DC_DC变换器抗辐射试验_侯伟

第28卷第2期 航 天 器 环 境 工 程

2011年4月 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 137

DC/DC 变换器抗辐射试验

侯 伟，姚雨迎，卓 林

（航天东方红卫星有限公司，北京 100094）

摘要：文章以ZHDC28S05/18W 型数字化DC/DC 变换器（额定输入28 V ，输出5 V/3.6 A ）为例，制定了DC/DC 变换器辐射总剂量和单粒子效应试验的方案并进行了摸底试验，根据试验结果更换了集成功率芯片LM2596-ADJ ，使产品的抗辐射性能有了明显提高。

关键词：DC/DC 变换器；总剂量效应；单粒子效应；抗辐射试验

中图分类号：TN406 文献标识码：A 文章编号：1673-1379(2011)02-0137-04 DOI ：10.3969/j.issn.1673-1379.2011.02.007

0 概述

随着分散供配电体制的发展，DC/DC 变换器的重要性日益体现。航天器用DC/DC 变换器除具有严格电气指标以外，其空间环境效应尤为突出。产品研制完成之后，必须进行辐射总剂量和单粒子效应的摸底试验，以保证其抗辐射性能满足要求。

1 试验样品

试验样品ZHDC28S05/18W 为采用厚膜工艺制造的数字化DC/DC 变换器，其中的6个单粒子敏感器件分别为MOSFET （IRFR13N15D ）、MOSFET （IRFC046N ）、集成供电芯片（LM2596-3.3）、集成供电芯片（LM2596-ADJ ）、EEPROM （AT24C164）和数字控制器（BM2832MG ）。它们均为裸芯片，通过金属压焊丝焊接在陶瓷基板上。

2 总剂量试验

2.1 试验目的

通过辐照试验，了解器件的耐电离辐射能力。辐照源为600C γ

射线源（辐射场在试验样品辐照面积内的不均匀度小于10%）。 2.2 试验方案

试验现场如图1所示，被试DC/DC 变换器置于辐照室内，电源、

测试仪器及设备置于辐照室外。 将被试DC/DC 变换器准确地放置在相应的剂量率

线上并加以固定，将测试仪器、电源及负载用电

缆通过迷宫结构屏蔽体与被试样品连接起来，测试电缆的长度约为35 m 。

测试系统由稳压电源、电阻负载、万用表和示波器组成，主要监视输入电压、输入电流和输出电压3个参数的变化，连接关系如图2所示。输入电压、电流从稳压电源直接读出，输出电压通过万用表测量，在负载端接示波器同时观察输出电压纹波的变化。测试仪器型号见表1。

图 1 试验现场示意图

Fig. 1 Schematic diagram of the test scene

图2 测试系统连接关系示意图

Fig. 2 Schematic diagram of the measurement system 表1 总剂量试验所用测试仪器

Table 1 Measuring instruments for total dose test 名 称 型 号

稳压电源 Agilent 6654A 数字万用表 Agilent N3300A 数字存储示波器 Tektronix TDS3032B

———————————— 收稿日期：2010-10-13；修回日期：2010-11-22

基金项目：“十一五”预先研究课题（项目编号：51323030216） 作者简介：侯 伟（1978—），男，硕士研究生，研究方向为卫星电源技术。联系电话：(010)68746824-159。

138 航天器环境工程第28卷

试验样品：ZHDC28S05/18W型DC/DC变换器2只；

辐照剂量率：10krad(Si)/h；

环境温度：20±5℃；

测试项目：输入电流，输入电压，输出电压；

失效判据：输出电压变化≥5%或输入电流变化≥10%。

试验流程如图3所示[1,3]。

图3 总剂量试验流程

Fig. 3 The flowchart of total dose radiation test

2.3 试验结果及分析

1#和2#DC-DC变换器总剂量辐照试验曲线分别见图4和图5。

图4 1#DC/DC变换器总剂量辐照试验曲线

Fig. 4 The total dose radiation test curve for 1#DC/DC converter

图5 2#DC/DC变换器总剂量辐照试验曲线

Fig. 5 The total dose radiation test curve for 2#DC/DC converter 1#DC/DC变换器功能失效剂量为8.5krad(Si)，2#DC/DC变换器功能失效剂量为9.33krad(Si)。当器件功能失效前，变换器输入电流参数变化不到10%。经开盖后测量，两个变换器失效都是LM2596-ADJ （为数字控制器提供1.8V电源）失效引起。

3 单粒子效应试验

3.1 试验目的

通过单粒子效应试验，获得器件单粒子事件LET 阈值，为评价器件的单粒子效应（锁定和翻转）敏感性和DC/DC变换器的可靠性设计提供参考数据[2]。

3.2 试验方案

1）试验样品

样品为ZHDC28S05/18W型DC/DC变换器两只。试验样品开盖后，对6个单粒子敏感裸芯片MOSFET （IRFR13N15D）、MOSFET（IRFC046N）、集成供电芯片（LM2596-3.3）、集成供电芯片（LM2596-ADJ）、EEPROM（AT24C164）和数字控制器（BM2832MG）分别进行辐照。

2）辐射源

辐射试验采用中国原子能科学院串列静电加速器产生的重离子为辐射源。本次试验选择4种离子，其能量及LET值见表2所示。试验在真空环境中进行，束斑尺寸为1cm×1cm。

表2 试验选用的高能重离子

Table 2 High-energy heavy ions used in tests 离子

能量/

MeV

LET值/

MeV·cm-2

入射角度

在硅中

射程/µm 16O8+ 112 2.88 113 35Cl10,14+175 12.6 51.1 48Ti10,15+184 21.3 37.7 79Br12,20+238 41.9

0°

32.2

3）单粒子效应测试系统

单粒子效应测试系统如图6所示，主要监视