Buck隔离型DC/DC变换器在高剂量率条件下的总剂量辐射损伤机理研究

对国产Buck型正激DC/DC电源变换器在高剂量率辐射条件下开展电离总剂量辐照试验。分析了DC/DC电源变换器的关键电性能参数和功能随辐照总剂量的变化情况,并对DC/DC的失效机理和失效模式进行研究。通过机理分析定位辐照敏感单元。此外,还针对DC/DC的总剂量失效阈值与辐照过程中所施加的输入电压偏置和输出电流偏置的关联关系进行分析。     

高压大电流单片DC/DC的抗总剂量加固技术

采用电流模、电压模双环控制结构,结合峰值电流采样等关键技术,实现了一款功率集成的单片DC/DC变换器。设计的峰值电流采样、斜率补偿大大提高了系统的稳定性,提高了系统的快速瞬态响应能力;针对高压低压差线性稳压器(LDO)、电流采样等高压模块电路,通过采样齐纳二极管、高压NJFET代替高压厚栅MOSFET等的设计方法,从总体上降低高压器件的数量,在基于30 V BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺上,结合特殊器件的版图设计方法,制作出一款输入电压5.5~17 V,电压调整率小于10 mV,电流调整率小于25 mV,输出电流大于5 A,系统静态电流小于25 mA,最高工作效率为93%的高效单片DC/DC,其抗总剂量能力大于100 krad(Si)。     

一种基于GaN器件的兆赫兹DC/DC变换器设计

当前中低压输入军用高可靠DC/DC电源模块普遍采用Si基功率开关,典型输入电压28 V、开关频率500 kHz,随着模块电源小型化发展、开关频率不断提升,开关损耗大幅增加,严重影响电源转换效率.软开关技术的应用可以大幅降低高频化带来的开关损耗,然而软开关控制线路结构复杂,在军用高可靠领域中目前尚无可用的高端集成控制器.GaN器件具有极低的栅电荷、输出电容以及零反向恢复电荷特性,在不增加线路复杂度的前提下可有效降低高频应用带来的开关损耗,这一点在消费电子领域AC/DC变换器中取得成功应用.然而在中低压输入军用高可靠电源模块中,随着母线电压大幅降低和开关频率的提升,GaN器件的高速特性能否有效降低开关损耗提升转换效率还有待验证.本文采用单端反激功率拓扑、同步整流技术设计了一款典型输入28 V、输出5V/30W、开关频率1 MHz的原理样机,通过对单元电路损耗的定量分析和测试验证,获得了GaN器件与Si基器件在1 MHz开关频率下的损耗与效率曲线,得出中低压高频条件下,使用GaN器件的转换效率相比Si基器件提升4%,并且功率开关的电压应力控制在合理范围内.对于军用高可靠领域中低压输入DC/D...     

基于单神经元PID控制的DC／DC变换器研究

DC／DC变换器是一种强非线性电路。电路的电气参数存在不确定性,负载性质也是多变的。主电路的性能必须满足负载大范围的变化,同时它还具有离散和变结构的特点,所有这些使DC／DC变换器控制器的设计较为复杂。由于传统的控制方法是基于线性系统理论,所以应用于DC／DC变换器中并不能获得理想的动态性能。文中针对DC／DC变换器的特点以及单神经元网络具有出色的知识抽取与学习能力及较强的控制鲁棒性。在现有的控制和建模方法的基础上,将神经网络控制策略引入DC／DC变换器,构造了一种基于单神经元的DC／DC变换器的新型控制方法。     

脉宽调制单端正激DC/DC变换器的分析与设计

本文对脉宽调制(PWM)单端正激DC/DC变换器作了全面的详尽的分析。首先给出了储能电感为有限值时,连续磁动势模式(CMM)和不连续磁动势模式(DMM)两种工作模式的主要波形图和CMM的主要设计关系式;实际情况的修正和设计步骤。然后给出了加稳压环后的稳压系数和内阻表达式;输出电压尖峰的频谱分析式和实际变换器的纹波频谱图。最后给出了电磁兼容设计原则和可靠性设计考虑。     

星载DC/DC转换器辐射损伤预警方案设计

星载DC/DC转换器是卫星、航天电子设备中辐射易损单元之一.文中采用国际上新兴的电子故障预测与健全管理方法(ePHM),设计了基于PWM的星栽DC/DC转换器辐射损伤预警方案,可以在辐射致PWM损伤使基准电压漂移达到预警值时发出警报,为启动备用件赢得超前时间,避免卫星出现灾难性故障.     

