应用于DC-DC转换器的单粒子瞬态加固电路及方法

应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路及方法
技术领域
1.本发明属于开关电源抗辐照加固技术领域，涉及一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，本发明还涉及采用上述加固电路进行瞬态加固的方法。


背景技术：

2.dc-dc转换器在航天电力系统的电力系统中起着至关重要的作用。dc-dc转换器通常用于从直流输入源产生具有高功率效率的稳压直流输出电压，辐照引起的输出电压的任何变化都可能影响由转换器供电的其他电路的运行。
3.随着深亚微米工艺的发展，因单粒子瞬态脉冲(set，single event transient)引起的故障率大大提升。set引起了人们的高度关注。目前国内在宇航用抗辐照集成电路研究领域主要集中在工艺的抗辐照加固技术和数字集成电路的辐照加固技术，对抗辐照模拟集成电路研究较少。
4.误差放大器(ea，erroramplifier)作为dc-dc转换器电压环路的核心模块之一，将反馈电压v
fb
与基准电压v
ref
的差值放大，其输出作为pwm比较器的反向端输入信号，如图1所示。同时，ea为环路提供足够的增益，保证反馈调节的精度。当重离子或高能电子轰击ea的输出节点并引发模拟单粒子瞬态脉冲(aset，analog single event transient)时，会导致该节点产生较大的瞬态电压变化，并且由于频率补偿模块大电容cc而导致恢复较慢，导致pwm输出宽窄脉冲，进而导致占空比d发生改变，导致输出电压v
out
纹波电压增加或输出电压v
out
出现较大的波动。
5.传统版图级或工艺级加固方案的加固效果在电路级设计时不能提供良好的可靠性评估，对电路设计带来极大的困扰，目前迫切的需要从电路级引入加固方案对电路的抗辐照能力进行评估。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，解决了dc-dc转换器电压环路中ea输出节点由于aset影响导致输出电压v
out
纹波电压增大或输出电压v
out
波动的问题。
7.本发明的目的是还提供一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路的单粒子瞬态加固方法。
8.本发明所采用的第一种技术方案是，一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，包括ota，ota的正向端依次连接采样电容cs、采样开关s1，ota的反向端连接ea的输出端，ota的输出与充放电偏置电流电路连接。
9.本发明第一种技术方案的特点还在于：
10.采样开关s1一端连接ea的输出端，采样开关s1的另一端连接采样电容cs上级板，采样电容cs的下级板接地，采样电容cs的上级板连接ota的正向端。
11.ota的输出端经control模块连接充放电偏置电流电路。
12.充放电偏置电流电路包括充电开关管m3、放电开关管m4。
13.本发明采用的第二种技术方案是，一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路进行单粒子瞬态加固的方法，具体包括如下过程：
14.当ea输出端正常工作时，将ota输出共模电平作为control模块控制信号，使偏置电流i
bias1
、i
bias2
均断开，充电开关管m3、放电开关管m4关断，此时充放电偏置电流电路与ea输出节点直接断路；
15.当ea输出端因重离子轰击而引发单粒子瞬态脉冲时，control模块输出使能信号en开启充放电偏置电流电路，若出现负脉冲，当vc小于v
cs
超过设置阈值时，ota输出高电平，control模块输出低电平使充电开关管m3导通对ea输出端进行快速充电；若出现正脉冲，即vc大于v
cs
超过设置阈值时，ota输出低电平，control模块输出高电平使放电开关管m4导通对ea输出端进行快速放电。
16.本发明的有益效果是：本发明提供的一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，电路结构简单，被加固电路与加固电路都实现了对单粒子瞬态效应的抑制。与传统的版图级加固方案相比，本发明可在电路原理图设计阶段就对电路的抗辐照能力进行评估与设计。同时解决了dc-dc转换器电压环路中ea输出节点由于aset影响导致输出电压v
out
纹波电压增大或输出电压v
out
波动的问题，加快了dc-dc转换器环路受单粒子扰动后的恢复时间。
附图说明
17.图1为boost型dc-dc转换器环路示意图；
