Radijacijski-modul napajanja specijalizirani je elektronički uređaj za napajanje projektiran za pouzdan rad u teškim okruženjima ispunjenim ionizirajućim zračenjem. Za razliku od konvencionalnih izvora napajanja, usvaja posebne tehnologije u svakom aspektu od materijala čipova i dizajna strujnog kruga do procesa pakiranja, osiguravajući kontinuirano, stabilno i pouzdano napajanje za kritična opterećenja u scenarijima kao što su periferije svemira i nuklearnog reaktora.
Načela radijacijski-očvrslih energetskih modula
Osnovni cilj dizajna -otpornog na zračenje je otpornost na tri glavne vrste oštećenja poluvodičkih uređaja-izazvanih zračenjem: učinak ukupne ionizirajuće doze (TID), učinak pojedinačnog-događaja (SEE) i oštećenje pomakom (DD).
1. Opasnosti od zračenja za elektroničke uređaje
(1) Učinak ukupne ionizirajuće doze (TID).
Načelo:Dugotrajno izlaganje ionizirajućem zračenju stvara i nakuplja zamke naboja u oksidnim slojevima poluvodičkih materijala (npr. oksidni sloj vrata MOSFET-a). Ti zarobljeni naboji uzrokuju degradaciju performansi uređaja, kao što je pomak napona praga, povećana struja curenja i smanjena transkonduktivnost.
Utjecaj na napajanje:Dovodi do većeg-otpora i sporije brzine prebacivanja energetskih MOSFET-ova, grešaka u referentnom naponu i logičkim stanjima kontrolnih čipova, i na kraju do pada učinkovitosti energetskih modula ili čak potpunog kvara.
(2) Učinak jednog-događaja (SEE)
Načelo:Visoko{0}}energijske čestice (npr. protoni, teški ioni) prodiru u čip i generiraju guste naboje na svom putu u iznimno kratkom vremenu, izazivajući ozbiljne poremećaje u stanjima kruga.
Poremećaj jednog-događaja (SEU):Uzrokuje promjene logičkog stanja (0 na 1 ili 1 na 0) u memorijama ili zasunima, što rezultira pogreškama podataka.
Prijelazni-događaj (SET):Generira trenutni strujni impuls ili kvar napona u kombinacijskim logičkim ili analognim krugovima.
Zaustavljanje jednog-događaja (SEL):Pokreće provođenje parazitskih tiristora u CMOS strukturama, stvarajući kratki spoj-jake struje koji može pregorjeti uređaj.
Sagorijevanje jednog-događaja (SEB):Izravno uzrokuje kvar PN spoja energetskih uređaja (npr. MOSFET-ovi) i toplinsku štetu.
Utjecaj na napajanje:Može dovesti do kaotične upravljačke logike, iznenadnih prolaznih promjena izlaznog napona, pogrešaka u PWM signalima, pa čak i trajnog oštećenja hardvera.
(3) Oštećenje pomakom (DD)
Načelo:Čestice visoke{0}}energije sudaraju se s atomima rešetke poluvodiča, pomičući ih s njihovih prvobitnih položaja i stvarajući trajne defekte rešetke. Ovi nedostaci djeluju kao rekombinacijski centri, smanjujući životni vijek manjinskih nositelja.
Utjecaj na napajanje:Utjecaj je posebno značajan na optoelektroničke uređaje (npr. solarne ćelije, optokaplere) i bipolarne tranzistore, što dovodi do pada njihovog trenutnog pojačanja i učinkovitosti.
2. Tehnologije dizajna-zaštićene zračenjem
Kako bi odgovorili na gore navedene izazove, radijacijski{0}}moduli snage usvajaju niz posebnih tehnologija:
(1) Stvrdnjavanje-na razini strugotine
Tehnologija procesa:Posebni procesi proizvodnje poluvodiča kao što je tehnologija Silicon-on-Insulator (SOI) koriste se za učinkovito izoliranje parazitskih tranzistora i suštinsko suzbijanje Single-Event Latchup (SEL).
Radijacijski{0}}otvrdnuti dizajn kruga:Na razini dizajna sklopa, redundantna logika (npr. trostruka modularna redundantnost), sklopovi za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka (EDAC) i konzervativne margine dizajna usvojeni su kako bi se poboljšala tolerancija na pojedinačne-učinke događaja (SEE).
Usvajanje-uređaja otpornih na zračenje:Osnovne komponente (npr. kontroleri, MOSFET-ovi, diode) sve su rigorozno pregledane ili su inherentno uređaji "svemirskog-razreda" posebno dizajnirani za-zaštićene aplikacije.
