VDMOS器件损伤的DC／DC转换器辐射预兆单元设计

2．2 单元电路设计
根据前文所述预兆单元技术原理，监测参数的预兆单元电路应包括下面3部分。(1)VDMOS器件损伤情况监测电路；(2)监测信号放大电路；(3)输出电路。下面分别介绍各个功能部分的设计过程。(1)辐射损伤监测电路。通过R1和R2给监测器件固定栅偏压，这个栅偏压是报警阈值点。当监测器件阈值电压负漂到固定栅偏压时，监测器件导通；(2)监测信号放大电路。在监测器件的上电位加一负载，负载是电阻或p型MOSFET有源负载，负载和监测器件构成放大器，监测器件阈值电压负漂到报警阈值点时，Vsense由高电平转化为低电平；(3)输出电路。输出电路采用抗辐射加固的反相器实现。抗辐射加固反相器，如图4所示，增加一个上拉p型MOSFET(p1)，并在n型MOSFET下面引入一个额外的n型MOSFET(n1)。当输入为高电平时，p1MOSFET关断，n1MOSFET开启，原始的反相器工作不受影响。当输入为低电平时，plMOSFET起上拉作用，使p1MOSFET和n1MOSFET漏端连接点处于高电平，因此n型MOSFET能更有效的关闭。n型MOSFET源漏电压减小，降低了漏电流，经过辐射后，输出仍能保持在Vcc附近。整体电路，如图4所示，当VDMOS器件辐射损伤达到一定程度时，监测信号经过放大和输出电路最终输出高电平信号。

3 报警阈值确定与仿真
3．1 报警阈值确定
报警阈值点由VDMOS器件和DC／DC转换器之间的损伤关系而定，上述两种不同的失效模对应不同的失效阈值点。下面的方法可以解决不同阈值点的问题。对于VDMOS器件不能关断失效模式，失效时阈值电压漂移量△V1=Vth一V1(V1为PWM输出低电平电压)。对于效率退化失效模式，根据式(3)和国家军用标规定推算得阈值电压漂移量为△V2。对比两种失效模式阈值电压负漂量，选取负漂量较小的为失效负漂量。失效阈值电压负漂量减小20％作为监测阈值电压负漂量。阈值电压的监测点由式(4)给出

3．2 仿真验证
根据选取的DC／DC转换器电路，确定参数并代入式(4)计算得Vs=1．2V，调整R1，R2的阻值，使DUT器件监测电压为1．2V。在Pspice下仿真结果，如图5所示，当VDMOS器件阈值电压负漂到1．2V时，输出电压由低电平变为高电平，实现报警。由于电路采用抗辐射加固设计，其他器件辐射损伤对输出影响不大，仿真结果没有变化，在此不再给出仿真结果。航天用DC／DC转换器工作在很大的温度范围内，预兆单元温度变化仿真结果，如图6所示，输出电压不受影响，跳变点微小变化对报警影响不大。仿真结果证实所设计的预兆单元电路和预警方案是合理可行的。

4 结束语
文中把预警和健全管理(PHM)方法用于DC／DC转换器抗辐射可靠性研究，研究了VDMOS器件和DC／DC转换器之间的辐射损伤关系。结合辐射损伤关系和预兆单元技术原理设计了基于VDMOS器件损伤的DC／DC转换器辐射预兆单元，仿真结果证实所设计的预兆单元可以对DC／DC转换器辐射损伤失效提前报警。