专利名称：一种dc/dc转换器单粒子效应检测系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统及检测方法。
背景技术：
DC/DC转换器是一种将一种电压幅值的直流电源转换成另一种电压幅值直流电源的器件。
卫星中为数众多的设备，所采用的电源电压是五花八门的，需要在卫星主电源的基础上通过转换得到。而对于卫星来说，对电源的要求重要的是高效率；同时，为了提高卫星的可靠性，要求卫星内各部件或组件之间电源相互隔离，降低相互之间的干扰。而一般线性电源的效率太低，而且输入与输出之间也不是相互隔离的。因此，卫星用电子系统大都采用分布式电源系统，其中DC/DC电源转换器是其主要的、关键的器件，它为所有电子设备或系统提供稳定的功率输入。
卫星工作在空间辐射环境中，辐射效应会导致DC/DC转换器的性能退化甚至失效，而单粒子辐射效应导致的DC/DC转换器性能退化尤为明显。在卫星使用DC/DC转换器前，必须对DC/DC转换器进行单粒子效应检测，通过试验，评估单粒子效应敏感度，为型号选用器件 和系统进行抗辐射加固设计提供依据。
国内的卫星用元器件的单粒子效应试验主要集中在各类传统的固定功能器件上， 如微处理器、存储器、数字逻辑电路、AD/DA转换器等，而DC/DC转换器属于混合电路，在结构和功能原理上与以往研究的器件有本质的区别，一般由功率MOS管、脉宽调制器、反馈信号隔离器、运算放大器、比较器、隔离变压器、磁反馈线圈及其阻容感等器件和元件组成，其中MOS管、脉宽调制器、反馈信号隔离器等有源器件对单粒子效应比较敏感，同时该器件结构尺寸较大，体积一般大于4cm(长)* 3cm(宽)*2_(高)。因此，在检测原理上不能将其看作单一内部功能的器件和单一的辐照区域进行单粒子模拟试验，而是需要针对其结构特点设计全新的检测系统进行单粒子模拟检测，目前尚未见到有关国内单位对DC/DC转换器进行单粒子效应检测试验的报道，也没有规范的检测方法和评价方案。
国外从事该方向研究的报道主要有美国的IR公司、INTERP0INT公司、VPT公司和欧洲ESA的SAAB试验室，美国的IR公司、INTERP0INT公司和VPT公司是DC/DC转换器的生产设计方，对于该类器件的核心技术有完全的掌握，采用了专门设计的检测板、上位机检测软件，能够较全面地完成对被测DC/DC内部元件的检测，但是试验应用的DC/DC转换器内部元件检测技术并未公开，大量技术国内无法获得，且其检测方法是将内部的单个组成元件进行辐照检测，其检测方案不针对器件内部的整个敏感区域或不同敏感区域；欧洲SAAB 试验室也是和美国DC/DC转换器生产设计公司合作，采用了专门设计的检测板、上位机检测软件进行单粒子效应检测，其检测技术细节未公开，国内无法获得。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统及检测方法。
本发明的技术解决方案是
一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统，包括输出电压调整电路、输入保护电路、电源及其监测电路、多路采集电路以及控制与数据处理系统；
控制与数据处理系统给电源及其监测电路发送控制信号，令电源及其监测电路输出被测DC/DC转换器的工作电压，通过输入保护电路之后输入给被测DC/DC转换器，同时， 电源及其监测电路还实时监测该电路自身的输出电压和输出电流，并将输出电压和输出电流的数值反馈给控制与数据处理系统；
被测DC/DC转换器接收到输入的工作电压之后开始工作，其输出端输出电压信号给输出电压调整电路，输出电压调整电路将该电压信号调整到所述多路采集电路可接收的电压范围内；
多路采集电路对经过调整的被测DC/DC转换器的输出电压进行采集并转换成数字信号之后送入控制与数据处理系统。
输出电压调整电路将被测DC/DC转换器的输出电压信号调整到所述多路采集电路可接收的电压范围内的同时，还需使得调整之后的电压信号与DC/DC转换器的输出电压成线性关系。
一种基于权利要求I所述的DC/DC转换器单粒子效应检测系统实现的DC/DC转换器单粒子效应检测方法，步骤如下
