DC／DC輻照損傷與VDMOS器件1／f噪聲相關(guān)性研究

工作過(guò)程如下：當開(kāi)關(guān)S在位置a時(shí)，如圖5(c)所示電流Is=IL流過(guò)電感線(xiàn)圈L，電流線(xiàn)性增加，在負載R上流過(guò)電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負。當Is>IL時(shí)，電容處于充電狀態(tài)，此時(shí)二極管D1承受反向電壓，經(jīng)時(shí)間D1Ts后(D1=Ton／Ts，Ton為S在a位時(shí)間，Ts為周期)。當開(kāi)關(guān)在b位時(shí)，如圖5(d)所示，由于線(xiàn)圈L中的磁場(chǎng)將改變L兩端電壓極性，以保持電流IL不變，負載兩端電壓仍是上正下負。在ILIo時(shí)，電容處于放電狀態(tài)，有利于維護Io、Vo不變。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓，電流為IL，故稱(chēng)為續流二極管。由于變壓器輸出電壓小于電源電壓，所以稱(chēng)為降壓變換器。
設D1、D2分別為開(kāi)關(guān)S的接通時(shí)間占空比和斷開(kāi)時(shí)間占空比，在輸入輸出不變的前提下，開(kāi)關(guān)在a位時(shí)，電感電流平均值IL=Io=Vo／R，電感電流線(xiàn)性上升增量為

上式表明，輸出電壓隨占空比而變化，設電壓增益為M，則

由于占空比小于1，故M小于1，因此實(shí)現降壓變換。
由此可以看出，降壓型DC／DC轉換器的輸出與其電路開(kāi)關(guān)占空比有著(zhù)極為密切的關(guān)系，而在實(shí)際電路中，VDMOS和PWM等器件的性能對DC／DC轉換器有著(zhù)重要影響。這些器件的抗輻照性能，國內外已有許多研究，其中大量的實(shí)驗和理論研究表明，VDMOS在輻照后，主要電參數如閾值電壓和跨導均發(fā)生漂移。閾值電壓的漂移有兩種形式：對于n-VDMOS器件，閾值電壓漂移為負；對于p-VDMOS器件，閾值電壓漂移為正?？鐚г诰€(xiàn)性區隨輻照劑量的增大而減小，其中閾值電壓的變化直接影響到電路占空比的變化，如果輸入VDMOS的交流電壓不變，則閾值電壓減小，電路接通占空比增大；反之，閾值電壓減小，電路占空比減小。本次實(shí)驗采用BUP-3W24S5普軍級的DC／DC轉換器，其內部使用p-VDMOS與前文所提到的實(shí)驗結論完全相符。
除此之外，對MOSFET的1／f噪聲的相關(guān)性研究表明，1／f噪聲是表征MOSFET可靠性的一種有效方法，MOSFET電性能的變化程度可以反映在1/f噪聲的變化上。本次實(shí)驗中，對普軍級樣品內部的VDMOS輻照前后的低頻噪聲進(jìn)行了測量，所得的B值如表1所示。

由表1可以看出，輻照前后，樣品內部VDMOS的1／f噪聲擬合B值均有l~2個(gè)數量級的增大，這一變化規律與樣品整體1／f噪聲的變化規律是一致的。

4 結語(yǔ)
本文通過(guò)上述分析可以看到，DC／DC轉換器在輻照前后電參數的變化可以歸結為由內部器件所影響的開(kāi)關(guān)占空比的變化，進(jìn)而歸結為其中的內部器件如VDMOS。這樣DC／DC轉換器輻照無(wú)論是電參數還是1／f噪聲變化就歸因于同一原因，這些來(lái)源具有一致性。
由于影響DC／DC轉換器性能的內部器件如VDMOS、PWM、肖特基二極管、光耦等多種器件，因此要獲得DC／DC轉換器整體與局部噪聲之間的具體關(guān)系，定量分析出內部器件的l/f噪聲變化對整體1／f噪聲變化的影響，還需要對DC／DC轉換器內部1／f噪聲做更多的研究、探索與分析，需要大量的實(shí)驗數據進(jìn)行驗證。