抗辐射加固辅助供电电路及方法与流程

1.本发明涉及辅助供电技术领域，尤其是涉及一种抗辐射加固辅助供电电路及方法。


背景技术：

2.目前的抗辐射加固dc/dc变换器采用pwm控制器作为控制核心，通过控制开关器件的占空比实现对输出电压的精确控制，为了减小自身功耗，主要采用bicoms工艺进行制造，其供电电压一般为10v～12v，供电电流一般为5～15ma。其供电电路一般采用线性稳压电路实现，具有结构简单、供电电压稳定的优点，通过稳压二极管来设定基准电压，再通过晶体管扩流来实现稳压输出，但线性稳压电路中的晶体管在中子辐射后电流增益下降较多，容易出现供电电流不足的问题。另一方面，bicoms工艺器件由于存在寄生的pnpn结构，在伽马瞬时剂量率辐照下可能出现自锁，引起pwm控制器功能性失效。
3.因此，目前亟需一种供电稳定且能避免伽马瞬时剂量率辐照对结构功能产生不良影响的辅助供电技术方案。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗辐射加固辅助供电技术方案，用于解决上述技术问题。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供的技术方案如下。
6.一种抗辐射加固辅助供电电路，包括：
7.抗辐射级联放大供电模块，接输入电压，对所述输入电压进行级联放大并通过输出端向后级负载输出供电电压和供电电流；
8.伽马瞬时剂量率保护模块，接所述输入电压与所述抗辐射级联放大供电模块的输出端，在伽马瞬时剂量率辐照时下拉所述供电电压，在伽马瞬时剂量率辐照消除时还原所述供电电压。
9.可选地，所述抗辐射级联放大供电模块包括依次级联的第一级放大单元和第二级放大单元，所述第一级放大单元的输入端接所述输入电压，所述第一级放大单元的输出端接所述第二级放大单元的输入端，所述第二级放大单元的输出端输出所述供电电压。
10.可选地，所述第一级放大单元包括第一npn三极管、第一稳压二极管、第一电阻及第二电阻，所述第一npn三极管的基极经串接的所述第一电阻后接所述输入电压，所述第一npn三极管的集电极经串接的所述第二电阻后接所述输入电压，所述第一稳压二极管的阴极接所述第一npn三极管的基极，所述第一稳压二极管的阳极接地，其中，所述第一npn三极管的基极作为所述第一级放大单元的输入端，所述第一npn三极管的发射极作为所述第一级放大单元的输出端。
11.可选地，所述第二级放大单元包括第二npn三极管、第三npn三极管、第四npn三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第一电容，所述第二npn三极管的基极接所述第一npn
三极管的发射极，所述第二npn三极管的集电极经串接的所述第三电阻后接所述输入电压，所述第三npn三极管的基极接所述第一npn三极管的发射极，所述第三npn三极管的集电极经串接的所述第四电阻后接所述输入电压，所述第四npn三极管的基极接所述第一npn三极管的发射极，所述第四npn三极管的集电极经串接的所述第五电阻后接所述输入电压，所述第一电容的一端接所述第二npn三极管的基极，所述第一电容的另一端接所述第二npn三极管的发射极，其中，所述第二npn三极管的发射极、所述第三npn三极管的发射极及所述第四npn三极管的发射极接在一起，作为所述第二级放大单元的输出端，输出所述供电电压。
12.可选地，所述伽马瞬时剂量率保护模块包括下拉单元及充放电单元，所述下拉单元的一端接地，所述下拉单元的另一端接所述供电电压，所述充放电单元接所述下拉单元，在伽马瞬时剂量率辐照时所述充放电单元充电储能，在伽马瞬时剂量率辐照消除时所述充放电单元放电，通过所述充放电单元上储存的电压控制所述下拉单元的导通状态，实现所述供电电压下拉与还原的切换控制：当所述充放电单元上储存的电压大于阈值时，所述下拉单元导通，所述供电电压被下拉到地；当所述充放电单元上储存的电压小于等于阈值时，所述下拉单元截止，所述供电电压还原。
