基于VDMOSFET的DC-DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷預(yù)兆單元研究.pdf

1、DC/DC轉(zhuǎn)換器作為二次電源廣泛應(yīng)用于太空輻射環(huán)境下，其輻射損傷可靠性成為亟待解決的問題。傳統(tǒng)的輻射加固設(shè)計(jì)和篩選方法存在生產(chǎn)周期長，成本高，性能落后等缺點(diǎn)。本文探索采用ePHM方法來解決DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷可靠性問題。 本文對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器及其內(nèi)部易損單元之一—VDMOSFT的輻射損傷機(jī)理和失效模式作了深入研究。設(shè)計(jì)并完成DC/DC轉(zhuǎn)換器和VDMOSFET的γ射線輻照實(shí)驗(yàn)。在深入分析參數(shù)退化機(jī)理的基礎(chǔ)上優(yōu)選了敏感表征參量

2、。然后建立基于VDMOSFET的DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷預(yù)測(cè)模型。最后，依據(jù)此模型研制基于VDMOSFET的DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷預(yù)兆單元。 理論研究表明輻射后，VDMOSFET出現(xiàn)閾值電壓負(fù)漂、跨導(dǎo)退化、噪聲增大等失效模式；DC/DC轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)效率降低、輸出電壓漂移、噪聲增大等失效模式。VDMOSFET閾值電壓負(fù)漂引起DC/DC轉(zhuǎn)換器失效有兩種模式。一是VDMOSFET閾值電壓低于PWM輸出電壓低電位，不能脫離飽和區(qū)而失效；

3、二是VDMOSFET閾值電壓負(fù)漂引起漏端電流增加，致使DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率降低。 本文設(shè)計(jì)并完成VDMOSFET和DC/DC轉(zhuǎn)換器輻照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論研究成果。對(duì)比分析電參數(shù)和噪聲參數(shù)，依據(jù)輻射損傷敏感表征參量選取原則，選取VDMOSFET的閾值電壓和DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓、轉(zhuǎn)換效率作為預(yù)兆單元用輻射損傷敏感表征參量；選取噪聲幅值B為輻射損傷篩選、評(píng)價(jià)用敏感表征參量。 在深入研究VDMOSFET輻射參數(shù)退

4、化對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器影響的基礎(chǔ)上，本文建立了基于VDMOSFET的DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷預(yù)測(cè)模型。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所建立的輻射損傷預(yù)測(cè)模型是正確的，能準(zhǔn)確的反映DC/DC轉(zhuǎn)換器的輻射損傷情況。 結(jié)合DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷失效機(jī)理、失效模式與ePHM實(shí)現(xiàn)方法，確定采用參數(shù)監(jiān)測(cè)的預(yù)兆單元方法。依據(jù)輻射損傷預(yù)測(cè)模型設(shè)計(jì)了基于VDMOSFET的DC/DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷預(yù)兆單元電路原理圖和版圖，模擬和分析表明所設(shè)計(jì)的預(yù)兆單元完全