DC／DC輻照損傷與VDMOS器件1／f噪聲相關(guān)性研究

工作過程如下：當(dāng)開關(guān)S在位置a時(shí)，如圖5(c)所示電流Is=IL流過電感線圈L，電流線性增加，在負(fù)載R上流過電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負(fù)。當(dāng)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(dāng)開關(guān)在b位時(shí)，如圖5(d)所示，由于線圈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(fù)載兩端電壓仍是上正下負(fù)。在ILIo時(shí)，電容處于放電狀態(tài)，有利于維護(hù)Io、Vo不變。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓，電流為IL，故稱為續(xù)流二極管。由于變壓器輸出電壓小于電源電壓，所以稱為降壓變換器。
設(shè)D1、D2分別為開關(guān)S的接通時(shí)間占空比和斷開時(shí)間占空比，在輸入輸出不變的前提下，開關(guān)在a位時(shí)，電感電流平均值IL=Io=Vo／R，電感電流線性上升增量為

上式表明，輸出電壓隨占空比而變化，設(shè)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(xiàn)降壓變換。
由此可以看出，降壓型DC／DC轉(zhuǎn)換器的輸出與其電路開關(guān)占空比有著極為密切的關(guān)系，而在實(shí)際電路中，VDMOS和PWM等器件的性能對(duì)DC／DC轉(zhuǎn)換器有著重要影響。這些器件的抗輻照性能，國內(nèi)外已有許多研究，其中大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，VDMOS在輻照后，主要電參數(shù)如閾值電壓和跨導(dǎo)均發(fā)生漂移。閾值電壓的漂移有兩種形式：對(duì)于n-VDMOS器件，閾值電壓漂移為負(fù)；對(duì)于p-VDMOS器件，閾值電壓漂移為正?？鐚?dǎo)在線性區(qū)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(yàn)采用BUP-3W24S5普軍級(jí)的DC／DC轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部使用p-VDMOS與前文所提到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論完全相符。
除此之外，對(duì)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(yàn)中，對(duì)普軍級(jí)樣品內(nèi)部的VDMOS輻照前后的低頻噪聲進(jìn)行了測(cè)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(nèi)部VDMOS的1／f噪聲擬合B值均有l(wèi)~2個(gè)數(shù)量級(jí)的增大，這一變化規(guī)律與樣品整體1／f噪聲的變化規(guī)律是一致的。

4 結(jié)語
本文通過上述分析可以看到，DC／DC轉(zhuǎn)換器在輻照前后電參數(shù)的變化可以歸結(jié)為由內(nèi)部器件所影響的開關(guān)占空比的變化，進(jìn)而歸結(jié)為其中的內(nèi)部器件如VDMOS。這樣DC／DC轉(zhuǎn)換器輻照無論是電參數(shù)還是1／f噪聲變化就歸因于同一原因，這些來源具有一致性。
由于影響DC／DC轉(zhuǎn)換器性能的內(nèi)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(zhuǎn)換器整體與局部噪聲之間的具體關(guān)系，定量分析出內(nèi)部器件的l/f噪聲變化對(duì)整體1／f噪聲變化的影響，還需要對(duì)DC／DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部1／f噪聲做更多的研究、探索與分析，需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。