13.可选地，所述下拉单元包括nmos管及第二电容，所述nmos管的源极接地，所述nmos管的漏极接所述供电电压，所述第二电容的一端接所述nmos管的源极，所述第二电容的另一端接所述nmos管的漏极。
14.可选地，所述充放电单元包括第五npn三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容及第二稳压二极管，所述第五npn三极管的集电极经串接的所述第六电阻后接所述输入电压，所述第五npn三极管的基极接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端接地，所述第五npn三极管的发射极经串接的所述第七电阻后接地，所述第八电阻与所述第三电容并联，所述第二稳压二极管与所述第三电容并联，且所述第二稳压二极管的阳极接地，所述第三电容的非接地端与所述nmos管的栅极连接。
15.一种抗辐射加固辅助供电方法，包括：
16.利用多级级联三极管的电流增益叠加效应，通过至少两级级联的三极管放大输入电压并向后级负载输出供电电压和供电电流，提升所述供电电压和所述供电电流在中子辐照下的稳定性；
17.利用三极管集电极和基极之间的寄生二极管在伽马瞬时剂量率辐照下的光电流效应，在伽马瞬时剂量率辐照时，通过所述寄生二极管产生光电流，利用所述光电流充电和放电，通过所述光电流充放电时储存的电压对所述供电电压进行限制，提升所述后级负载的结构稳定性，其中，所述光电流充放电时储存的电压与伽马瞬时剂量率正相关。
18.可选地，所述通过所述光电流充放电时储存的电压对所述供电电压进行限制的步骤，包括：
19.当所述光电流充放电时储存的电压大于阈值时，将所述供电电压下拉到地；
20.当所述光电流充放电时储存的电压小于等于阈值时，将所述供电电压还原。
21.如上所述，本发明提供的抗辐射加固辅助供电电路及方法，至少具有以下有益效果：
22.1)通过抗辐射级联放大供电模块对输入电压进行级联放大，并向后级负载输出供电电压和供电电流，基于级联放大的结构设计，电流增益高，即使有中子辐射的影响，供电
电流和供电电压依然很稳定，有效提高了其抗中子辐射能力；
23.2)通过与抗辐射级联放大供电模块输出端连接的伽马瞬时剂量率保护模块，在伽马瞬时剂量率辐照时下拉供电电压，在伽马瞬时剂量率辐照消除时还原供电电压，能有效避免后级负载如pwm控制器在伽马瞬时剂量率辐照时的结构及功能失效问题。
附图说明
24.图1为现有技术中抗辐射加固dc/dc变换器的供电电路图。
25.图2为本发明一实施例中抗辐射加固辅助供电电路的电路图。
26.图3为图2中抗辐射级联放大供电模块的电路图。
27.图4为图2中伽马瞬时剂量率保护模块的电路图。
28.附图标号说明
[0029]vin
—输入电压，v
out
—供电电压，c0—电容，c1—第一电容，c2—第二电容，c3—第三电容，d0—稳压二极管，d1—第一稳压二极管，d2—第二稳压二极管，q0—npn三极管，q1—第一npn三极管，q2—第二npn三极管，q3—第三npn三极管，q4—第四npn三极管，q5—第五npn三极管，r0—电阻，r1—第一电阻，r2—第二电阻，r3—第三电阻，r4—第四电阻，r5—第五电阻，r6—第六电阻，r7—第七电阻，r8—第八电阻，v1—nmos管。
具体实施方式
[0030]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0031]
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0032]