(I)对被测DC/DC转换器进行开帽处理，并确定辐照敏感区域；
(2)选择辐射源；
(3)控制与数据处理系统向电源及其监测电路发送控制信号，令所述DC/DC转换器单粒子效应检测系统开始工作，多路采集电路对经过调整的被测DC/DC转换器的输出电压进行实时采集并转换成数字信号之后送入控制与数据处理系统；
(4)使用辐射源产生的高能粒子照射已经开帽的被测DC/DC转换器内的辐照敏感区域；
(5)控制与数据处理系统将被测DC/DC转换器受到辐照前后收到的多路采集电路输出的数字电压信号进行比较，如果两次数字电压信号的差值变化未超出预设阈值，则表明该辐照敏感区域内未发生单粒子效应；如果两次数字电压信号的差值超出预设阈值，则表明该辐照敏感区域内发生单粒子效应，
(6)对被测DC/DC转换器的剩余辐照敏感区域依次执行步骤(3) (5)，确定其是否发生单粒子效应，直至所有辐照敏感区域检测结束。
所述预设阈值为未受辐照时数字电压信号大小的10%。
所述辐射源为回旋加速器或串列静电加速器，其产生的高能粒子在硅中的射程大于 30 μ m，LET 值大于 35MeV. cm2/mg。
本发明与现有技术相比的优点在于
(I)本发明可以同时对被测DC/DC转换器三路输出的电压信号进行数据采集，实现了对单路、双路、三路等三种不同被测DC/DC转换器的单粒子效应检测，通用性强。
(2)本发明可以通过控制与数据处理系统对被测DC/DC转换器的输入电压进行控制、并能实时监测被测器件的输入电流值；能够实时、简便地判断模拟试验过程中是否出现了单粒子引起的被测DC/DC转换器的功能失效。
(3)本发明采用实时数据处理技术，对多路采集数据进行实时数据处理，可以同时存储被测DC/DC转换器的异常波形和发生单粒子瞬变的次数，对于分析被测DC/DC转换器的单粒子效应敏感度和单粒子效应产生的机理具有重有意义。
(4)本发明可以针对被测DC/DC转换器整个器件和内部不同敏感区域的进行检测试验，它用于航天型号上的DC/DC转换器单粒子模拟试验，能够有效验证DC/DC转换器的单粒子敏感性，对于工程应用单粒子摸底试验和在轨失效分析具有实际意义。
图I为本发明DC/DC转换器单粒子效应检测系统的原理框图2为本发明DC/DC转换器单粒子效应检测方法流程图；图3为电源及其监测电路的工作流程图；图4为DC/DC转换器单粒子效应检测方法流程图；具体实施方式
本发明提供了一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统，如图I所示，该系统包括 输出电压调整电路、输入保护电路、电源及其监测电路、多路采集电路以及控制与数据处理系统；
控制与数据处理系统给电源及其监测电路发送控制信号，令电源及其监测电路输出被测DC/DC转换器的工作电压，通过输入保护电路之后输入给被测DC/DC转换器，同时， 电源及其监测电路还实时监测该电路自身的输出电压和输出电流，并将输出电压和输出电流的数值反馈给控制与数据处理系统；
被测DC/DC转换器接收到输入的工作电压之后开始工作,其输出端输出电压信号给输出电压调整电路，输出电压调整电路将该电压信号调整到所述多路采集电路可接收的电压范围内，同时，还需使得调整之后的电压信号与DC/DC转换器的输出电压成线性关系。
多路采集电路对经过调整的被测DC/DC转换器的输出电压进行采集并转换成数字信号之后送入控制与数据处理系统。
输出电压调整电路的工作过程为
当被测DC/DC转换器的输出电压在-IOV +IOV范围之内时，输出电压调整电路输出给多路数据采集电路的电压信号与被DC/DC转换器的输出电压相等；当被测DC/DC转换器的输出电压不在-IOV +IOV范围之内时，输出电压调整电路对该电压信号进行调整， 使其输出在-IOV +IOV范围之内，并与被测DC/DC转换器的输出电压成线性关系。
输入保护电路对被测DC/DC的输入端进行保护，防止加电过程中外部干扰引起的浪涌电流损伤被测DC/DC转换器。输入保护电路的工作过程为
