A sugárzást{0}}edzett teljesítménymodul egy speciális elektronikus tápegység, amelyet úgy terveztek, hogy megbízhatóan működjön ionizáló sugárzással teli, zord környezetben. A hagyományos tápegységektől eltérően a chip anyagoktól és az áramkör-tervezéstől a csomagolási folyamatokig minden tekintetben speciális technológiákat alkalmaz, folyamatos, stabil és megbízható tápellátást biztosítva a kritikus terhelésekhez olyan forgatókönyvekben, mint az űrben és az atomreaktorok perifériáiban.
A sugárzás elvei{0}}Kedzett teljesítménymodulok
A sugárzást{0}}keményített tervezés alapvető célja, hogy ellenálljon a félvezető eszközök sugárzás- által kiváltott három fő típusának: a teljes ionizáló dózis (TID) effektusnak, az egyszeri-eseményhatásnak (SEE) és az elmozdulási károsodásnak (DD).
1. Az elektronikus eszközöket érintő sugárzási veszélyek
(1) Teljes ionizáló dózis (TID) hatás
Alapelv:Az ionizáló sugárzásnak való hosszan tartó expozíció töltéscsapdákat generál és halmoz fel a félvezető anyagok oxidrétegében (pl. a MOSFET-ek kapu-oxid rétegében). Ezek a beszorult töltések az eszköz teljesítményének romlását okozzák, például a küszöbfeszültség eltolódását, megnövekedett szivárgási áramot és csökkentett transzkonduktanciát.
A tápegységekre gyakorolt hatás:A tápfeszültség MOSFET-ek nagyobb bekapcsolási ellenállásához és lassabb kapcsolási sebességéhez, a referenciafeszültségben és a vezérlőchipek logikai állapotában fellépő hibákhoz, végső soron pedig a tápmodulok hatékonyságának csökkenéséhez vagy akár teljes meghibásodásához vezet.
(2) Egy-eseményhatás (LÁSD)
Alapelv:A nagy-energiájú részecskék (pl. protonok, nehézionok) behatolnak a chipbe, és rendkívül rövid idő alatt sűrű töltéseket generálnak útjuk során, súlyos zavarokat okozva az áramköri állapotokban.
Egyetlen-esemény felborulása (SEU):Logikai állapotváltást (0-ról 1-re vagy 1-ről 0-ra) okoz a memóriákban vagy a reteszekben, ami adathibákat eredményez.
Egyetlen{0}}esemény átmeneti (SET):Pillanatnyi áramimpulzust vagy feszültségzavart generál kombinált logikai vagy analóg áramkörökben.
Single{0}}Event Latchup (SEL):Kiváltja a parazita tirisztorok vezetését a CMOS-struktúrákban, és nagy{0}}áramú rövidzárlatot képez, amely kiégetheti az eszközt.
Egy-esemény kiégése (SEB):Közvetlenül az erősáramú eszközök (pl. MOSFET-ek) PN csomópontjának meghibásodását és hőkárosodást okoz.
A tápegységekre gyakorolt hatás:Kaotikus vezérlési logikához, hirtelen tranziens kimeneti feszültségváltozásokhoz, PWM-jelek hibáihoz és akár maradandó hardverkárosodáshoz is vezethet.
(3) Elmozdulási sérülés (DD)
Alapelv:A nagy{0}}energiájú részecskék ütköznek a félvezető rács atomjaival, kimozdítva őket eredeti helyükről, és maradandó rácshibákat képezve. Ezek a hibák rekombinációs központként működnek, csökkentve a kisebbségi hordozók élettartamát.
A tápegységekre gyakorolt hatás:A hatás különösen jelentős az optoelektronikai eszközökre (pl. napelemek, optocsatolók) és a bipoláris tranzisztorokra, ami az áramnyereség és a hatékonyság csökkenéséhez vezet.
2. Sugárzás-edzett tervezési technológiák
A fenti kihívások kezelésére a sugárzást{0}}edzett teljesítménymodulok egy sor speciális technológiát alkalmaznak:
(1) Chip-szintű keményedés
Folyamat technológia:Speciális félvezető-gyártási eljárásokat, például a Szilícium-on-szigetelő (SOI) technológiát használnak a parazita tranzisztorok hatékony izolálására, és alapvetően elnyomják az egy-eseményreteszelést (SEL).
Sugárzásgátló{0}}áramkör kialakítása:Az áramkör-tervezés szintjén redundáns logikát (pl. hármas moduláris redundancia), hibaészlelő és -javító (EDAC) áramköröket és konzervatív tervezési határokat alkalmaznak az egyszeri eseményeffektusok (SEE) toleranciájának javítása érdekében.
Sugárzásálló{0}}eszközök alkalmazása:Az alapvető összetevők (pl. vezérlők, MOSFET-ek, diódák) mindegyike szigorúan árnyékolt, vagy eredendően „űrminőségű” eszközök, amelyeket kifejezetten sugárzásálló-alkalmazásokhoz terveztek.