如在前述背景技术中所述的，发明人研究发现，目前的抗辐射加固dc/dc变换器的供电电路一般采用线性稳压电路实现，如图1所示，输入电压v
in
经电阻r0接到稳压二极管d0的基极，通过稳压二极管d0来设定稳压二极管d0的基准电压，再通过npn三极管q0扩流在其射极实现稳压输出，得到供电电压v
out
，并利用电容c0滤波。其中，稳压二极管d0的稳定电压为vz。
[0033]
详细地，如图1所示，在正常工作时，npn三极管q0处于放大状态，基极电压为vz，输出的供电电流(即发射极电流)记为io，电阻r0上流过的电流为设npn三极管q0中集电极电流等于发射极电流ic≈ie，npn三极管q0的基极电流当i
r0
≥ib时，线性稳
压电路可以为pwm控制器提供稳定的直流供电，但是，但随着中子辐照注量的增加，npn三极管q0的电流放大倍数β逐渐减小，当减小到一定程度的时候i
r0
《ib，此时线性稳压电路将出现供电电压v
outt
降低的现象，不能为后级负载的pwm控制器提供稳定的供电电压v
out
，且电流增益β下降，对外输出的供电电流io也不足。
[0034]
同时，基于bicoms工艺的半导体器件由于存在寄生的pnpn结构，在伽马瞬时剂量率辐照下可能出现自锁，这会引起后级负载处基于bicoms工艺的pwm控制器功能性失效。
[0035]
基于此，本发明提供一种抗辐射加固辅助供电方法，其包括步骤：
[0036]
s1、利用多级级联三极管的电流增益叠加效应，通过至少两级级联的三极管放大输入电压并向后级负载输出供电电压和供电电流，提升供电电压和供电电流在中子辐照下的稳定性；
[0037]
s2、利用三极管集电极和基极之间的寄生二极管在伽马瞬时剂量率辐照下的光电流效应，在伽马瞬时剂量率辐照时，通过寄生二极管产生光电流，利用光电流充电和放电，通过光电流充放电时储存的电压对供电电压进行限制，提升后级负载的结构稳定性，其中，光电流充放电时储存的电压与伽马瞬时剂量率正相关。
[0038]
详细地，在步骤s1中，利用多级级联三极管的电流增益叠加效应，通过两级或两级以上级联设置的三极管构成放大缓冲器，提升电流增益，即使每级三极管的电流增益在中子辐照下减小，但多级三极管的总体电流增益仍然较大，能对外输出稳定的供电电压与供电电流。
[0039]
详细地，在步骤s2中，利用三极管集电极和基极之间的寄生二极管在伽马瞬时剂量率辐照下的光电流效应，再利用光电流充电和放电时储存的电压来反映伽马瞬时剂量率辐照的剂量，辐照剂量超过预设值后将后级负载的供电电压拉低到地，辐照剂量不超过预设值或者辐照消除一段时间后将后级负载的供电电压还原，以保证后级负载的结构功能稳定性。
[0040]
更详细地，通过光电流充放电时储存的电压对供电电压进行限制的步骤s2进一步包括：
[0041]
s21、当光电流充放电时储存的电压大于阈值时，将供电电压下拉到地；
[0042]
s22、当光电流充放电时储存的电压小于等于阈值时，将供电电压还原。
[0043]
此外，基于上述抗辐射加固辅助供电方法，本发明还提供一种对应的抗辐射加固辅助供电电路，如图2所示，其包括：
[0044]
抗辐射级联放大供电模块，接输入电压v
in
，对输入电压v
in
进行级联放大并通过输出端向后级负载输出供电电压v
out
和供电电流；
[0045]
伽马瞬时剂量率保护模块，接输入电压v
in
与抗辐射级联放大供电模块的输出端，在伽马瞬时剂量率辐照时下拉供电电压v
out
，在伽马瞬时剂量率辐照消除时还原供电电压v
out
。
[0046]
详细地，如图2及图3所示，在本发明的一可选实施例中，抗辐射级联放大供电模块包括依次级联的第一级放大单元和第二级放大单元，第一级放大单元的输入端接输入电压v
in
，第一级放大单元的输出端接第二级放大单元的输入端，第二级放大单元的输出端输出供电电压v
out
。
