Napajalni-odporni modul je specializirana elektronska napajalna naprava, zasnovana za zanesljivo delovanje v težkih okoljih, polnih ionizirajočega sevanja. Za razliko od običajnih napajalnikov uporablja posebne tehnologije v vseh pogledih od materialov čipov in zasnove vezja do postopkov pakiranja, s čimer zagotavlja neprekinjeno, stabilno in zanesljivo napajanje za kritične obremenitve v scenarijih, kot so periferije vesolja in jedrskih reaktorjev.
Načela radiacijsko{0}}utrjenih močnostnih modulov
Glavni cilj zasnove,-odporne na sevanje, je odpornost na tri glavne vrste-poškodbe polprevodniških naprav, ki jo povzroči sevanje: učinek skupne ionizirajoče doze (TID), učinek posameznega-dogodka (SEE) in poškodba zaradi premika (DD).
1. Nevarnosti sevanja za elektronske naprave
(1) Učinek skupne ionizirajoče doze (TID).
Načelo:Dolgotrajna izpostavljenost ionizirajočemu sevanju ustvarja in kopiči pasti naboja v oksidnih plasteh polprevodniških materialov (npr. oksidna plast vrat MOSFET-jev). Ti ujeti naboji povzročajo poslabšanje delovanja naprave, kot je premik mejne napetosti, povečan tok uhajanja in zmanjšana prevodnost.
Vpliv na napajalnike:Povzroča večjo-upornost pri vklopu in počasnejšo hitrost preklopa močnostnih MOSFET-jev, napake v referenčni napetosti in logičnih stanjih krmilnih čipov ter nazadnje zmanjšanje učinkovitosti napajalnih modulov ali celo popolno odpoved.
(2) Učinek posameznega-dogodka (SEE)
Načelo:Visoko{0}}energijski delci (npr. protoni, težki ioni) prodrejo v čip in v izjemno kratkem času ustvarijo goste naboje na svoji poti, kar povzroči resne motnje v stanjih vezja.
Posnetek-dogodka (SEU):Povzroča obračanje logičnega stanja (0 na 1 ali 1 na 0) v pomnilnikih ali zapahih, kar povzroči napake v podatkih.
Prehodni-dogodek (SET):Generira trenutni tokovni impulz ali motnjo napetosti v kombinacijskih logičnih ali analognih vezjih.
Posamezen-dogodek Latchup (SEL):Sproži prevajanje parazitskih tiristorjev v strukturah CMOS, kar povzroči visok{0}}tokovni kratek stik, ki lahko prežge napravo.
Izgorelost z enim-dogodkom (SEB):Neposredno povzroči okvaro PN spoja močnostnih naprav (npr. MOSFET) in toplotno škodo.
Vpliv na napajalnike:Lahko povzroči kaotično krmilno logiko, nenadne prehodne spremembe izhodne napetosti, napake v signalih PWM in celo trajno poškodbo strojne opreme.
(3) Poškodba zaradi premika (DD)
Načelo:Visoko{0}}energijski delci trčijo v polprevodniške mrežne atome, jih premaknejo iz prvotnih položajev in tvorijo trajne mrežne napake. Te napake delujejo kot rekombinacijski centri, kar skrajša življenjsko dobo manjšinskih nosilcev.
Vpliv na napajalnike:Vpliv je še posebej velik na optoelektronske naprave (npr. sončne celice, optični spojniki) in bipolarne tranzistorje, kar vodi do zmanjšanja njihovega tokovnega ojačanja in učinkovitosti.
2. Radiacijsko{1}}tehnologije oblikovanja
Za obvladovanje zgornjih izzivov, radiacijsko{0}}odporni napajalni moduli sprejmejo vrsto posebnih tehnologij:
(1) Ostružki-Utrjevanje
Procesna tehnologija:Posebni postopki izdelave polprevodnikov, kot je tehnologija Silicon-on-Insulator (SOI), se uporabljajo za učinkovito izolacijo parazitskih tranzistorjev in temeljito zatiranje Single{2}}Event Latchup (SEL).
Zasnova vezja,-odporna na sevanje:Na ravni zasnove vezja so uporabljena redundantna logika (npr. trojna modularna redundanca), vezja za odkrivanje in popravljanje napak (EDAC) in konzervativne meje zasnove za izboljšanje tolerance na učinke posameznega-dogodka (SEE).
Prevzem-naprave, odporne na sevanje:Osrednje komponente (npr. krmilniki, MOSFET-ji, diode) so vse strogo pregledane ali pa so same po sebi naprave »vesoljske-razreda«, posebej zasnovane za-radiacijsko odporne aplikacije.
