DC／DC輻照損傷與VDMOS器件1／f噪聲相關性研究

工作過程如下：當開關S在位置a時，如圖5(c)所示電流Is=IL流過電感線圈L，電流線性增加，在負載R上流過電流Io，兩端輸出電壓Vo，極性上正下負。當Is>IL時，電容處于充電狀態，此時二極管D1承受反向電壓，經時間D1Ts后(D1=Ton／Ts，Ton為S在a位時間，Ts為周期)。當開關在b位時，如圖5(d)所示，由于線圈L中的磁場將改變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，電容處于放電狀態，有利于維護Io、Vo不變。這時二極管D1承受正向偏壓，電流為IL，故稱為續流二極管。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D1、D2分別為開關S的接通時間占空比和斷開時間占空比，在輸入輸出不變的前提下，開關在a位時，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，設電壓增益為M，則

由于占空比小于1，故M小于1，因此實現降壓變換。
由此可以看出，降壓型DC／DC轉換器的輸出與其電路開關占空比有著極為密切的關系，而在實際電路中，VDMOS和PWM等器件的性能對DC／DC轉換器有著重要影響。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€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與前文所提到的實驗結論完全相符。
除此之外，對MOSFET的1／f噪聲的相關性研究表明，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。本次實驗中，對普軍級樣品內部的VDMOS輻照前后的低頻噪聲進行了測量，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
本文通過上述分析可以看到，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關占空比的變化，進而歸結為其中的內部器件如VDMOS。這樣DC／DC轉換器輻照無論是電參數還是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，需要大量的實驗數據進行驗證。