一种基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器

本文介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器。DC/DC转换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。本文对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化,参数化和分析,并通过仿真和验证了其有效性。它由两个单相全桥电路、两个输入输出电感和一个高频变压器组成。高频变压器在实现两个全桥变换器之间的电流隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个7 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。     

基于0.35μm BiCMOS控制器的DC/DC变换器瞬时电离剂量率效应研究

利用脉冲激光源,对一种采用0.35μm BiCMOS工艺PWM控制器作为控制核心的DC/DC变换器的瞬时电离剂量率效应进行研究。采用光斑直径为10 mm、波长为1 064 nm、脉宽为10 ns、能量从3μJ到2 400μJ的激光对DC/DC变换器进行照射试验,监测DC/DC变换器在不同能量激光下的响应,并与脉冲γ射线的试验结果进行对比分析。试验结果表明,该DC/DC变换器在能量3μJ到577μJ激光照射下输出扰动时间约为4.3 ms,输出闭锁阈值在1 031μJ左右。     

CuxSiyO阻变存储器单粒子和总剂量辐照效应

对CuxSiyO结构的阻变存储器(RRAM)进行了总剂量(TID)以及单粒子辐照(SEE)实验.总剂量实验中,1T1R样品分别接受总剂量为1,2和3 kGy (SiO2)的60Co γ射线辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.单粒子辐照实验中,16 kbit RRAM阵列样品分别接受线性能量转移(LET)值最高达75 MeV的4种离子束的辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.除一组无翻转外,存储单元的高阻到低阻的翻转率皆在0.06％左右.实验结果证实了RRAM中已经形成的导电通道不会受辐照影响,因此不存在低阻翻转为高阻的现象.     

应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响

针对应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响机制,采用计算机TCAD仿真进行研究。通过对比实验结果,构建50 nm应变Si NMOS器件的TCAD仿真模型,并使用该模型研究处于截至态(V_ds=1 V)的NMOS器件在总剂量条件下的单粒子效应。实验结果表明,总剂量辐照引入的氧化层陷阱正电荷使得体区电势升高,加剧了NMOS器件的单粒子效应。在2 kGy总剂量辐照下,漏极瞬态电流增加4.88%,而漏极收集电荷增量高达29.15%,表明总剂量辐射对单粒子效应的影响主要体现在漏极收集电荷的大幅增加方面。     

一种基于CMOS工艺的抗辐照A/D转换器

空间辐射对电子系统的损伤是航天设备发生故障的重要因素。A/D转换器是航天电子系统的关键器件之一,其抗辐射性能将直接影响航天设备的整体性能。基于标准0.35 μm CMOS工艺,设计了一种流水线型14位A/D转换器,从总体架构、关键核心单元、版图等方面进行抗辐照设计。辐照测试结果表明,该A/D转换器的抗总剂量能力达到1.0 kGy(Si),抗单粒子闭锁阈值达到37 MeV·cm²/mg,满足宇航电子系统的应用要求。     

The Investigation on Single Event Function Failure for DC/DC Converters with Three Single Terminal Topological Structures

Heavy ion radiation experiments have been done to DC/DC converters with different topological structures for space applications.The test results were analyzed about the function failure of three topological structures caused by single event effects.The relationship between the function failure and the input supply voltage,the output load current and the topological structure of the module were discussed.Based on the analysis of the variation relationship among the source/drain terminal voltage of MOSFETs and the input voltage and the output load,the sensitivity factors associated with the function failure caused by single event effects were discussed.A new analysis on single event function failure of DC/DC converter based on different topologies has been presented,which can be applied to radiation hardened design and space application.     

一种55 V输出小功率DC/DC变换器的设计

介绍了一种小功率混合集成DC/DC变换器的设计思想、实现方法及测试结果。设计的电路采用光隔离单端反激式拓朴结构和混合集成工艺技术制作,输出电压为55 V,输出功率小于2W,工作温度为-55~105℃,体积为27 mm×27 mm×6.5 mm。该电路具有电压稳定、精度高、纹波小、调整率优良和可靠性高等特点,可应用于各类精密电子设备中。     

丘克(Cuk)变换器的纹波电流及输出电压研究

建立了一种Cuk型DC／DC变换器的数学模型，并利用PSpiee软件对这种变换器进行仿真研究，分析其暂态和稳态的过程及纹波的形成机理。大量仿真研究表明，当电路元件取不同的参数时，输出电压就会按照一定的规律变化。仿真结果为实际电路的设计提供有益的参考。     

高速A/D转换器单粒子效应实时评估系统和方法研究

提出了一种在线实时检测评估高速A/D转换器(ADC)的单粒子效应的测试方法。基于该方法搭建了部分模块可复用的单粒子效应测试评估系统。系统由时钟生成模块、待测ADC模块、D/A转换器(DAC)转换输出模块、FPGA控制模块与上位机模块构成。对待测ADC模块进行重构,可完成对不同ADC器件的测试评估,提升了模块可复用性和测试效率。该系统通过监测电源引脚的电流变化、ADC内部寄存器值翻转情况、经过高速DAC转换输出的模拟波形,可实时测试评估ADC器件的单粒子锁定(SEL)、单粒子翻转(SEU)、单粒子瞬态(SET)、单粒子功能中断(SEFI)等效应。基于该系统对自主研发的具有JESD204B接口的12位2.6 GS/s高速ADC进行了单粒子效应试验。试验分析表明,该系统能准确高效评估高速ADC器件的单粒子效应。     

高效率宽摆幅Buck/Boost结构DC/DC变换器

采用四开关的设计方法和思路,设计了一款Buck/Boost结构DC/DC变换器芯片,该芯片具有较宽的输入输出电压范围(2.5～5.5 V),可调式开关频率(250 kHz～2 MHz),通过输入输出状态来选择工作模式,有效地提高了电源的使用效率.基于CSMC 0.5μm工艺,对电路进行仿真.结果表明,设计的DC/DC变换器效率高达94%.