当电源及其监测电路给被测DC/DC转换器提供的电压没有高电压干扰时，即被测 DC/DC转换器的输入电压在正常的工作范围之内，输入保护电路输出给被测DC/DC转换器的电压与电源及其监测电路提供电压相等；当电源及其监测电路给被测DC/DC转换器提供的电压出现高电压干扰时，输入保护电路的内部敏感器件导通，对输入电压进行短路，使得施加到被测DC/DC转换器上的输入电压为零，确保被测DC/DC转换器不因干扰的影响而损伤。
电源及其监测电路的工作过程为
电源及其监测电路收到控制与数据处理系统的控制信号后，按要求输出规定的电压，并将输出电压值和输出电流值实时反馈到控制与数据处理系统，当输出电流超过规定的值时，电源及其监测电路停止电压的输出。
多路采集电路的工作过程为
多路采集电路接收到输出调整电路输出的电压信号后，对该信号进行A/D转换， 并将转换的数字信号上传给控制与数据处理系统。多路采集电路可以同时对三路输入的信号进行采集。
控制与数据处理系统的工作过程为
控制与数据处理系统工作时，给电源及其监测电路发出控制信号，其中包括了设置好的电源电压值输出给电源及其监测电路，使电源及其监测电路输出合适的电压，同时， 发出控制信号使电源及其监测电路输出的电流、电压实时反馈给控制与数据处理系统；
需要说明的是，实际测试当中，需要在被测DC/DC转换器上加载负载电路。本发明实施例中，负载电路选择O. 73欧姆50W、1. 25欧姆50W、5欧姆100W、2. 5欧姆100W、36欧姆100W和150欧姆100W这6种不同的无源电阻组成，构成不同的电阻负载，便于被测DC/ DC转换器在不同电阻负载下检测单粒子效应。输出电压调整电路包括开关二极管IN4148 以及分压电阻10千欧姆IW两个、IOV的2DW型稳压管。输入保护电路包括SY5648瞬态电压抑制二极管、限流电阻I欧姆IOW以及滤波线圈ZCLD-25B-II。电源及其监测电路采用 Chroma公司生产的G201F-600型电源模块及其GPIB接口。多路采集电路包括三个16位 AD转换器MAX1166和接口控制芯片，接口控制芯片为Philips公司生产的LPC2134。控制与数据处理系统为ADLINK公司生产的6IOL型工业控制机。
如图2所示，为本发明DC/DC转换器单粒子效应检测系统中控制与数据处理系统的工作流程图。首先在启动DC/DC检测应用程序之后，根据被检测DC/DC的是单路、双路或三路输出的特点，对应设置“通道选择”为模块一、模块二或模块三；然后所用“电源及其监测电路”与“控制与数据处理系统”的接口模式为“GPIB端口”(即设置“电源设备号”)；设置DC/DC的输入电压，并通过点击“电压设置”使其生效(即设置“电压设置值”)；选择需要显示的通道曲线(即设置“波形操作”)；设置实际器件的标称输出电压(即设置“标准电压值；设置器件单粒子效应阈值电压(SET)。之后，向多路采集电路发出控制指令“启动”采集使其开始采集输出电压的数值，若有SET发生，电压突变次数将会加I。
如图3所示，为本发明DC/DC转换器单粒子效应检测系统电源及其监测电路的工作流程图。当电源及其监测电路的电源开关开启后，电源初始化后处于待命状态，若接受到 “控制与数据处理系统”的“电源开关”的启动指令，电源输出初始化状态下的电压给DC/DC 转换器，若接受到“控制与数据处理系统”的“电源设置”的指令，电源将按照电压设定值输出电压，并显示实时的输出电压值和电流值，若接受到“控制与数据处理系统”的“电源开关”的停止指令，电源将停止输出电压给DC/DC转换器。
如图4所示，本发明基于DC/DC转换器单粒子效应检测系统实现的DC/DC转换器单粒子效应检测方法，其特征在于步骤如下
(I)对被测DC/DC转换器进行开帽处理，并确定辐照敏感区域；
本实施例中器件为VPT公司生产的DC/DC电源变换器DVFL2828S。试验前，对样品进行开帽，开帽过程不损伤器件内部结构。确定辐照区域为二个区域一个是脉宽调制器芯片所在的区域I ;另一个是功率MOS管芯片所在的区域II。
(2)选择辐射源；本发明中辐射源为回旋加速器或串列静电加速器，其产生的高能粒子在娃中的射程大于30 μ m, LET值大于35MeV. cm2/mg
本发明实施例中，辐射源选择兰州中科院近代物理研究所回旋加速器，粒子为Kr 离子。试验在大气环境中进行。回旋加速器产生的高能粒子通过25微米的Ni窗，进入大气中，照射试验样品。试验用粒子的LET值和射程见表I。
