Способ испытаний источников вторичного электрического питания радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения моделирующих установок Российский патент 2021 года по МПК G21K5/00 G01R31/26 G01R23/06 

Изобретение относится к области испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на стойкость к воздействию высокоинтенсивного импульсного гамма-излучения (ИГИ) моделирующих установок (МУ).

МУ являются источниками ионизирующего излучения, имеющего единую (близкую) физическую природу и характеристики с радиационными факторами, воздействующими в реальных условиях эксплуатации. Недостатком МУ является малый размер зоны облучения (по допустимой неравномерности), как правило, не позволяющий полностью облучить РЭА. Этот недостаток усугубляется при увеличении уровня (амплитуды) ИГИ из-за физических особенностей МУ. Указанные обстоятельства вынуждают проводить испытания РЭА поблочно.

Среди большой номенклатуры блоков РЭА важное значение имеют источники вторичного электрического питания (ИВЭП), предназначенные для преобразования входной электрической энергии в напряжения и токи, необходимые для питания РЭА. Особенностью ИВЭП является то, что от его работы зависит функционирование всех блоков в составе РЭА.

Работоспособность ИВЭП при воздействии ИГИ определяется изменением выходного напряжения по амплитуде ΔU и длительности τ. Воздействие ИГИ на РЭА приводит к существенному увеличению электрической проводимости и скачкообразному возрастанию токов потребления блоков РЭА. Это обстоятельство оказывает значительное влияние на параметры ΔU и τ выходного напряжения ИВЭП [1, 2]. В соответствии с ГОСТ [3] поблочные радиационные испытания РЭА должны проводиться в функциональной взаимосвязи между блоками.

Известен способ испытаний интегральных микросхем (ИМС) на стойкость к воздействию гамма-излучения [4], основанный на облучении ИМС, определении необходимой для испытаний дозы излучения, отжиге ИМС после облучения при температуре 400°С в течение одного часа, контроле выбранных параметров объекта испытаний и получении экспериментальной зависимости вероятности отказа от дозы гамма-излучения. Однако способ не может быть применим при испытаниях ИВЭП на стойкость к воздействию ИГИ.

Известен также способ испытаний ИМС [5], основанный на измерении амплитудно-временной характеристики (АВХ) импульсного электрического тока в цепи питания пробного образца из партии однотипных интегральных микросхем при воздействии ИГИ. Для реализации способа подают на подложку каждой из исследуемых ИМС импульсное напряжение и подбирают амплитуду, форму и длительность таким образом, чтобы параметры тока в цепи питания ИМС совпадали с АВХ тока в цепи питания пробного образца, зарегистрированного при воздействии ИГИ. Однако, в отличие от ИМС, имеющих небольшие размеры, не все блоки РЭА могут быть размещены в поле излучения с допустимой пространственной неравномерностью распределения параметров.

Наиболее близкое техническое решение предложено в способе испытаний ИВЭП на стойкость к воздействию ИГИ [6] - прототипе предлагаемого изобретения, в котором приведены виды радиационного воздействия и схемы измерений электрических параметров ИВЭП при испытаниях. Способ предусматривает облучение ИВЭП на МУ и измерение АВХ напряжения на нагрузочных резисторах с заданным сопротивлением, включенных вместо блоков РЭА в выходную электрическую цепь ИВЭП. Однако, данный способ не позволяет создать условия испытаний, соответствующие реальному функционированию ИВЭП с другими блоками в составе РЭА, поскольку нагрузочные резисторы не способны воспроизводить ионизационные эффекты от всех блоков РЭА при воздействии ИГИ, влияющие на выходное напряжение ИВЭП.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в учете влияния на выходное напряжение ИВЭП возрастающих токов потребления подключенных блоков РЭА при воздействии ИГИ. Это позволяет оценить радиационную стойкость ИВЭП в реальных условиях воздействия излучений и повысить достоверность результата испытаний.