(2) Áramkör és rendszer{1}}szintű keményítés
Topológia kiválasztása:Robusztusabb és egyszerűbb topológiai struktúrákat választanak, megfelelő feszültség- és áramtartalékkal a tervezésben.
Visszacsatolás és vezérlőhurok keményítése:A kulcsfontosságú analóg áramkörök, például a feszültségreferenciák és a hibaerősítők kifejezetten úgy lettek kialakítva, hogy érzéketlenek legyenek a paraméter-eltolódásra. A Watchdog áramkörök és a túl-feszültség/túláram{2}}védelmi funkciók hozzáadásra kerültek, hogy lehetővé tegyék az automatikus helyreállítást az egyszeri-eseményhatások (SEE) előfordulása után.
Redundancia kialakítás:Rendkívül kritikus rendszerekben két vagy több teljesen független tápmodul közvetlenül használható fő/készenléti vagy jelenlegi -megosztási módban a rendszerszintű-redundancia elérése érdekében.
(3) Csomagolás és elrendezés keményítése
Árnyékolás:Házként nagy-sűrűségű anyagokat (pl. volfrám, titánötvözet) használnak a sugárzás bizonyos mértékig történő árnyékolására.
Csomagoló anyagok:A sugárzásnak{0}}álló kerámia csomagolást a hagyományos műanyag csomagolás helyettesítésére használják, hogy megakadályozzák a csomagolóanyagok teljesítményromlását vagy gázképződését sugárzás hatására. Például a ZITN Microelectronics JLH28 sorozatú, sugárkeményített-tápegységei vastag-filmes hibrid integrált áramköri technológiát alkalmaznak, hogy extrém környezetben is javítsák a megbízhatóságot.
Elrendezés optimalizálás:A PCB-elrendezésben figyelembe veszik a sugárzás által esetlegesen okozott parazita hatásokat, és intézkedéseket tesznek az érzékeny csomópontok interferenciájának csökkentésére.
Sugárzás{0}}edzett teljesítménymodulok alkalmazásai
A sugárzást{0}}edzett teljesítménymodulok alkalmazásai főként a nagy-intenzitású ionizáló sugárzású területeken koncentrálódnak.
1. Repülési és műholdas mező (az elsődleges alkalmazás)
Ez a sugárzásálló{0}}tápegységek legnagyobb és legelterjedtebb piaca.
Mesterséges műholdak:A műholdakon lévő összes elektronikus berendezést, például kommunikációs rakományokat, számítógépeket, csillagkövetőket, tolómotorokat és tudományos műszereket táplálja árammal. A műholdak keringési élettartama több-két évtizedig tart, ezalatt folyamatosan ki vannak téve a Van Allen sugárzási öveknek, a napkitöréseknek és a kozmikus sugaraknak.
Mélyűrszondák:Ilyenek a Mars-járók és a Plútószondák. A Föld mágneses mezejének védelméből való kirepülés után erősebb kozmikus sugárzással néznek szembe, ami rendkívül magas követelményeket támaszt a tápegységek megbízhatóságával szemben.
Pilóta űrhajó:Ilyenek az űrállomások és az emberes űrhajók. Az űrhajósok életbiztonságának és a küldetések sikerének biztosítása érdekében áramellátó rendszereiknek abszolút megbízhatónak kell lenniük.
2. Nukleáris technológia és nukleáris ipar területe
Atomerőművek:Műszerek, robotok és vezérlőrendszerek megfigyelésére használják atomreaktorokon belül vagy azok körül. A nukleáris balesetekre adott vészhelyzeti válaszadás során a sugárzást -edzett berendezések jelentik a kulcsot a nagy-sugárzású területeken végzett feladatok elvégzéséhez.
Nukleáris hulladék kezelése:A nukleáris hulladék kezelésére szolgáló robotokhoz vagy automatizált berendezésekhez sugárzás{0}}edzett tápegységre van szükség.
Részecskegyorsítók:A gyorsítóalagutak belsejében és környékén lévő elektronikus berendezéseknek ellenállniuk kell a működés során keletkező másodlagos sugárzásnak.
3. Nagy-magassági mező
Nagy-magassági léggömbök / nagy-magassági hosszúságú-UAV-k:Sztratoszférikus magasságban a kozmikus sugarak intenzitása sokkal nagyobb, mint a földön, és egyes kulcsfontosságú küldetési berendezésekhez sugárzás{0}}edzett tápegységekre lehet szükség.
Következtetés
Összefoglalva, a sugárzással{0}}edzett teljesítménymodulok a modern csúcstechnológiai területek „szíve” és „energiaforrása”{1}}, különösen az űrkutatás és az atomenergia hasznosítása terén. Egy sor összetett és kifinomult tervezés révén biztosítják, hogy a kritikus elektronikus rendszerek továbbra is folyamatos és stabil tápellátást kapjanak szélsőséges sugárzási környezetben, és az egyik alapvető technológia, amely támogatja ezen élvonalbeli technológiák fejlesztését.
További információért kérjük, lépjen kapcsolatba velünk amarketing@qdzitn.com!