC／DC转换器发生故障之前给出预警信号。设计并完成SBD和DC／DC转换器辐射实验，实验结果验证了辐射损伤微观机制和损伤预测模型是正确的，所建立的损伤预测模型能够反映DC他C转换器的辐射损伤情况。本文根据辐射敏感参数的分析和损伤预测模型，利用监测参数的预兆单元方法，设计了基于SBD的DC／DC转换器辐射损伤预兆单元电路和版图，考虑到预兆单元所处的辐射环

3、境，对部分预兆单元电路进行了辐射加固设计。模拟结果表明所设计的预兆单元完全满足设计要求。设计的预兆单元样品在成功制作之后，样品测试和辐射实验表明所设计的预兆单元能够实现失效预警，具备预期设计的功能。关键词：预兆单元DC／DC转换器辐射损伤SBDAbstractDC／DCconvertersarewidelyusedinaerospaceradiationenvironmentasthedevelopmentofmicro—electronicstechnologyandaerospacetechnology,itsr

4、eliabilityandsecurityissuesinradiationenvironmentbecomearesearchhotspot．Byaddingaconditionmonitoringmoduleintheelectricsystem，thereliabilitystateofdevicecallbemonitoredatworkcondition，andthereforeitcallbeusedtoprovidealladvancewarningoffailure,toprovideconditio

5、n—basedmaintenance，andtohelpinriskreductionandreliabilityimprovement．AprognosticcellisexploredtoimprovethereliabilityofDC／DCconverterinradiationenvironmentapplication．SBD(Schottkybarrierdiode)usuallyusedasoutputrectifierdiodesintheDC／DCconverter，radiationeffect

6、swillleadtoadegradationofSBDdeviceperformance，andthuswillresultinDC／DCconverterfailure．ThispaperfocusesontheradiationeffectofSBD，andresearchestheinfluenceofdegradationofSBDactonDC／DCconverter．BaseonSBD，theDC／DCconverterradiationdamagepredictionmodel，fromwhichth

7、eprognosticcellismanufactured，isdeveloped．Andtheprognosticcellissupposedto百veallearlywarningsignalbeforethefailureofDC／DCconverterOccurs，whichiscausebySBDperformanceanomalies．TheradiationexperimentsofSBDandDC／DCconverterhasbeendesignedandcompleted，theexperiment

8、alresultsverifythecorrectnessofradiationdamagemicro—mechanismandpredictionmodel，andthepredictionmodelCallwellreflecttheradiationdamageofDC／DCconverter．Accordingtotheanalysis