Технический результат достигается за счет поочередного облучения блоков РЭА импульсом гамма-излучения на предварительном этапе проведения испытаний и измерения АВХ тока потребления и напряжения питания каждого блока, по результатам измерений этих параметров рассчитывают АВХ радиационной электрической проводимости G1_i. Затем для каждого облученного блока РЭА подбирают малогабаритную полупроводниковую модель с АВХ радиационной электрической проводимости G2_i, адекватной значению G1_i. Далее в выходную электрическую цепь ИВЭП параллельно нагрузочным резисторам дополнительно подключают полупроводниковые модели и облучают их импульсом гамма-излучения с заданными параметрами. По степени изменения АВХ выходного напряжения ИВЭП оценивают радиационную стойкость источника питания. Показатель стойкости при этом будет соответствовать случаю, когда ИВЭП облучается совместно с блоками РЭА, для электропитания которых он предназначен.

Существенным отличительным признаком заявляемого изобретения является включение в электрическую цепь ИВЭП малогабаритных полупроводниковых моделей, размещаемых совместно с ИВЭП и нагрузочными резисторами в зоне облучения и имеющих АВХ радиационной электрической проводимости, адекватные АВХ радиационной электрической проводимости блоков РЭА.

Проверка способа проведена на МУ Транс-4-1. Радиационная электрическая проводимость блоков РЭА оценивалась с помощью малогабаритных моделей, построенных на базе обратно смещенных полупроводниковых диодов 1N5404. АВХ радиационной электрической проводимости блоков РЭА и диодов определялись экспериментально по АВХ напряжения и тока.

На фиг. 1 представлен общий вид малогабаритных полупроводниковых моделей, построенных на базе обратно смещенных диодов 1N5404.

На фиг. 2 представлены АВХ радиационной электрической проводимости G обратно смещенного полупроводникового диода 1N5404 при воздействии ИГИ с различным уровнем Р_х: 1-Р_х=2,4⋅10⁹ Р/с, 2-Р_х=5,3⋅10⁹ Р/с, 3-Р_х=7,5⋅10⁹ Р/с, 4-Р_х=1,2-10¹⁰Р/с, 5-Р_х=1,9⋅10¹⁰Р/с.

На фиг. 3 представлены АВХ радиационной электрической проводимости G моделей в зависимости от количества параллельно включенных диодов 1N5404 (где 1, 2, 3, 4 - соответственно количество диодов) при воздействии ИГИ с уровнем Р_х=5,8⋅10⁹ Р/с.

На фиг. 4 представлена АВХ радиационной электрической проводимости G блока РЭА (электронного модуля Ethernet RTL8139) и диода 1N5404 при воздействии ИГИ с уровнем Р_х=1,6⋅10¹⁰ Р/с, где 1 - модуль RTL8139, 2 - малогабаритная полупроводниковая модель.

На фиг. 5 представлена схема проведения радиационных испытаний ИВЭП. На первом (предварительном) этапе (фиг. 5а) определяют радиационную электрическую проводимость подключенных к ИВЭП блоков РЭА. На втором этапе (фиг. 5б) определяют стойкость ИВЭП к воздействию ИГИ с учетом полученной радиационной реакции блоков РЭА, которую воспроизводят с помощью малогабаритных полупроводниковых моделей. Обозначения: Осц - осциллограф, R_ш - токоизмерительный шунт, D₁…D₃ - модели радиационной электрической проводимости блоков, R_э - эквивалентное сопротивление нагрузки ИВЭП для задания тока потребления до облучения.

Таким образом, заявляемый способ испытаний ИВЭП на стойкость к воздействию ИГИ позволяет при облучении ИВЭП с малогабаритными моделями и нагрузочными резисторами оценить радиационную стойкость ИВЭП в реальных условиях воздействия излучений и повысить достоверность результата испытаний.

