DC/DC变换器抗辐照表征关键技术研究

论文摘要

随着DC/DC变换器空间应用越来越广泛,抗辐照能力已经成为其质量保证体系中的一项重要内容。传统的DC/DC变换器抗辐照能力表征方法或对器件造成损伤,或成本较高。本文探索能克服以上缺点的新表征方法。本文深入研究了DC/DC变换器及其内部易损单元之一—PWM控制器的辐照损伤机制和低频噪声特性,设计完成了DC/DC变换器和PWM控制器的电离辐照实验,在深入分析参量退化机制的基础上优选了敏感表征参量,然后分别建立了DC/DC变换器和PWM控制器抗辐照能力表征模型,最后,基于此模型进行了小剂量辐照-退火表征关键技术的研究。通过以上工作,本论文主要结论有:1.实验结果表明: DC/DC变换器的输出电压相比其它电参量更能敏感地反映器件性能的退化,同时输出端的噪声参量与输出电压变化趋势一致,但前者的变化幅度比后者大两个数量级,所以选择噪声参量为最优表征参量;PWM控制器输出补偿端的直流电压和噪声参量能有效表征器件的退化,以噪声参量最优。2.DC/DC变换器的输出电压退化是由光电耦合器的电流传输比下降和PWM控制器的基准电压增大引起的;PWM控制器输出补偿电压下降是由内部的误差放大器输入级晶体管电流增益下降引起的。3.理论推导和数据拟合结果都表明:DC/DC变换器的低频噪声点频值变化很好地反映了输出电压的变化,因此可以用于表征DC/DC变换器抗辐照能力。而PWM控制器的噪声模型表明:输出补偿电压退化与器件辐照前的噪声特性和辐照时的俘获氧化层正电荷密度相关。4.小剂量辐照-退火方法具有低损伤、准确、普适,以及成本低等优点,可用于DC/DC变换器抗辐照能力的表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 DC/DC 变换器的空间应用可靠性问题
• 1.1.2 DC/DC 变换器抗辐照表征研究的意义
• 1.2 DC/DC 变换器抗辐照表征研究现状
• 1.2.1 传统表征方法的局限性
• 1.2.2 低频噪声表征方法
• 1.2.3 技术实现难点
• 1.3 论文结构
• 第二章 DC/DC 变换器辐照效应噪声表征基础
• 2.1 DC/DC 变换器概述
• 2.1.1 DC/DC 变换器组成及分类
• 2.1.2 DC/DC 变换器基本工作原理
• 2.2 DC/DC 变换器的空间辐照效应
• 2.2.1 空间辐照环境
• 2.2.2 DC/DC 变换器的电离辐照效应
• 2.2.3 基于PWM 的辐照失效机理分析
• 2.3 1/f 噪声表征基础
• 2.3.1 1/f 噪声产生机理
• 2.3.2 1/f 噪声表征基础
• 2.4 本章小结
• 第三章 DC/DC 变换器及PWM 抗辐照表征模型
• 3.1 DC/DC 变换器总剂量辐照实验及表征参量优选
• 3.1.1 实验方案设计
• 3.1.2 DC/DC 变换器电参量退化分析
• 3.1.3 DC/DC 变换器噪声参量退化分析
• 3.1.4 优选敏感表征参量
• 3.2 DC/DC 变换器抗辐照能力电学表征模型
• 3.2.1 主回路电压传输关系
• 3.2.2 反馈控制回路模型
• 3.2.3 电学表征模型
• 3.3 DC/DC 变换器抗辐照能力噪声表征模型
• 3.3.1 DC/DC 变换器内部噪声传输关系
• 3.3.2 噪声表征模型
• 3.4 PWM 控制器总剂量辐照实验与表征参量优选
• 3.4.1 PWM 的总剂量辐照实验
• 3.4.2 电参量退化分析
• 3.4.3 噪声参量退化分析
• 3.4.4 优选敏感表征参量
• 3.5 PWM 控制器抗辐照能力表征模型
• 3.5.1 输出占空比电学表征模型
• 3.5.2 运算放大器的1/f 噪声模型
• 3.5.3 PWM 控制器噪声表征模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 DC/DC 变换器抗辐照表征关键技术
• 4.1 小剂量辐照-退火方法简介
• 4.1.1 DC/DC 变换器的辐照-退火方法
• 4.1.2 小剂量辐照-退火方法概述
• 4.2 小剂量辐照-退火实验实施规范
• 4.3 表征参量测试方法
• 4.3.1 电子器件的低频噪声测试方法
• 4.3.2 DC/DC 变换器的低频噪声测试方法
• 4.3.3 PWM 控制器的低频噪声测试方法
• 4.4 应用实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文结果
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果