为什么辐射硬度对负载点转换器很重要，第二部分

电源转换器中的辐射效应

除了现代电源调节系统的严格电气要求外，设计人员还需要考虑辐射效应。在某些情况下，辐射效应要求可能不如电气要求那么明显。

辐射效应分为两大类：时间相关和时间随机。与时间相关的效应称为剂量效应，会导致器件的参数变化，例如规格超出数据表限制。

有两类剂量效应：总电离剂量和中子/质子剂量。由于其时间依赖性，剂量效应通常可以很好地量化和理解。因此，设计人员可以轻松选择适合任务时间配置的航天级功率器件。

随机时间效应是指 SEE。鉴于它们的随机性(在某些情况下是破坏性的)，理解 SEE 并将它们置于电源调节系统的上下文中可能更具挑战性。SEE 有两种类型：破坏性和非破坏性。

破坏性 SEE 包括单事件闩锁、单事件栅极破裂和单事件烧毁。最后两种效应特别适用于功率场效应晶体管，例如在 DC/DC 转换器的输出级中使用的那些。破坏性 SEE，由于其破坏性(通过或失败)性质，在某些方面也相对容易评估。只要制造商执行并正确记录这些测试的结果，直至达到特定的有效线性能量转移 (LET eff )，工程师就可以选择适合任务轨道的设备。

非破坏性 SEE 包括 SET、SEU 和单事件功能中断 (SEFI)。非破坏性 SEE 的影响通常表现为设备输出上的故障。毛刺的幅度和行为将取决于 LET eff以及电气测试条件。因此，非破坏性 SEE 比破坏性 SEE 更复杂一些。

SET 和 SEFI 是通常与模拟设备相关的效果;SEU 适用于数字电路中发生位翻转的数字设备。因为大多数空间功率调节系统都是基于模拟的，所以我们将重点关注 SET 和 SEFI。这些影响需要详细表征，以确保它们的行为不会影响正常运行，也不会潜在地损坏负载。

根据负载的类型，电压调节要求可能很严格。如前所述，高性能、符合太空要求的 FPGA 通常需要 ±4% 的内核电压调节精度。该百分比包括电气交流和直流调节以及空间应用典型的老化和辐射效应。因此，对辐射效应敏感的 DC/DC 转换器可能会遭受大于 FPGA 精度要求的输出电压变化，如果输出电压下降(负 SET)，数据丢失，触发 FPGA 上电复位以及重新编程 FPGA 的需要。

另一方面(甚至更令人担忧)，输出电压的增加(正 SET)可能违反 FPGA 的绝对最大额定电压，并可能损坏器件。功率器件输出上的大幅度(>4%)过冲是最具挑战性的，因为它们会在下游电路中造成永久性损坏(电气过应力)。

TPS50601-SP的 SEFI 示例，这是一款来自 Texas Instruments 的航天级 DC/DC 转换器。SEFI 发生在 LET eff = 86 MeV-cm 2 /mg 时，恢复时间约为 4 ms。

在此示例中，无需担心超过负载的额定电压，而是担心负载可能会停止运行——这可能会对系统性能产生影响。乍一看，最好的解决方案似乎是选择一个没有 SEFI 的设备，达到所需的 LET eff。然而，在进行此类评估之前，这些影响的特征是至关重要的。图 3中的 62 个重叠事件显示了 SEFI 的可重复性。

在重离子表征之后，可以计算事件率来评估设备是否适合给定的应用。德州仪器计算了低地球轨道 (LEO) 应用(例如国际空间站和地球同步轨道 (GEO) 应用)的事件率。事件率表明图 3中所示的 SEFI 行为在 LEO 应用中每 700,000 年发生一次，在 GEO 应用中每 210,000 年发生一次。

需求增加

半导体工艺中的工艺节点已显着减少，数字内核的电源电压现在低于 1 V。随着数字内核处理能力的提高，这些变化转化为对电源电流的需求增加和对电源转换器的严格监管要求。

这种调节要求不仅与 POL 转换器的电气性能有关，还与它在辐射效应下的性能有关。对辐射敏感的 DC/DC 转换器可能会对系统的下游性能产生严重影响，并可能损坏负载。因此，正确的 DC/DC 转换器 SEE 特性有助于设计人员根据事件率计算做出正确的 POL 转换器选择。