Источники информации

1. Д.А. Ноздрин, В.М. Олухов, Ю.С. Чертов, В.А. Ежов, П.А. Харитонов, С.Ю. Малков, В.В. Гончаров, А.В. Коротков, В.А. Минко «Экспериментальное исследование стойкости вторичного источника питания к действию ИИ». Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2004», Выпуск №7. - М.: МИФИ, 2004, стр. 23-24.

2. Е.Ю. Бахматов, С.В. Вдовин, Д.Н. Есипов, Д.В. Койнов, С.В. Силюнцев, Ю.Н. Стрелков, С.С Улькин, М.К. Шалай «О влиянии полноты облучения на показатели радиационной стойкости радиоэлектронной аппаратуры». Научно-технический сборник «Известия №283» - «Проблемы совершенствования боевого оснащения ракет и исследования стойкости ракетно-космической техники к поражающему действию ЯО, оружия на НФП, ядерной и радиационной безопасности ЯО».

3. ГОСТ РВ 20.57.415-98. КСКК. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические военного назначения. Методы оценки соответствия требованиям стойкости к воздействию ионизирующих и электромагнитных излучений.

4. В.Д. Попов, Д.И. Онопко и др. Способ ускоренных испытаний интегральных микросхем на пластике. Патент РФ на изобретение №2005308, 1993.

5. Ю.И. Новоселов, А.В. Анисимов, Д.В. Койнов «Способ моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на интегральные микросхемы на комплементарных структурах «металл-окисел-полупроводник». Патент РФ на изобретение №2174691, 2000.

6. Источники вторичного электропитания унифицированные в модульном исполнении. Модули серии «МДМ». Технические условия. БКЯЮ.436630.028ТУ.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к испытаниям радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию импульсного гамма-излучения. Технический результат заключается в учете влияния на выходное напряжение источника вторичного электрического питания (ИВЭП) возрастающих токов потребления подключенных блоков радиоэлектронной аппаратуры при воздействии импульсного гамма-излучения. Достигается тем, что производится поочерёдное облучение блоков радиоэлектронной аппаратуры импульсом гамма-излучения и измерение амплитудно-временных характеристик (АВХ) тока потребления и напряжения питания каждого блока. По результатам измерений этих параметров рассчитывают АВХ электрической проводимости G1i, затем подбирают для каждого облученного блока малогабаритную полупроводниковую модель с амплитудно-временной характеристикой радиационной электрической проводимости G2i, адекватной значению G1i. Далее в выходную электрическую цепь ИВЭП параллельно нагрузочным резисторам дополнительно подключают малогабаритные полупроводниковые модели и облучают их импульсом гамма-излучения с заданными параметрами. По степени изменения АВХ выходного напряжения ИВЭП оценивают радиационную стойкость источника питания. 5 ил.

Способ испытаний источников вторичного электрического питания радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения моделирующих установок, основанный на измерении амплитудно-временной характеристики выходного напряжения источника вторичного электрического питания с нагрузочными резисторами, включенными в электрическую цепь вместо блоков радиоэлектронной аппаратуры при облучении их импульсом гамма-излучения, отличающийся тем, что на предварительном этапе проведения испытаний каждый блок радиоэлектронной аппаратуры поочередно облучают импульсом гамма-излучения, при этом измеряют амплитудно-временные характеристики тока потребления и напряжения питания каждого блока, по результатам измерений этих параметров рассчитывают амплитудно-временную характеристику радиационной электрической проводимости G1_i, затем подбирают для каждого облученного блока малогабаритную полупроводниковую модель с амплитудно-временной характеристикой радиационной электрической проводимости G2_i, адекватной значению G1_i, далее в выходную электрическую цепь источника вторичного электрического питания параллельно нагрузочным резисторам дополнительно подключают малогабаритные полупроводниковые модели и облучают их импульсом гамма-излучения с заданными параметрами и по степени изменения амплитудно-временной характеристики выходного напряжения источника вторичного электрического питания оценивают его радиационную стойкость.