混合直流-直流转换器的辐射设计和测试

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1、混合直流-直流转换器的辐射设计和测试一、前言本文的目的是要展示通过结合一些简单的设计技术并以相当合理的成本使直流-直流转换器内部实现辐射性能卓越的总剂量和单粒子效应（SEE）。一旦结合这些技术，辐射性能在主切换MOSFET为耐辐射的MOSFET替代的情况下将有大大改进。应用于太空领域的标准混合直流-直流转换器价格实惠、订货-供货方便。然而，极少数的制造商会发布标准产品的辐射数据而且通常不考虑在设计这些产品的过程中所引起的辐射因素。目前采取的方法是购买具有太空认证且耐辐射的直流-直流转化器，但此类转换器价格昂贵

2、、订货-供货时间也相当长，或者希望采用标准产品得到最佳效果。然而，我们通过测试结果发现通过结合一些简单的设计技术并以相当合理的成本使直流-直流转换器内部实现辐射性能卓越的总剂量和单粒子效应（SEE）。一旦结合这些技术，辐射性能在主切换MOSFET为耐辐射的MOSFET替代的情况下将有大大改进。VPT指导着数个混合直流-直流转换器的总剂量和单粒子效应测试的进程。为确保基线工业转换器的修改设计万无一失，就需要分别介绍标准产品和辐射增强产品，其中二者的唯一区别在于辐射增强产品采用抗辐射功率MOSFET。(一)辐射效

3、应设计。辐射效应设计要求合理利用转换器拓扑结构和适当选择所需特性的部件。此外，设计采用电磁反馈替代光耦反馈可增强耐辐射性。(二)电源转换器拓扑结构。辐射效应设计的第一步就是选择合适的电源转换器拓扑结构。有些转换器具有沿MOSFETs从低阻抗源接地的直接短路路径，此类转换器对于单粒子翻转总具有敏感性。这些转换器包括半桥转换器、全桥转换器、推挽式电压反馈型转换器以及有源钳位正激转换器。所有的单端转换器，如正激或回描，都是可接受的。当然推挽式电流反馈型转换器也是可接受的。对于反馈补偿，最好避免使用光耦反馈而采用独立

4、的电磁反馈。(一)合理部件选择。问题关键在于功率MOSFET，脉宽调制器集成电路，电压检测补偿运放，低压闭锁比较器和基纳基准调节。NASA和DOD提供了最新的各种零件和制造商的辐射数据，对这些数据的可用数据库进行检查非常关键。表1是一参考零件的范例部件参考零件MOSFETIRF510,IRF5301PWMICUC1843Op-AmpLM158,LM124.ComparatorLM139ZenerReferenceLT1009,RH1009　　表1.参考零件范例（这些零件有利于制造抗辐射的直流-直流转换器）在混

5、合式直流-直流转换器中，要尽可能设计好基板规划以适应常规MOSFET和与MOSFET起相同作用的耐辐射产品。抗辐射部分的压模可略大，但如果基板是为抗辐射形式设计，那么它也能应用于非抗辐射形式。对于脉宽调制，有几个具有不错的辐射数据的集成电路可供选择。一般要避免在如UC1803中采用BiCMOS部件。这些部件对于总剂量和单粒子辐射效应敏感。关于辐射的运算放大器临界参数主要是偏置电压或偏置电流。这些将直接影响转换器的输出电压调节或短路电流。当使用一个分流电阻表来检测输出电流时，由于总剂量辐射效应的影响，电路对于偏

6、置电压的变化有着显著的反应。关于辐射的比较器临界电压参数也是了偏置电压。这些也会直接影响转换器的启动电压。基纳二极管的辐射电压基准的变化直接影响转换器的输出电压调节。因此选择稳压基纳基准尤为重要。一、总剂量辐射测试方法在许多不同的场合，直流-直流转换器的总剂量辐射能以相对低廉的价格进行测试，如在宾夕法尼亚州福吉谷洛克西德.马丁伽马电池设备上。在辐射暴露之前，很有必要再相同的时间间隔内做一份完整的转换器数据单表以观察辐射暴露效应。二、标准产品的总剂量测试结果测试的几个标准混合直流-直流转换器产品如下：1.DVS

7、A2805S(28Vin,5W/5V-hybrid)2.DVHF2805S(28Vin,15W/5V-hybrid)3.DVFL2812S(28Vin,100W/5V-hybrid)4.DVTR10005S(100Vin,30W/5V-hybrid)5.DVST3R30508R5T(28Vin,+3.3,+5.0V,+8.5V/30W-plasticencapsulated)每隔10Krad（Si），在这些部件上所要测试的参数：1.输出电压线性调节2.输出负载电压调节3.短路电流调节4.开关频率偏移5.输入电

8、流（效率）6.漏电流（当转换器被禁止时的输入电流）1.低压闭锁点2.电源电压内部电压调节对于这些部件，总剂量辐射失效模式都是相同的。测试经过约50-80Krads之后，漏电流开始显著增加，但其他所有参数都保持在零件规格内，这可以满足许多太空任务中的总剂量辐射要求。很多太空任务只要求30Krad的总剂量容量。失效之所以可以预见是因为总剂量辐射导致的功率MOSFET的共模失效模式在于门槛电压的减少。实际