试谈辐射抗辐照加固Boost型DC/DC转换器设计和实现选题

摘要：由于航天设备长期运转在恶劣的空间辐射环境中,辐射对电子系统的损伤成为导致整个航天设备失灵的重要诱因,甚至最终导致卫星或航天器灾难性的后果。作为航天设备重要的供电电源DC/DC转换器就首当其冲受到辐射的影响,因而其可靠性尤其是抗辐射性能就备受关注首先介绍了Boost型DC/DC转换器的基本拓扑结构,通过PSpiCE软件仿真给出详细的电路工作原理浅析,详细叙述了PWM电压方式和PWM电流方式以及电流方式的不稳定性。介绍了空间辐射环境、单粒子效应和总剂量效应,并对两种效应的机理做了详细的解释。通过大量实验数据和图表汇总发现DC/DC转换器功率MOS管容易受到总剂量效应辐射损伤而导致阈值电压降低的退化最终有可能导致转换器失效,PWM制约器也容易受到总剂量效应和单粒子效应辐射损伤而导致输出脉冲漏失、基准电压漂移等退化现象。然后对Boost型DC/DC转换器的辐射敏感元件进行了浅析,包括功率VDMOS开关管、PWM集成制约模块和肖特基二极管。接下来论述了DC/DC转换器抗辐照加固技术,包括基于敏感元件筛选的加固策略,基于光耦反馈的加固策略,然后借助于PSpiCE仿真详细浅析了基于功率开关管电路设计的加固技术。针对功率MOS开关管由于受到辐射而闽值电压下降的情况,设计了相应电路以抬高源极电位的措施以抵消阈值电压的下降,并通过PSpiCE仿真验证。设计了基于PWM集成制约器UC2843的Boost型DC/DC转换器电路,随后又设计了一种新型变压器隔离的Boost型DC/DC开关电源电路,由于加入了变压器隔离,提升了抗辐射性能。对这两个电路都经过SIMetrix软件仿真,结果符合设计的初衷,并制作了相应的实物电路板,经测试其性能满足设计要求,和仿真结果基本一致。最后对设计的变压器隔离的DC/DC转换器的VDMOS进行加固,仿真结果表明设计的正确性、合理性。关键词：DC/DC转换器论文Boost结构论文辐射损伤论文抗辐射加固论文

摘要3-4

Abstract4-8

第一章 绪论8-16

1.1 开关稳压电源的进展8-9

1.2 DC/DC电源的分类9-11

1.3 空间DC/DC转换器的可靠性不足11-13

1.4 论文结构13-16

第二章 Boost型DC/DC转换器结构与辐射效应16-36

2.1 Boost型DC/DC转换器基本拓扑结构16-17

2.2 Boost型DC/DC转换器工作原理17-24

2.2.1 电感电流两种工作状态17-20

2.2.2 PWM开关反馈制约方式20-24

2.3 Boost型DC/DC转换器的辐射效应24-33

2.3.1 单粒子效应25-30

2.3.2 总电离剂量效应30-33

2.4 本章小结33-36

第三章 Boost型DC/DC转换器辐射敏感元件浅析36-48

3.1 功率VDMOS开关管敏感特性浅析36-40

3.2 PWM模块敏感特性浅析40-43

3.3 肖特基二极管辐射特性浅析43-47

3.4 本章小结47-48

第四章 Boost型DC/DC转换器的抗辐射加固48-62

4.1 基于敏感元件筛选的DC/DC抗辐射加固策略48-51

4.2 基于光耦反馈的DC/DC转换器抗辐射加固策略51-53

4.3 基于功率开关管电路设计的抗辐照加固技术53-60

4.4 本章小结60-62

第五章 抗辐射Boost型DC/DC转换器设计与实现62-80

5.1 PWM电流方式DC/DC转换器设计62-70

5.1.1 PWM集成制约器UC2843介绍62-65

5.1.2 关键元件的选取65-67

5.1.3 电路的Spice仿真与实现67-70

5.2 变压器隔离正激Boost型DC/DC转换器70-76

5.2.1 电路原理70-72

5.2.2 开关电源电路设计与实现72-76

5.3 抗辐射加固的DC/DC开关电源76-78

5.4 本章小结78-80

第六章 总结与展望80-82

6.1 总结80-81

6.2 展望81-82

致谢82-84