18.图2为本发明应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
20.boost型dc-dc转换器环路示意图，如图1所示，ea作为电压环路的核心模块之一，反向端与反馈电压v
fb
相连接，正向端与基准电压v
ref
相连接，将二者的差值进行放大，ea输出电压vc与pwm反向端连接，再经过数字控制模块实现对主开关m1、续流管m2的栅极控制。ea放大器由于频率补偿模块大电容cc而导致其输出节点对单粒子敏感，且因为大电容cc而导致其恢复缓慢，进而导致m1、m2栅极控制信号出现宽窄脉冲现象或脉冲缺失，最终使得输出电压v
out
纹波电压增大或v
out
波动。
21.本发明应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，如图2所示，包括ota(跨导放大器)，ota的正向端依次连接采样电容cs、采样开关s1，ota的反向端连接ea的输出端，ota的输出与充放电偏置电流电路连接。采样开关s1一端连接ea的输出端，采样开关s1的另一端连接采样电容cs上级板，采样电容cs的下级板接地，采样电容cs的上级板连接ota的正向端。ota的输出端经control模块连接充放电偏置电流电路。
22.本发明应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路进行单粒子瞬态加固的方法，利用采样开关s1、采样电容cs对ea输出vc进行采样，将采样信号作为ota的正向端输入信号，ota反向端与ea输出端直接相连，对ea输出节点进行实时单粒子检测，通过比较二者大小，对ea输出节点进行快速充放电操作。当ota输出端与ea输出端直接相连时，可以实现对单粒
子瞬态效应的检测与抑制。
23.ota将采样电压与检测电压差值放大，设置ota翻转阈值，当二者差值大于10mv时，ota输出高低电平作为补偿电路控制信号。若发生aset，检测电压低于采样电压时，ota输出高电平控制补偿电路对ea输出端进行快速充电加速恢复；检测电压高于采样电压时，ota输出低电平控制补偿电路工作对ea输出端进行快速放电加速恢复；当检测电压与采样电压差值未超过10mv时，ota输出置为高阻态，控制补偿网络关闭，与ea输出端断开连接。
24.当dc-dc转换器正常工作时，补偿电路不工作，只对ea输出节点电压进行检测，保证了电压环路的正常工作和性能。
25.由于ota正向端的采样电压与输出节点断开连接，而反向端的检测电压跟随ea输出电压vc变化，若aset发生在ota的输出节点，使得充电电路或放电电路打开，对ea输出节点进行额外充放电操作，此时ota会迅速做出调整防止过充或过放现象的出现，同样起到了抑制单粒子瞬态效应的作用。
26.当环路正常工作时，采样开关s1相隔100个周期闭合一次，刷新采样电容cs上的采样电压作为ota的正向端输入信号；反向端与ea输出节点直接相连，对单粒子瞬态脉冲进行实时检测。m3、m4为分别为充电、放电开关管，m5～m8组成电流镜，i
bias1
、i
bias2
为充放电偏置电流。
27.当ea输出端正常工作时，将ota输出共模电平作为control模块控制信号，使偏置电流i
bias1
、i
bias2
均断开，充电开关管m3、放电开关管m4关断，此时充放电电路与ea输出节点直接断路，不产生功耗且不影响环路正常工作。
28.当ea输出端因重离子轰击而引发单粒子瞬态脉冲时，control模块输出使能信号en开启充放电偏置电流电路，若出现负脉冲，当vc小于v
cs
超过设置阈值时，ota输出高电平，control模块输出低电平使充电开关管m3导通对ea输出端进行快速充电；若出现正脉冲，即vc大于v
cs
超过设置阈值时，ota输出低电平，control模块输出高电平使放电开关管m4导通对ea输出端进行快速放电。
29.通过上述方式，本发明一种应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，可使ea输出节点单粒子瞬态效应得到抑制，进而大幅度缩短了dc-dc转换器环路受单粒子扰动后的恢复时间，减小了输出电压纹波电压和电压波动。
30.本发明应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路，克服了版图级或工艺级加固技术的滞后评估问题。
31.本发明应用于dc-dc转换器的单粒子瞬态加固电路的单粒子瞬态加固方法，抑制了由aset导致dc-dc转换器输出电压v
out
纹波电压增大或输出电压v
out
的波动问题，加快了dc-dc转换器环路受单粒子扰动后的恢复时间。