【摘 要】
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DC-DC开关电源作为航天电子系统中重要的供电模块,其抗辐照能力对设备的可靠性至关重要。研究DC-DC开关电源在辐照环境中的加固技术、提高可靠性具有重大意义。本文基于0.18μm SOI工艺设计了一款可以在外太空应用的Buck型DC-DC开关电源。对DC-DC开关电源的关键电路,包括带隙基准电压源、线性稳压器、保护电路、误差放大器及PWM比较器进行了研究和实现。对DC-DC开关电源的供电模块中的带
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DC-DC开关电源作为航天电子系统中重要的供电模块,其抗辐照能力对设备的可靠性至关重要。研究DC-DC开关电源在辐照环境中的加固技术、提高可靠性具有重大意义。本文基于0.18μm SOI工艺设计了一款可以在外太空应用的Buck型DC-DC开关电源。对DC-DC开关电源的关键电路,包括带隙基准电压源、线性稳压器、保护电路、误差放大器及PWM比较器进行了研究和实现。对DC-DC开关电源的供电模块中的带隙基准电压源进行了单粒子瞬态效应的研究和设计加固。整个DC-DC开关电源主要由5个电路模块组成,带隙基准电压源为整个系统提供电压参考及偏置电流。线性稳压器为系统中的数字逻辑模块提供电源电压,以减少不必要的功耗。误差放大器与PWM比较器作为实现功能的重要模块,在环路中加入补偿网络后可以实现稳定的输出。保护模块由欠压保护器和过温保护模块组成,可以延长芯片的使用寿命。本次设计优化了误差放大器,在电路中引入负反馈,通过减小等效跨导的方式减小整个系统的增益带宽,使其稳定性得到提高;并且利用双指数电流源注入带隙基准电压源中的敏感节点来模拟单粒子瞬态效应,并提出一种呈对称结构的电流补偿电路,当电路受到单粒子瞬态效应影响,导致输出电压突然增大或者减小时,比较器输出高低电平来控制MOS管的开启,从而最大限度的保证输出电压的稳定。最后,利用仿真器对DC-DC开关电源进行仿真验证。电源电压为5V,输入信号的频率范围为0.75MHz至2.25MHz,输入电压为2.5V至6V,输出电压0.6至4V,输出电流0至8A,纹波电压约为60 m V,效率最高可达92%,抗辐照指标预期为SET LETTH≥37 Me V·cm~2/mg。
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