(2) Ojačavanje-razine sklopa i sustava
Izbor topologije:Odabrane su robusnije i jednostavnije topološke strukture, s dovoljnim marginama napona i struje rezerviranim u dizajnu.
Ojačavanje petlje povratne veze i upravljanja:Ključni analogni krugovi kao što su referentni napon i pojačala greške posebno su dizajnirani da budu neosjetljivi na pomicanje parametara. Dodani su nadzorni krugovi i funkcije zaštite od-napona/prena-struje kako bi se omogućio automatski oporavak nakon pojave pojedinačnih-učinaka događaja (SEE).
Dizajn zalihosti:U iznimno kritičnim sustavima, dva ili više potpuno neovisnih modula napajanja mogu se izravno koristiti za rad u glavnom/pripravnom načinu rada ili trenutnom-dijeljenju kako bi se postigla redundantnost-na razini sustava.
(3) Stvrdnjavanje pakiranja i izgleda
Zaštita:Materijali visoke-gustoće (npr. volfram, legura titana) koriste se kao kućište za zaštitu od zračenja do određene mjere.
Materijali za pakiranje:Keramička ambalaža -otporna na zračenje koristi se za zamjenu konvencionalne plastične ambalaže kako bi se spriječilo pogoršanje performansi ili stvaranje plina materijala za pakiranje pod zračenjem. Na primjer, ZITN Microelectronics ojačana napajanja-zračenjem serije JLH28 usvajaju hibridnu tehnologiju integriranog kruga s debelim-slojem za poboljšanje pouzdanosti u ekstremnim okruženjima.
Optimizacija izgleda:U rasporedu PCB-a razmatraju se parazitski učinci koji mogu biti uzrokovani zračenjem i poduzimaju se mjere za smanjenje smetnji osjetljivim čvorovima.
Primjene radijacijski{0}}modula snage
Primjene energetskih-modula otpornih na zračenje uglavnom su koncentrirane u svim područjima s visokim-intenzitetom ionizirajućeg zračenja.
1. Zrakoplovstvo i satelitsko područje (primarna primjena)
Ovo je najveće i najčešće tržište za-napajanja otporna na zračenje.
Umjetni sateliti:Napaja svu elektroničku opremu na satelitima kao što su komunikacijski tereti, računala, uređaji za praćenje zvijezda, potisnici i znanstveni instrumenti. Sateliti imaju-životni vijek u orbiti od nekoliko do desetljeća, tijekom kojih su neprekidno izloženi Van Allenovim pojasevima zračenja, solarnim bakljama i kozmičkim zrakama.
Sonde za duboki svemir:Kao što su Mars roveri i Pluton sonde. Nakon izlaska iz zaštite Zemljinog magnetskog polja, suočit će se s jačim kozmičkim zračenjem, postavljajući iznimno visoke zahtjeve na pouzdanost napajanja.
Svemirska letjelica s posadom:Kao što su svemirske postaje i svemirski brodovi s posadom. Kako bi se osigurala životna sigurnost astronauta i uspjeh misija, njihovi sustavi napajanja moraju biti apsolutno pouzdani.
2. Nuklearna tehnologija i područje nuklearne industrije
Nuklearne elektrane:Koristi se za nadzor instrumenata, robota i kontrolnih sustava unutar ili oko nuklearnih reaktora. U hitnom odgovoru na nuklearne nesreće, oprema-otporna na zračenje ključna je za obavljanje zadataka u područjima visoke-radiacije.
Obrada nuklearnog otpada:Roboti ili automatizirana oprema za obradu nuklearnog otpada zahtijevaju izvore-zaštićene od zračenja.
Akceleratori čestica:Elektronička oprema unutar i oko tunela akceleratora mora biti otporna na sekundarno zračenje koje nastaje tijekom rada.
3. Polje-nadmorske visine
Visoko{0}}visinski baloni / velike-visinske dugotrajne-UAV-ove:Na stratosferskim visinama, intenzitet kozmičkih zraka mnogo je veći nego na zemlji, a neka ključna oprema za misije može zahtijevati izvore-otporne na zračenje.
Zaključak
Ukratko, radijacijski{0}}moduli snage su "srce" i "izvor energije" modernih područja visoke -tehnologije, posebno istraživanja svemira i korištenja nuklearne energije. Kroz niz složenih i sofisticiranih dizajna, oni osiguravaju da kritični elektronički sustavi i dalje mogu dobiti kontinuirano i stabilno napajanje u okruženjima s ekstremnim zračenjem i jedna su od temeljnih tehnologija koje podržavaju razvoj ovih vrhunskih-tehnologija.
Za više informacija kontaktirajte nas namarketing@qdzitn.com!