[0047]
更详细地，如图2及图3所示，在本发明的一可选实施例中，第一级放大单元包括第
一npn三极管q1、第一稳压二极管d1、第一电阻r1及第二电阻r2，第一npn三极管q1的基极经串接的第一电阻r1后接输入电压v
in
，第一npn三极管q1的集电极经串接的第二电阻r2后接输入电压v
in
，第一稳压二极管d1的阴极接第一npn三极管q1的基极，第一稳压二极管d1的阳极接地，其中，第一npn三极管q1的基极作为第一级放大单元的输入端，第一npn三极管q1的发射极作为第一级放大单元的输出端。其中，第一稳压二极管d1的稳定电压为vz。
[0048]
更详细地，如图2及图3所示，在本发明的一可选实施例中，第二级放大单元包括第二npn三极管q2、第三npn三极管q3、第四npn三极管q4、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5及第一电容c1，第二npn三极管q2的基极接第一npn三极管q1的发射极，第二npn三极管q2的集电极经串接的第三电阻r3后接输入电压v
in
，第三npn三极管q3的基极接第一npn三极管q1的发射极，第三npn三极管q3的集电极经串接的第四电阻r4后接所述输入电压v
in
，第四npn三极管q4的基极接第一npn三极管q1的发射极，第四npn三极管q4的集电极经串接的第五电阻r5后接输入电压v
in
，第一电容c1的一端接第二npn三极管q2的基极，第一电容c1的另一端接第二npn三极管q2的发射极，其中，第二npn三极管q2的发射极、第三npn三极管q3的发射极及第四npn三极管q4的发射极接在一起，作为第二级放大单元的输出端，输出供电电压v
out
。
[0049]
更详细地，如图2及图3所示，在本发明的一可选实施例中，抗辐射级联放大供电模块在图1的基础上增加了一级由第二npn三极管q2、第三npn三极管q3及第四npn三极管q4三者并联设置构成的第二级放大单元，且第一npn三极管q1、第二npn三极管q2、第三npn三极管q3及第四npn三极管q4的集电极对应串接了一个限流电阻，这可以有效避免伽马瞬时剂量率条件下光电流对第一npn三极管q1、第二npn三极管q2、第三npn三极管q3及第四npn三极管q4造成的损伤。同时，在第二级放大单元中，第二npn三极管q2、第三npn三极管q3及第四npn三极管q4三者并联扩流设置，每个npn三极管的发射极电流为每个npn三极管的基极电流为对应的，在第一级放大单元中，第一npn三极管q1的发射极电流为第一npn三极管q1的基极电流为采用两级放大后，在中子辐射后，尽管第一npn三极管q1、第二npn三极管q2、第三npn三极管q3及第四npn三极管q4的电流放大倍数(电流增益)β减小，但第一npn三极管q1的基极电流仍远小于第一电阻r1上流过的电流i
r1
，整个抗辐射级联放大供电模块的结构仍然比较稳定，能够在中子辐照条件下为后级负载如pwm控制器提供稳定的供电电压和供电电流。
[0050]
更详细地，如图2及图3所示，在本发明的一可选实施例中，采用两级放大、并联扩流、独立限流的方式设计了抗辐射级联放大供电模块，其具有较强的抗中子辐射和抗伽马辐射能力。可以理解的是，在本发明的其他可选实施例中，还可以采用三级或三级以上级联设置的放大供电结构，在此不再赘述。
[0051]
详细地，如图2及图4所示，在本发明的一可选实施例中，伽马瞬时剂量率保护模块包括下拉单元及充放电单元，下拉单元的一端接地，下拉单元的另一端接供电电压v
out
，充放电单元接下拉单元，在伽马瞬时剂量率辐照时充放电单元充电储能，在伽马瞬时剂量率辐照消除时充放电单元放电，通过充放电单元上储存的电压控制下拉单元的导通状态，实
现供电电压v
out
下拉与还原的切换控制：当充放电单元上储存的电压大于阈值时，下拉单元导通，供电电压v
