MOSFET单粒子烧毁引起的DC∕DC电源变换器功能失效试验研究

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1、航天器环境工程第30卷第5期512SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年10月MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究111112李鹏伟，罗磊，王文炎，于庆奎，唐民，刘杰（1.中国空间技术研究院宇航物资保障事业部，北京100029；2.中国科学院兰州近代物理研究所，兰州730000）摘要：文章利用回旋加速器产生的Kr离子，对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究，分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果，指出内部功率MOSFETs器件的漏

2、-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因，最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。关键词：DC/DC电源变换器；单粒子效应；场效应晶体管；单粒子烧毁；地面试验中图分类号：TN402;TN406文献标志码：B文章编号：1673-1379(2013)05-0512-04DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2013.05.0110引言DC/DC使用的元器件主要有功率MOSFETs、肖特基二极管、脉宽调制器和稳压器等

3、。在满足额DC/DC电源变换器（以下简称“DC/DC”）是定设计的前提下，抗辐射设计是非常关键的技术。航天器电源系统的重要组成部分，是各个电子设备由于功率MOSFETs为辐照敏感器件，除总剂量效安全、可靠工作的基础。它负责将一次电源母线电应外，单粒子效应也是造成其失效的主要因素。所压变换为次级用电负载所需要的二次电源电压。因以，针对功率MOSFETs的抗辐射选用和应用对此，DC/DC的电气性能直接关系到二次电源电压DC/DC的抗辐射能力及其应用设计尤为关键。在的供电品质。进行DC/DC抗辐射能力设计时，需要对内部功

4、率空间辐射环境中的高能粒子会对电源系统中MOSFETs进行抗辐射能力评估，获得器件的“安的DC/DC产生辐射损伤效应，引起器件电气性能[1]全工作区”。指标退化，甚至功能失效。DC/DC由功率晶体管、本文结合DC/DC的空间应用条件，对其开展脉宽调制器、隔离信号反馈电路、变压器等组成，了空载和加载两种偏置条件下的单粒子功能失效其空间辐射效应主要表现为总剂量辐射效应和单试验研究，获得了单粒子功能失效的试验结果，并粒子效应。总剂量辐射效应主要表现为DC/DC电分析了两种偏置条件下器件发生功能失效的原因，[2][3-4]

5、气性能参数退化，严重时功能失效；而单粒子最后给出了DC/DC内部功率MOSFETs选用和空[5-6]效应主要引起DC/DC功能失效、单粒子瞬态效间电源系统抗辐射设计的建议，为型号开展电源系[7-9]应。相比于总剂量辐射效应，DC/DC的单粒子统抗辐射设计提供参考。效应特别是单粒子功能失效的应用风险更大，器件1样品选取主要表现出无法正常实现直流电压转换并稳定输出，包括输出电压振荡、输出为0V或不为0的恒随着航天器的应用和发展，在航天器电子设备压等。单粒子功能失效为致命损伤，且不可恢复。中FPGA、CPU等大规模集成电

6、路的应用，对低输因此，DC/DC单粒子功能失效问题需要引起航天出电压、大电流的电源变换器的要求不断增多。此器应用的高度重视。————————————收稿日期：2013-04-09；修回日期：2013-09-03基金项目：卫星型号项目支持作者简介：李鹏伟（1983—），男，硕士学位，从事电子元器件抗辐射保证相关工作。E-mail:lipengwei@yeah.net。第5期李鹏伟等：MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究51324-2-1外，由于母线电压的提高和航天器功率的增大，对10～10

7、cm·s之间。大功率输出DC/DC的需求也越来越多。利用平台研辐照前，将辐照板固定在辐照平台上，安装试制的卫星，一次电源母线电压范围通常为26.5～验样品，加电测试功能正常后断电。利用激光准直42.5V；其他卫星用得较多的母线电压为28V、42V、系统调节辐照板距离，直至束流垂直入射范围覆盖[10]70V和100V。综合以上分析，试验样品选取器件内部敏感芯片。DVFL2812D型双路DC/DC。该器件采用单端正激2.2检测方法磁隔离结构，由功率MOSFETs、肖特基二极管、DC/DC在航天器的电源系统应用中有3种状

8、脉宽调制器和稳压器等组成，其中功率MOSFETs态，即：不加电状态；加电且输出无负载；加电且结构为N沟道增强型。器件输入额定电压为28V，加负载。第一种状态无须考虑单粒子效应，而后两输出功率120W，输出为±12V两路电压。种状态在单粒子辐照下均可能发生单粒子功能失试验样品为3只，试验前样品开帽，开帽后样效或单粒子瞬态效应。在实际应用中，采用独立的品的电参数