电源系统抗伽玛总剂量辐射能力评估方法

 为了评估某电源系统抗伽玛总剂量辐射能力,研究了评估电子系统抗伽玛总剂量辐射能力的QMU方法。为获得应用QMU方法所需的输入量,提出了以蒙特卡罗方法和SPICE电路模拟相结合的分析方法,用以确定受伽玛辐照后系统性能参数的裕量及不确定度。应用QMU方法对电源系统抗伽玛总剂量能力进行了评估,将评估结果和实验结果进行了比较,验证了方法的可行性。     

基于QMU的高空电磁脉冲下电气电子设备易损性评估方法

高空电磁脉冲（HEMP）可能造成广域基础设施的故障或损毁,考虑到经济原因,需要科学合理地评估其中关键电气电子设备在HEMP辐照下的易损性。将不确定性量化与设备效应评估相结合,总结出基于裕量与不确定性量化（QMU）的电气电子设备易损性评估方法及其工作流程,包括:筛选设备关键参数,通常为耦合通道电流、电压的范数;通过HEMP环境及其与设备耦合的数值仿真及不确定性量化,得到HEMP下设备关键参数的概率分布,作为设备的威胁水平;对工作状态下设备进行HEMP效应试验,通过统计推断得到设备效应阈值概率分布,作为设备在威胁下的强度;计算威胁水平与设备强度间的距离,量化设备关键参数的裕量及其不确定性,评估HEMP下的设备易损性。基于QMU的电气电子设备易损性评估方法还可为后续防护设计提供基础数据和评估方法。     

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.     

大规模集成电路抗辐射性能无损筛选方法

空间辐射环境会对电子器件产生辐射损伤。由于商用器件性能普遍优于抗辐射加固器件,所以从商用器件中筛选出抗辐射性能优异的器件将在一定程度上提高空间电子系统的可靠性。结合数学回归分析与物理应力实验的方法,研究了集成电路抗辐射性能无损筛选技术。通过不同的外界能量注入及总剂量辐照实验,探究电路典型参数的应变情况与电路耐辐射性能的关系,并确定其辐射敏感参数;建立预测电路抗辐射性能的多元线性回归方程,并对应力条件下的回归方程进行辐照实验验证。结果显示,物理应力实验与数学回归分析结合的筛选方法减小了实验值与预测值的偏差,提高了预估方程的拟合优度和显著程度,使预估方程处于置信区间。     

基于X射线的晶圆级器件辐照与辐射效应参数提取设备的设计与实现

基于标准工艺线的设计加固是大规模集成电路抗辐射加固的发展趋势,对微纳米单元器件进行辐射效应参数提取是实现设计加固的前提。为了摒除参数提取过程中封装引入的影响,实现在线参数测试,本文设计了一套晶圆级器件辐照与辐射效应参数提取试验装置,兼备晶圆级器件电离总剂量辐照、器件参数在线测试分析功能,并且具有通用性强、测量范围宽、结构一体化、操作自动化等特点。对设备在50 kV管压下产生的X射线能谱、剂量率、束斑的测量以及对晶圆级MOS器件进行I-V、C-V、低频噪声特性的测试分析结果表明,该设备符合ASTM F1467测试标准,且能满足晶圆级器件辐射效应参数提取要求,可为大规模集成电路抗辐射设计加固提供良好的试验条件。     

稳态、瞬态X射线辐照引起的互补性金属-氧化物-半导体器件剂量增强效应研究

重点开展了稳态、瞬态X射线辐照引起的金属氧化物半导体(CMOS)器件剂量增强效应relative dose enhancement effect(RDEF)研究.通过实验给出辐照敏感参数随总剂量的变化关系,旨在建立CMOS器件相同累积剂量时Χ射线辐照和γ射线辐照的总剂量效应损伤等效关系.在脉冲X射线源dense plasma focus(DPF)装置上,采用双层膜结构开展瞬态翻转增强效应研究,获得了瞬态翻转剂量增强因子.这些方法为器件抗X射线辐照加固技术研究提供了实验技术手段. 关键词： X射线 剂量增强因子 总剂量效应 剂量率效应     

