基于VDMOSFET的DCDC转换器辐射损伤预兆单元研究

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1、摘要摘要．DC／DC转换器作为二次电源广泛应用于太空辐射环境下，其辐射损伤可靠性成为亟待解决的问题。传统的辐射加固设计和筛选方法存在生产周期长，成本高，性能落后等缺点。本文探索采用ePHM方法来解决DC／DC转换器辐射损伤可靠性问题。’本文对DC／DC转换器及其内部易损单元之一—VDMOSFT的辐射损伤机理和失效模式作了深入研究。设计并完成DC／DC转换器和VDMOSFET的Y射线辐照实验。在深入分析参数退化机理的基础上优选了敏感表征参量。然后建立基于VDMOSFET的DC／DC转换器辐射损伤预测

2、模型。最后，依据此模型研制基于VDMOSFET的DC／DC转换器辐射损伤预兆单元。理论研究表明辐射后，VDMOSFET出现阈值电压负漂、跨导退化、噪声增大等失效模式；DC／DC转换器出现效率降低、输出电压漂移、噪声增大等失效模式。VDMOSFET阈值电压负漂引起DC／DC转换器失效有两种模式。一是VDMOSFET阈值电压低于PWM输出电压低电位，不能脱离饱和区而失效；二是VDMOSFET阈值电压负漂引起漏端电流增加，致使DC／DC转换器转换效率降低。本文设计并完成VDMOSFET和DC／DC转换器

3、辐照实验，实验结果验证了理论研究成果。对比分析电参数和噪声参数，依据辐射损伤敏感表征参量选取原则，选取VDMOSFET的阈值电压和DC／DC转换器的输出电压、转换效率作为预兆单元用辐射损伤敏感表征参量；选取噪声幅值B为辐射损伤筛选、评价用敏感表征参量。．在深入研究VDMOSFET辐射参数退化对DC／DC转换器影响的基础上，本文建立了基于VDMOSFET的DC／DC转换器辐射损伤预测模型。理论计算和实验结果表明所建立的辐射损伤预测模型是正确的，能准确的反映DC／DC转换器的辐射损伤情况。结合DC／D

4、C转换器辐射损伤失效机理、失效模式与ePHM实现方法，确定采用参数监测的预兆单元方法。依据辐射损伤预测模型设计了基于VDMOSFET的DC／DC转换器辐射损伤预兆单元电路原理图和版图，模拟和分析表明所设计的预兆单元完全满足设计要求。设计的预兆单元在特许半导体成功流片，样品测试和辐照实验表明所设计的预兆单元成功实现了报警，达到设计要求。关键词：DC／DC转换器VDMOSFET辐射损伤预兆单元AbstractAbstract．DC／DCconvertersarewidelyusedasthesecon

5、dpowersourcesinthespaceradiationenvironment．Itsirradiationdamageisanurgentreliabilityproblemneededtobesolved．Traditionalradiationhardenandscreeningmethodshavesomedisadvantageslikelongperiods，hi．曲expenditureandlowcapabilityetc．The’ePHMtechniquewasexplo

6、ringlyadoptedtosolvetheirradiationdamageproblemofDC／DCconverters．BasedontheradiationdamagemechanismofDC／DCconverterandVDMOSFET,whichisoneofthemostvulnerableunitsinconverter,ionizationirradiationexperimentsweredone．ARcranalyzingthedegradationofparamete

7、rs，themostsensitive，faithfulandmeasurableoneswereselected．ThenbasedonVDMOSFET，DC／DCconvertersradiationdamagepredictionmodelWasestablished．Finally，accordingtothismodel，theprognosticscellofDC／DCconverterradiationdamagewasdesigned．Theoreticalstudyshowsth

8、at：afterirradiation，thefailuremodesofVDMOSFETsare：thresholdvoltagedriftnegatively,Tranconductancedegrade，lowfrequencyeleetronicalnoiseincreasedctc；DC／DCconvertersappearefficiencyreduced，outputvoltagedrift，lowfrequencyelectronicalnoiseincreased