Современная электроника №2/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2020 Энергетическая система особенно уяз- вима из-за её многочисленных электри- ческих ёмкостей с накопленной энер- гией и наличия высоких напряжений. Сохранить работоспособность должны не только отдельные устройства, но и вся система в целом должна вернуться в нормальное рабочее состояние после радиационно-индуцированного пере- ходного процесса. П РИМЕНЕНИЯ СИЛОВЫХ УСТРОЙСТВ Сфера применений для силовых полупроводниковых приборов в радиационных окружениях является довольно широкой и включает в себя прежде всего DC/DC-преобразователи для различных напряжений, схемы управления приводами и переклю- чатели. В аппаратуре КА используют- ся шины с напряжениями в диапазоне от 28 до 120 В. Разработчики некото- рых систем рассматривают возмож- ности использования шин с напря- жениями выше 600 В, но на данный момент такие решения не реали- зованы на практике. В то же время рабочими напряжениями для низ- ковольтного электронного оборудо- вания являются обычно напряжения от 0,8 до 15 В. В связи с этим для КА требуются высокоэффективные DC/ DC-преобразователи для формирова- ния низких уровней напряжений от основной шины. Силовые MOSFET- транзисторы используются в каче- стве ключей практически во всех DC/ DC-преобразователях. Данные транзи- сторы также применяются в качестве синхронных выпрямителей во вторич- ной цепи, так как подобные выпря- мители в преобразователях с низким выходным напряжением позволяют получить КПД выше 90%. Силовые MOSFET-транзисторы так- же используются вместо механических реле для коммутации нагрузки из-за их высокой надёжности и низкой мощно- сти, необходимой для их переключе- ния. Обычно для коммутации нагруз- ки используются транзисторы с кана- лом p-типа, поскольку именно в этом случае напряжение управления затво- ром выше напряжения шины. Приме- нение p-канальных транзисторов обу- словлено также увеличением порого- вого напряжения по модулю с ростом величины поглощённой дозы, вплоть до напряжения пробоя затвора, что повышает уровень отказа ключевого элемента. Высокие напряжения необходимы для питания усилителей на лампах бегущей волны передатчиков данных со спутника на наземную станцию или радаров, установленных в космосе, а также для некоторых ламп импульс- ных лазеров для атмосферных иссле- дований. В ЫБОР ПОДХОДЯЩЕГО УСТРОЙСТВА Разработчики, выбирающие сило- вые устройства для применения в радиационной среде, должны очень хорошо знать требования миссии. Анализ наихудшего сценария требу- ет рассмотрения параметрических смещений, а также режимов ката- строфического отказа. Некоторые из этих параметрических смещений имеют следствия, которые могут быть не очень очевидными, такие как вли- яние смещения порогов на времена задержки. Например, порог силово- го MOSFET-транзистора с каналом n-типа смещается в сторону полно- стью открытого состояния при воз- действии суммарной накопленной дозы радиации. Побочным эффектом снижения порога является уменьше- ние времени задержки включения и увеличение времени задержки выклю- чения. Современные коммерческие сило- вые устройства быстро эволюциони- руют по пути снижения потерь мощ- ности и повышения функционально- сти. Новые устройства обычно имеют более тонкие окислы затвора и неглу- бокие переходы по сравнению с преды- дущими поколениями. Это приводит к способности лучше выдерживать воз- действие накопленной дозы, но ухуд- шает стойкость к одиночным эффек- там или быстрым дозовым эффектам. Необходимо проводить тестирование для определения реакции устройства на вероятное воздействие радиации. Ограничение допустимых значений часто используется для гарантирован- ного сохранения работоспособности устройств в условиях воздействия ради- ации. Но это не является состоятель- ным методом, который будет гаранти- ровать живучесть, и по-прежнему тре- бует проведения тестирования. Как правило, ограничение допустимых параметров приводит к значительно- му снижению эффективности энерге- тической системы. Так как стоимость мощности в системах питания КА весь- ма высокая, снижение эффективности может приводить к повышению общей стоимости системы. Жёсткие условия эксплуатации воен- ных и космических систем требуют применения электронных устройств, которые способны работать при высо- ких уровнях радиации. Сегодня на рынке доступны радиационно-стой- кие силовые MOSFET-транзисторы для большей части применений, описан- ных выше. Например, подразделение International Rectifier HiRel Products компании Infineon Technologies AG разрабатывает и производит радиа- ционно-стойкие электронные устрой- ства, используемые для преобразо- вания энергии, помещает их в гер- метичные корпуса для обеспечения дополнительной защиты. Эти устрой- ства включают в себя простые ком- поненты, интегрированные систе- мы, драйверы затворов транзисторов MOSFET/IGBT, полупроводниковые реле и сложные компоненты, такие как DC/DC-преобразователи, преоб- разователи типа POL, линейные регу- ляторы напряжения со сверхнизким падением напряжения. С начала 90-х годов в России суще- ствует проблема обеспечения ракетно- космической промышленности высо- кокачественной радиационно-стой- кой электронно-компонентной базой (ЭКБ). В связи с этим отечественные разработчики вынуждены использо- вать ЭКБ иностранного производства, главным образом производства США. Однако 27 марта 2014 года Министер- ство торговли США ввело мораторий на выдачу американским компаниям лицензий на экспорт товаров и про- дукции двойного назначения. Прио- становка оформления лицензий рас- пространялась и на радиационно-стой- кие компоненты. Внедрение новой системы регули- рования экспорта технологий и про- дукции военного назначения в США позволило компании IR перевести ряд DC/DC-преобразователей косми- ческой категории качества и многие другие радиационно-стойкие компо- ненты из номенклатуры International Rectifier из перечня ITAR USML Category XV(e) в Перечень критических товаров (CCL) под контроль Правил экспортно- го регулирования (EAR99). Таким обра- зом, многие радиационно-стойкие компоненты компании International Rectifier стали доступны для экспорта в Россию без оформления лицензии в государственных ведомствах США,