VDMOS器件損傷的DC／DC轉(zhuǎn)換器輻射預(yù)兆單元設(shè)計(jì)

2．2 單元電路設(shè)計(jì)
根據(jù)前文所述預(yù)兆單元技術(shù)原理，監(jiān)測(cè)參數(shù)的預(yù)兆單元電路應(yīng)包括下面3部分。(1)VDMOS器件損傷情況監(jiān)測(cè)電路；(2)監(jiān)測(cè)信號(hào)放大電路；(3)輸出電路。下面分別介紹各個(gè)功能部分的設(shè)計(jì)過程。(1)輻射損傷監(jiān)測(cè)電路。通過R1和R2給監(jiān)測(cè)器件固定柵偏壓，這個(gè)柵偏壓是報(bào)警閾值點(diǎn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)器件閾值電壓負(fù)漂到固定柵偏壓時(shí)，監(jiān)測(cè)器件導(dǎo)通；(2)監(jiān)測(cè)信號(hào)放大電路。在監(jiān)測(cè)器件的上電位加一負(fù)載，負(fù)載是電阻或p型MOSFET有源負(fù)載，負(fù)載和監(jiān)測(cè)器件構(gòu)成放大器，監(jiān)測(cè)器件閾值電壓負(fù)漂到報(bào)警閾值點(diǎn)時(shí)，Vsense由高電平轉(zhuǎn)化為低電平；(3)輸出電路。輸出電路采用抗輻射加固的反相器實(shí)現(xiàn)。抗輻射加固反相器，如圖4所示，增加一個(gè)上拉p型MOSFET(p1)，并在n型MOSFET下面引入一個(gè)額外的n型MOSFET(n1)。當(dāng)輸入為高電平時(shí)，p1MOSFET關(guān)斷，n1MOSFET開啟，原始的反相器工作不受影響。當(dāng)輸入為低電平時(shí)，plMOSFET起上拉作用，使p1MOSFET和n1MOSFET漏端連接點(diǎn)處于高電平，因此n型MOSFET能更有效的關(guān)閉。n型MOSFET源漏電壓減小，降低了漏電流，經(jīng)過輻射后，輸出仍能保持在Vcc附近。整體電路，如圖4所示，當(dāng)VDMOS器件輻射損傷達(dá)到一定程度時(shí)，監(jiān)測(cè)信號(hào)經(jīng)過放大和輸出電路最終輸出高電平信號(hào)。

3 報(bào)警閾值確定與仿真
3．1 報(bào)警閾值確定
報(bào)警閾值點(diǎn)由VDMOS器件和DC／DC轉(zhuǎn)換器之間的損傷關(guān)系而定，上述兩種不同的失效模對(duì)應(yīng)不同的失效閾值點(diǎn)。下面的方法可以解決不同閾值點(diǎn)的問題。對(duì)于VDMOS器件不能關(guān)斷失效模式，失效時(shí)閾值電壓漂移量△V1=Vth一V1(V1為PWM輸出低電平電壓)。對(duì)于效率退化失效模式，根據(jù)式(3)和國家軍用標(biāo)規(guī)定推算得閾值電壓漂移量為△V2。對(duì)比兩種失效模式閾值電壓負(fù)漂量，選取負(fù)漂量較小的為失效負(fù)漂量。失效閾值電壓負(fù)漂量減小20％作為監(jiān)測(cè)閾值電壓負(fù)漂量。閾值電壓的監(jiān)測(cè)點(diǎn)由式(4)給出

3．2 仿真驗(yàn)證
根據(jù)選取的DC／DC轉(zhuǎn)換器電路，確定參數(shù)并代入式(4)計(jì)算得Vs=1．2V，調(diào)整R1，R2的阻值，使DUT器件監(jiān)測(cè)電壓為1．2V。在Pspice下仿真結(jié)果，如圖5所示，當(dāng)VDMOS器件閾值電壓負(fù)漂到1．2V時(shí)，輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖?，?shí)現(xiàn)報(bào)警。由于電路采用抗輻射加固設(shè)計(jì)，其他器件輻射損傷對(duì)輸出影響不大，仿真結(jié)果沒有變化，在此不再給出仿真結(jié)果。航天用DC／DC轉(zhuǎn)換器工作在很大的溫度范圍內(nèi)，預(yù)兆單元溫度變化仿真結(jié)果，如圖6所示，輸出電壓不受影響，跳變點(diǎn)微小變化對(duì)報(bào)警影響不大。仿真結(jié)果證實(shí)所設(shè)計(jì)的預(yù)兆單元電路和預(yù)警方案是合理可行的。

4 結(jié)束語
文中把預(yù)警和健全管理(PHM)方法用于DC／DC轉(zhuǎn)換器抗輻射可靠性研究，研究了VDMOS器件和DC／DC轉(zhuǎn)換器之間的輻射損傷關(guān)系。結(jié)合輻射損傷關(guān)系和預(yù)兆單元技術(shù)原理設(shè)計(jì)了基于VDMOS器件損傷的DC／DC轉(zhuǎn)換器輻射預(yù)兆單元，仿真結(jié)果證實(shí)所設(shè)計(jì)的預(yù)兆單元可以對(duì)DC／DC轉(zhuǎn)換器輻射損傷失效提前報(bào)警。