抗辐射能力量化设计方法

抗辐射能力表现为系统技术性能对辐射损伤的敏感程度。抗辐射能力是设计、生产出来的。抗辐射量化设计能力是抗辐射加固技术发展水平的重要标志。根据QMU(性能阈值、裕量和不确定度)的思想,提出量化抗辐射设计,第一要优化系统总体设计,为辐射损伤敏感的技术性能合理地分配裕量;第二要量化系统工作的辐射环境及其不确定度,量化在实际工作的辐射环境中,辐射损伤引起的系统及其器件和结构的技术性能变化和不确定度,综合优化抗辐射措施,确保技术性能变化及其不确定度被有效控制在分配的裕量范围内,最后量化加固设计效果,预测系统抗辐射能力。     

典型模拟电路低剂量率辐照损伤增强效应的研究与评估

采用变剂量率和变温两种辐照方法,对4款典型模拟电路的低剂量率辐照损伤特性及变化规律进行了研究与评估,分析了两种辐照方法下其辐照敏感参数的变化,比较了不同辐照方式下器件的退化程度,讨论了这两种实验室加速评估低剂量率辐照损伤方法的机理.结果显示,变剂量率辐照可以较快地预测实际低剂量率下的辐照损伤趋势,且在较低的总剂量下能够给出不太保守的估计,但其预测的总剂量受到器件退化速度的影响;变温辐照加速评估方法能够保守地估计其低剂量率下的辐照损伤,其评估范围不仅可达1000 Gy(Si),且可将评估时间缩短为12 h左右.研究结果表明,双极电路的低剂量率辐照损伤增强效应与感生的界面态密度和氢化的氧空位缺陷有关,辐照时剂量率和温度的改变会促进界面态的生长,抑制界面态的钝化作用,从而激发器件的辐照损伤潜能.     

双极集成电路低剂量率辐射损伤增强效应的高温辐照加速实验

选择了四种典型双极集成电路,在两种不同剂量率下,开展了不同温度的高温辐照加速实验,测量了典型双极集成电路的辐射敏感参数在不同高温辐照下的变化规律。实验结果表明:高温辐照能够给出空间低剂量率辐射损伤增强效应的保守估计,且存在最佳辐照温度,最佳辐照温度随总剂量的增加向低温区漂移,随剂量率的增大向高温区漂移,在相同剂量率和总剂量下,输入级为NPN晶体管的双极集成电路比输入级为PNP晶体管的最佳辐照温度低。     

硅双极器件及电路电离总剂量辐照损伤研究

针对硅双极器件及其构成的双极集成电路有着如低剂量率辐照损伤增强效应等不同于其他类型电路的特殊的辐照响应问题, 分析了空间辐射电离总剂量环境及铝屏蔽作用, 双极晶体管及电路总剂量辐照损伤机理, 低剂量率辐照损伤增强效应、规律和电参数变化。通过选取几种典型的双极晶体管和电路进行地面辐照模拟试验和测试, 证明了双极器件及电路的关键参数受辐照影响较大, 特别是对低剂量率辐照损伤增强效应敏感, 低剂量率辐照损伤增强因子基本都大于1.5, 不同双极器件和电路的低剂量率辐照损伤增强效应有着明显的不同, 与器件类型、加工工艺(如氧化层厚度)等密切相关。     

Critical current measurement in superconducting rings using an automatic inductive technique

A measurement technique was developed to identify the critical current of superconducting rings. It is based on the detection of the voltage on a secondary coil when the current induced in the superconductor by a primary one go beyond to the critical value. The technique uses a DC power supply to control the AC current circulating by the primary circuit. Such circuit mainly consists on an AC power supply which gives a constant AC voltage, a primary inducting coil and a control coil with iron core. The AC current circulating by this circuit is modified with the change in the impedance of the control coil due to the fact of the DC current supplied by the power supply in parallel with it.     