表I试验用粒子的有效LET值
权利要求
1.一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统，其特征在于包括输出电压调整电路、输入保护电路、电源及其监测电路、多路采集电路以及控制与数据处理系统；控制与数据处理系统给电源及其监测电路发送控制信号，令电源及其监测电路输出被测DC/DC转换器的工作电压，通过输入保护电路之后输入给被测DC/DC转换器，同时，电源及其监测电路还实时监测该电路自身的输出电压和输出电流，并将输出电压和输出电流的数值反馈给控制与数据处理系统；被测DC/DC转换器接收到输入的工作电压之后开始工作,其输出端输出电压信号给输出电压调整电路，输出电压调整电路将该电压信号调整到所述多路采集电路可接收的电压范围内；多路采集电路对经过调整的被测DC/DC转换器的输出电压进行采集并转换成数字信号之后送入控制与数据处理系统。
2.根据权利要求I所述的一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统，其特征在于输出电压调整电路将被测DC/DC转换器的输出电压信号调整到所述多路采集电路可接收的电压范围内的同时，还需使得调整之后的电压信号与DC/DC转换器的输出电压成线性关系。
3.一种基于权利要求I所述的DC/DC转换器单粒子效应检测系统实现的DC/DC转换器单粒子效应检测方法，其特征在于步骤如下(1)对被测DC/DC转换器进行开帽处理，并确定辐照敏感区域；(2)选择辐射源；(3)控制与数据处理系统向电源及其监测电路发送控制信号，令所述DC/DC转换器单粒子效应检测系统开始工作，多路采集电路对经过调整的被测DC/DC转换器的输出电压进行实时采集并转换成数字信号之后送入控制与数据处理系统；(4)使用辐射源产生的高能粒子照射已经开帽的被测DC/DC转换器内的辐照敏感区域；(5)控制与数据处理系统将被测DC/DC转换器受到辐照前后收到的多路采集电路输出的数字电压信号进行比较，如果两次数字电压信号的差值变化未超出预设阈值，则表明该辐照敏感区域内未发生单粒子效应；如果两次数字电压信号的差值超出预设阈值，则表明该辐照敏感区域内发生单粒子效应，(6)对被测DC/DC转换器的剩余辐照敏感区域依次执行步骤(3) (5)，确定其是否发生单粒子效应，直至所有辐照敏感区域检测结束。
4.根据权利要求3所述的一种基于权利要求I所述的DC/DC转换器单粒子效应检测系统实现的DC/DC转换器单粒子效应检测方法，其特征在于所述预设阈值为未受辐照时数字电压信号大小的10%。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于权利要求I所述的DC/DC转换器单粒子效应检测系统实现的DC/DC转换器单粒子效应检测方法，其特征在于所述辐射源为回旋加速器或串列静电加速器，其产生的高能粒子在硅中的射程大于30 μ m, LET值大于35MeV. cm2/ mg ο
全文摘要
一种DC/DC转换器单粒子效应检测系统及检测方法，系统包括输出电压调整电路、输入保护电路、电源及其监测电路、多路采集电路以及控制与数据处理系统；检测时，控制与数据处理系统给电源及其监测电路发出控制信号令电源及其监测电路给被测DC/DC器件提供工作电压，输入保护电路对被测DC/DC的输入端进行保护；被测DC/DC转换器的输出端连接有负载电阻，输出端的输出电压通过输出电压调整电路后由多路采集电路进行采集，再送入控制与数据处理系统，通过对开冒后的被测DC/DC转换器的辐照敏感区域进行高能粒子照射，对比照射前后控制与数据处理系统接收到的电压信号，从而得出是否发生单粒子效应的结论。
文档编号G01R31/3167GK102937698SQ201210390638
公开日2013年2月20日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者王文炎, 李鹏伟, 罗磊, 于庆奎, 张磊, 唐民 申请人:中国空间技术研究院