(2) Utrjevanje ravni -vezja in sistema
Izbira topologije:Izbrane so robustnejše in enostavnejše topološke strukture z zadostnimi napetostnimi in tokovnimi rezervami, ki so rezervirane v načrtu.
Utrjevanje povratne in krmilne zanke:Ključna analogna vezja, kot so referenčne napetosti in ojačevalniki napak, so posebej zasnovana tako, da so neobčutljiva na premik parametrov. Dodane so varovalne vezje in funkcije zaščite pred-napetostjo/nad{2}}tokom, ki omogočajo samodejno obnovitev po pojavu učinkov posameznega-dogodka (SEE).
Zasnova redundance:V izjemno kritičnih sistemih se lahko dva ali več popolnoma neodvisnih napajalnih modulov neposredno uporabita za delovanje v glavnem/pripravljenem načinu ali načinu deljenja toka-za doseganje redundance-na ravni sistema.
(3) Utrjevanje embalaže in postavitve
Zaščita:Kot ohišje za zaščito pred sevanjem do določene mere se uporabljajo materiali z visoko{0}}gostoto (npr. volfram, titanove zlitine).
Embalažni materiali:Keramična-odporna embalaža se uporablja za zamenjavo običajne plastične embalaže, da se prepreči poslabšanje delovanja ali nastajanje plina embalažnih materialov pod sevanjem. Na primer, napajalniki serije JLH28-odporni proti sevanju podjetja ZITN Microelectronics uporabljajo tehnologijo hibridnih integriranih vezij z debelim-slojem za izboljšanje zanesljivosti v ekstremnih okoljih.
Optimizacija postavitve:Pri postavitvi PCB so upoštevani parazitski učinki, ki jih lahko povzroči sevanje, in sprejeti so ukrepi za zmanjšanje motenj občutljivih vozlišč.
Uporaba sevalno{0}}napajalnih modulov
Uporaba sevanju{0}}odpornih močnostnih modulov je v glavnem osredotočena na vsa področja z visoko{1}}intenzivnim ionizirajočim sevanjem.
1. Vesoljsko in satelitsko področje (glavna uporaba)
To je največji in najpogostejši trg za-napajalnike, odporne na sevanje.
Umetni sateliti:Napaja vso elektronsko opremo na satelitih, kot so komunikacijski tovori, računalniki, sledilniki zvezd, potisniki in znanstveni instrumenti. Sateliti imajo-življenjsko dobo v orbiti od nekaj do desetletij, v kateri so nenehno izpostavljeni Van Allenovim sevalnim pasom, sončnim izbruhom in kozmičnim žarkom.
Sonde za globoko vesolje:Kot so sonde za Mars in Pluton. Po izletu izven zaščite zemeljskega magnetnega polja se bodo soočili z močnejšim kozmičnim sevanjem, ki postavlja izjemno visoke zahteve glede zanesljivosti napajanja.
Vesoljsko plovilo s posadko:Kot so vesoljske postaje in vesoljske ladje s posadko. Za zagotovitev življenjske varnosti astronavtov in uspeha misij morajo biti njihovi sistemi napajanja popolnoma zanesljivi.
2. Področje jedrske tehnologije in jedrske industrije
Jedrske elektrarne:Uporablja se za spremljanje instrumentov, robotov in nadzornih sistemov znotraj ali okoli jedrskih reaktorjev. Pri nujnem odzivu na jedrske nesreče je oprema-odporna na sevanje ključna za izvajanje nalog na območjih z visokim-sevanjem.
Obdelava jedrskih odpadkov:Roboti ali avtomatizirana oprema za obdelavo jedrskih odpadkov zahtevajo napajalnike,-odporne na sevanje.
Pospeševalniki delcev:Elektronska oprema v predorih pospeševalnikov in okoli njih mora biti odporna na sekundarno sevanje, ki nastane med delovanjem.
3. Polje-nadmorske višine
Visoko{0}}višinski baloni / visoko{1}}višinski dolgotrajni-UAV:Na stratosferskih višinah je intenzivnost kozmičnih žarkov veliko višja kot na tleh in nekatera ključna oprema za misijo bo morda zahtevala napajalnike,-odporne na sevanje.
Zaključek
Če povzamemo, napajalni-odporni moduli so »srce« in »vir energije« sodobnih visoko{1}}tehnoloških področij, zlasti raziskovanja vesolja in uporabe jedrske energije. Z nizom zapletenih in prefinjenih zasnov zagotavljajo, da lahko kritični elektronski sistemi še vedno pridobijo neprekinjeno in stabilno napajanje v okoljih z ekstremnim sevanjem, in so ena od temeljnih tehnologij, ki podpirajo razvoj teh vrhunskih-tehnologij.
Za več informacij nas kontaktirajte namarketing@qdzitn.com!