out
被下拉到地；当充放电单元上储存的电压小于等于阈值时，下拉单元截止，供电电压v
out
还原。
[0052]
更详细地，如图2及图4所示，在本发明的一可选实施例中，下拉单元包括nmos管v1及第二电容c2，nmos管v1的源极接地，nmos管v1的漏极接供电电压v
out
，第二电容c2的一端接nmos管v1的源极，第二电容c2的另一端接nmos管v1的漏极。
[0053]
更详细地，如图2及图4所示，在本发明的一可选实施例中，充放电单元包括第五npn三极管q5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第三电容c3及第二稳压二极管d2，第五npn三极管q5的集电极经串接的第六电阻r6后接输入电压v
in
，第五npn三极管q5的基极接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端接地，第五npn三极管q5的发射极经串接的第七电阻r7后接地，第八电阻r8与第三电容c3并联，第二稳压二极管d2与第三电容c3并联，且第二稳压二极管d2的阳极接地，第三电容c3的非接地端与nmos管v1的栅极连接。其中，第二稳压二极管d2的稳定电压为vz。
[0054]
更详细地，如图2及图4所示的伽马瞬时剂量率保护模块的工作原理如下：
[0055]
1)、在伽马瞬时剂量率辐照时，第五npn三极管q5的集电极和基极之间的寄生二极管产生光电流，该光电流对第三电容c3充电，直到稳定到第二稳压管d2的稳压值vz，且当第三电容c3上储存的电压vz大于nmos管v1的栅源阈值电压v
gs(th)
(阈值)时，mnos管v1导通，将供电电压v
out
下拉到地，后级负载如pwm控制器停止工作，避免进入锁定；
[0056]
2)、在伽马瞬时剂量率辐照消除之后，光电流消失后，第三电容c3上存储的电荷通过第七电阻r7和第八电阻r8放电，当第三电容c3上储存的电压小于等于nmos管v1的栅源阈值电压v
gs(th)
(阈值)之后，nmos管v1截止，供电电压v
out
被还原，后级负载如pwm控制器重新开始工作。
[0057]
其中，伽马瞬时剂量率辐照时间一般为数十ns，辐照时第五npn三极管q5的集电极和基极之间的寄生二极管产生的光电流i
pp
一般在1～5a，通过调节设置第六电阻r6的电阻值可将第三电容c3的充电电流限定到合理范围，通过调节设置第七电阻r7和第八电阻r8的电阻值可将第三电容c3的放电时间限定到合理范围内。第三电容c3的充放电时间电压高于v
gs(th)
的时间需大于后级负载如pwm控制器不进入锁定的供电拉低最短时间，同时尽可能减小后级负载如pwm控制器的断电时间。
[0058]
需要说明的是，图2及图4仅给出了伽马瞬时剂量率保护模块的一种具体实施例，而伽马瞬时剂量率保护模块的具体结构还可以基于图2及图4做更多的变形和改进，在此不作限定。
[0059]
综上所述，在本发明提供的抗辐射加固辅助供电电路及方法中，通过抗辐射级联放大供电模块对输入电压进行级联放大，并向后级负载输出供电电压和供电电流，基于级联放大的结构设计，电流增益高，即使有中子辐射的影响，供电电流和供电电压依然很稳定，有效提高了其抗中子辐射能力；通过与抗辐射级联放大供电模块输出端连接的伽马瞬时剂量率保护模块，在伽马瞬时剂量率辐照时下拉供电电压，在伽马瞬时剂量率辐照消除时还原供电电压，能有效避免后级负载如pwm控制器在伽马瞬时剂量率辐照时的结构及功能失效问题。
[0060]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟
悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。