ЖУРНАЛ СТА 1/2012

туры и происходит резкое возраста- ние тока потребления (катастрофиче- ский отказ); ● Single Event Burnout (SEB) – пробой истоковой области мощных транзи- сторов MOSFET. Типовое пороговое значение линей- ных потерь энергии (ЛПЭ) заряженных частиц в материале, при которых на- блюдаются одиночные эффекты, со- ставляет от 37 до 83 МэВ·см 2 /мг. Оди- ночные эффекты зависят от условий пребывания КА в космосе (параметры орбиты, время функционирования). Например, радиоэлектронное оборудо- вание космического аппарата, предна- значенного для пребывания на низких круговых, средневысотных орбитах и на поверхности Луны или Марса, должно быть разработано таким образом, чтобы оно отвечало минимальному требова- нию – не допустить возбуждения пара- зитных тиристорных полупроводнико- вых структур при ЛПЭ > 37 МэВ·см 2 /мг. На орбитах выше 1500 км, где распола- гается первый пояс Ван Аллена, дли- тельная работа бортовой электронной аппаратуры практически невозможна, если не использовать специальные ме- тоды защиты от радиационного излуче- ния, что ведёт к существенному услож- нению бортовой аппаратуры и увеличе- нию массы КА. Для самых жёстких условий на геостационарных орбитах, где проявляется влияние поясов Ван Аллена, или для экспедиций по иссле- дованию дальнего космоса, где возмож- на встреча с протонами и ионами кос- мических лучей, интегральные микро- схемы должны соответствовать следую- щим требованиям: допустимое значение поглощённой дозы более 100 крад (Si); сохранение работоспособности при ЛПЭ > 37 МэВ·см 2 /мг. Более детально с классификацией одиночных эффектов и сложившейся терминологией по радиационной стой- кости можно ознакомиться в [2–6]. Дру- гие требования к радиационной стой- кости могут включать эксплуатацион- ные показатели при воздействии пото- ков нейтронов, протонов и ионизирую- щих излучений с большой мощностью дозы. Однако эти требования являются исключительными и применяются в ос- новном в отношении оружия стратеги- ческого назначения. В табл. 1 представлены типичные тре- бования к параметрам DC/DC-пре- образователей, предназначенных для применения в бортовой радиоэлек- тронной аппаратуре КА. С ТРУКТУРА , КОМПОНОВКА И СХЕМОТЕХНИКА Эффективность является одним из важнейших технических показателей для преобразователя. В равной степени важными являются способность пре- образователя функционировать без ухудшения технических параметров в условиях радиационных воздействий в течение всего своего срока службы и его способность работать безотказно при воздействии тяжёлых заряженных ча- стиц и протонов. Выбор структуры пре- образователя является первым шагом в процессе разработки. Обычно его пред- определяет уровень выходной мощно- сти. Однотактная обратноходовая струк- тура наиболее подходит для маломощ- ных устройств с мощностями от не- скольких ватт до 10 Вт. Однотактная прямоходовая структура обычно приме- няется в моделях с мощностями до 40 Вт или более. Другие структуры, такие как прямоходовая с двумя ключами, двух- тактная полумостовая и двухтактная мо- стовая, применяются, как правило, в более мощных преобразователях. В по- следние годы значительно изменилась элементная база DC/DC-преобразова- телей, появились новые материалы. Поэтому однотактные преобразователи стали занимать нишу, традиционно отводившуюся для двухтактных пре- образователей мощностью от единиц Вт до единиц кВт, а прямоходовые пре- образователи стали успешно использо- ваться на малых мощностях в единицы Вт [7]. Стабильные технические характери- стики и надёжность являются основны- ми целями разработки. Для удовлетво- рения этим требованиям в новых разра- ботках часто используются существую- щие схемы с известными технически- ми характеристиками, с предсказуемой реакцией на радиационные воздей- ствия. Выбор компонентов является другим существенным фактором в обеспечении соответствия требованиям к надёжно- сти и техническим характеристикам. Для всех разрабатываемых моделей вы- бираются только компоненты с извест- ными показателями радиационной стойкости, обычно с коэффициентом запаса не ниже 2. Кроме того, для всех компонентов обычно предусматривает- ся запас по ухудшению параметров в со- ответствии с руководящими материала- ми MIL-STD-1547B (USAF) “Electronic Parts, Materials, and Processes for Space and Launch Vehicles” и NASA PPL-21 (“Goddard Space Flight Center Preferred Parts List PPL-21”). Вышедший из упо- требления стандарт MIL-STD-975 “NASA Standard Electrical, Electronic, and Electromechanical (EEE) Parts List” также приводится в качестве ссылки для некоторых программ, несмотря на то что он уже отменён. Установившейся практикой в компа- нии International Rectifier является то, что разработку любого DC/DC-пре- образователя начинают с моделирова- ния схемы. Компьютерное моделирова- ние экономит время и сокращает дли- тельность цикла разработки, уменьшая, в конечном счёте, время вывода изделия на рынок. Кроме того, точное модели- рование упрощает задачу разработки и снижает проектные риски. Для анализа и моделирования схем используется программный модуль PSPICE A/D, вхо- дящий в пакет OrCAD. Одним из инте- реснейших применений программы PSPICE является моделирование им- пульсных силовых каскадов, построен- ных на транзисторах MOSFET и IGBT. Для того чтобы схемы, использующие мощные транзисторы MOSFET, можно было моделировать с помощью этой программы, специалисты International Rectifier предложили макромодель, мак- симально приближающую характери- стики моделей к параметрам реальных транзисторов. Появление корректных моделей транзисторов MOSFET сделало возможным разработку достоверной макромодели транзистора IGBT. Эта ра- бота также была проделана специали- стами International Rectifier [8]. Применение большинства изделий в космической аппаратуре должно быть обосновано не только эксплуатацион- ными испытаниями, но также анализом полученных параметров и характери- стик. Анализ воздействия напряжения на компоненты, анализ воздействия температуры, расчёт среднего времени наработки на отказ, анализ механиче- ских свойств, анализ аварийных режи- мов и влияния отказов компонентов на функционирование, анализ изменения эксплуатационных характеристик при наихудшем сочетании внешних факто- ров и старении компонентов – всё это зачастую составляет значительную часть работ, результаты которой должны быть получены и утверждены до окончания разработки и начала производства лёт- ных образцов. Такой порядок является стандартной процедурой в технологи- ческом процессе разработки нового из- делия в компании International Rectifier. 28 СТА 1/2012 ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А www.cta.ru © СТА-ПРЕСС