相控阵井壁成像仪高压电源纹波噪声抑制研究

针对超声相控阵井壁成像仪工作环境恶劣以及超声脉冲发射所需高压电源纹波噪声对超声回波信号干扰大的问题,提出一种高温环境下高压电源纹波噪声抑制方法并进行设计分析。本方法综合开关电源与线性稳压电源各自的技术优势且注重纹波噪声抑制和耐高温设计。利用开关电源完成不同电压幅值的高效转换并在电源输出端增设专门的EMI滤波电路,再利用屏蔽罩对电源进行屏蔽,最后输出电压再经过一级线性稳压电路进一步进行稳压滤波。实测结果表明,利用该方法,电源的纹波与辐射噪声得到了抑制,有效减少电源对回波信号的干扰,且输出电压稳定,提高了超声相控阵井壁成像仪井下工作的稳定性。     

强流离子源灯丝电源设计与分析

灯丝电源是中性束注入器等离子体发生器电源系统的重要组成部分,为了满足其低电压大电流输出特性要求,提出了带平衡电抗器双反星形整流电路的拓扑结构的电源设计方案。该拓扑结构与三相桥式整流电路相比较在采用相同器件下可达到更高功率,减少交流侧输入电流谐波并提高功率因素。分析了该拓扑结构下整流输出特性和所含的谐波分量,根据设计指标计算了整流变压器和平衡电抗器的相关参数,最后通过仿真和实验结果验证了这一拓扑结构的可行性。     

一种用于弧流电源的新型打坑电路设计

作为中性束注入加热系统的核心设备,弧流电源的性能至关重要。打坑电路是弧流电源的重要组成部分,其动态响应特性及稳定性决定了弧流电源的性能。提出了一种用于弧流电源的新型打坑电路解决方案,能在150 μs内快速实现大电流的跌落和恢复,并且跌落和恢复过程中基本无过冲,用于转移的电子开关(比如IGBT)在开关过程中过电压小,可靠性高,吸收电路容易实现。该方案可以很好地替代传统的弧流电源打坑电路。     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

电泳式He-Sr+复合激光特性研究

设计制作了7mm内径和38cm有效激励长度的电泳式He-Sr⁺激光管,采用修饰Blumlein电路,通过纵向高重复率脉冲放电激励,实现了一价锶离子复合激光430.5nm和R-M跃迁激光1.03μm的同时振荡,其中复合激光占主要成分.测量分析了复合激光输出功率与工作参量(脉冲频率,充电电源电压和氦压)的关系曲线.获得了最大激光功率819mW和56mW/cm³功率密度的实验结果. 关键词： 锶离子激光 电泳 脉冲放电     

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究

大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域.通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义.本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律.结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小.通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素.提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.     

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz～10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。     

束流轨道快校正磁铁电源研究进展

快校正磁铁电源能够对束流轨道的偏离进行快速校正,提升同步辐射光源运行的可靠性。随着第四代衍射极限储存环(DLSR)光源品质的进一步提高,为了保证束流轨道的稳定性,快速轨道反馈(FOFB)系统对校正磁铁电源的性能也提出了更高的要求。针对先进同步辐射光源FOFB系统对快校正磁铁电源的需求,将目前国内外第四代同步辐射光源束流轨道快速校正磁铁电源的研究成果分为线性电源和开关电源两类,对各方案的拓扑结构、控制策略以及性能参数的特点等进行了简要对比分析,可以看出目前国内外正在研制的快校正磁铁电源响应带宽基本可以达到5 kHz甚至10 kHz水平,线性电源的低纹波噪声特性具备应用优势但需要关注效率低的问题;开关电源方案具有高效、模块化等特点,如果可以有效解决纹波噪声问题,将会更广泛地应用在快校正磁铁电源的设计中。