DC/DC辐照损伤与VDMOS器件1/f噪声相关性研究

数的变化百分比计算出来，如图4。

　　从图4可以看出，样品器件的低频噪声B值在辐照前后的变化幅度要远大于传统的电参数的变化，对辐照更加敏感。因此，可以将噪声作为表征DC／DC转换器抗辐照性能的一种有效补充。此外，商用级样品与普军级样品辐照前的低频噪声数据相比较时，商用级样品在辐照前的噪声幅值B无论在何种负载条件下均大于普军级样品，而且商用级样品在经过20 krad(Si)的辐照后即彻底破坏，而普军级样品在辐照总剂量达到40 krad(Si)之后才完全损坏。由此可以初步判断，DC／DC转换器辐照前的噪声幅值曰可以用来判别器件的抗辐照性能，用来筛选可靠性更高的器件。但这一结论仍需要对多种型号的器件进行大量重复性实验来予以验证，这也是下一步需要加以关注的方向之一。

　　3 DC／DC转换器辐照失效噪声参数与电参数相关性分析

　　从前面的实验可以得出，DC／DC转换器的1/f噪声在辐照前后有明显变化，1／f噪声的这种变化是来源于DC／DC转换器内部器件的辐照失效。在电路中，l/f噪声发生变化的位置正是影响DC／DC转换器电参数变化的位置，二者的来源具有一致性。本实验以降压式直流转换器的工作原理为例，分析 DC／DC转换器辐照失效的一般原理。

　　图5(a)所示的是降压式直流转换器的简化线路组成图；图5(b)为由单刀双掷开关S、电感原件L和电容C组成的降压型转换器基本原理图。

　　工作过程如下：当开关S在位置a时，如图5(c)所示电流Is=IL流过电感线圈L，电流线性增加，在负载R上流过电流Io，两端输出电压Vo，极性上正下负。当Is>IL时，电容处于充电状态，此时二极管D1承受反向电压，经时间D1Ts后(D1=Ton／Ts，Ton为S在a位时间，Ts为周期)。当开关在b位时，如图5(d)所示，由于线圈L中的磁场将改变L两端电压极性，以保持电流IL不变，负载两端电压仍是上正下负。在IL

　　设D1、D2分别为开关S的接通时间占空比和断开时间占空比，在输入输出不变的前提下，开关在a位时，电感电流平均值IL=Io=Vo／R，电感电流线性上升增量为

　　上式表明，输出电压随占空比而变化，设电压增益为M，则

　　由于占空比小于1，故M小于1，因此实现降压变换。

　　由此可以看出，降压型DC／DC转换器的输出与其电路开关占空比有着极为密切的关系，而在实际电路中，VDMOS和PWM等器件的性能对DC／DC转换器有着重要影响。这些器件的抗辐照性能，国内外已有许多研究，其中大量的实验和理论研究表明，VDMOS在辐照后，主要电参数如阈值电压和跨导均发生漂移。阈值电压的漂移有两种形式：对于n-VDMOS器件，阈值电压漂移为负；对于p-VDMOS器件，阈值电压漂移为正。跨导在线性区随辐照剂量的增大而减小，其中阈值电压的变化直接影响到电路占空比的变化，如果输入VDMOS的交流电压不变，则阈值电压减小，电路接通占空比增大；反之，阈值电压减小，电路占空比减小。本次实验采用BUP-3W24S5普军级的DC／DC转换器，其内部使用p-VDMOS与前文所提到的实验结论完全相符。

　　除此之外，对MOSFET的1／f噪声的相关性研究表明，1／f噪声是表征MOSFET可靠性的一种有效方法，MOSFET电性能的变化程度可以反映在1/f噪声的变化上。本次实验中，对普军级样品内部的VDMOS辐照前后的低频噪声进行了测量，所得的B值如表1所示。

　　由表1可以看出，辐照前后，样品内部VDMOS的1／f噪声拟合B值均有l~2个数量级的增大，这一变化规律与样品整体1／f噪声的变化规律是一致的。

　　4 结语

　　本文通过上述分析可以看到，DC／DC转换器在辐照前后电参数的变化可以归结为由内部器件所影响的开关占空比的变化，进而归结为其中的内部器件如VDMOS。这样DC／DC转换器辐照无论是电参数还是1／f噪声变化就归因于同一原因，这些来源具有一致性。

　　由于影响DC／DC转换器性能的内部器件如VDMOS、PWM、肖特基二极管、光耦等多种器件，因此要获得DC／DC转换器整体与局部噪声之间的具体关系，定量分析出内部器件的l/f噪声变化对整体1／f噪声变化的影响，还需要对DC／DC转换器内部1／f噪声做更多的研究、探索与分析，需要大量的实验数据进行验证。