CN106841866A - 脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法及装置，方法包括：获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值；获取作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流；以输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以输入灌电流作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；基于系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；利用无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。本发明能够实现在对脉冲宽度调制器无损坏的前提下，进行对元器件准确、高效的抗辐照能力的测试筛选。

Description

脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法及装置

技术领域

本发明涉及电子电器技术领域，具体而言，涉及一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法及装置。

背景技术

脉冲宽度调制器是现代开关电源的重要组成部分，应用于空间辐射环境中的脉冲宽度调制器(PWM)，在空间带电粒子和各种射线的作用下，其性能会发生明显变化，包括输出脉冲的缺失、变形，时针控制的闩锁和控制环路的瞬变；因此如何对应用于空间环境中的脉冲宽度调制器进行抗辐照能力的测试，进而筛选出抗辐照能力强的脉冲宽度调试器进行使用具有十分重要的意义。

现有技术中，对航天用脉冲宽度调制器的抗辐照能力的测试和筛选的方式主要有两种，包括：“辐照-退火”方法和多元回归分析法；其中，辐照-退火筛选方法具体过程如图1所示，首先对待筛选器件进行额定剂量的辐照；然后选择一种或者几种灵敏电参数，在两小时内完成测量，筛选掉不符合要求的器件；接着进行50％额定剂量的辐照；接着加压退火后再次进行电测试；最后筛选出合适的器件；这种方法具有检测成本高、检测时间长和对器件本省具有一定的破坏性的缺陷；并且由于采用大剂量率试验来等效空间低剂量率辐照环境的方法，模拟结果往往不准确。现有技术中的多元回归分析方法可以避免对待筛选脉冲宽度调制器的损伤，此种筛选方法的关键是选取辐照前的敏感参数，对辐照后器件性能参数进行预估。前者的敏感参数称为信息参数，想要预估的辐照后器件性能参数称为辐射性能参数。即对同一工艺制造出来的器件，通过对一定数量随机样品进行辐照试验，找出信息参数和辐射性能参数之间的函数关系，进而实现对未辐照器件的筛选，但是现有技术中的回归分析法忽视了辐照与PWM器件内部的缺陷的关系，导致回归预测方程不够准确，最终影响脉冲宽度调制器的筛选的准确性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法及装置，以解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法，包括：

获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值；

获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流；

以所述输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以所述输入灌电流作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；

基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：

所述获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器的15Hz噪声点频值包括：

采集脉冲宽度调制器输出端的输出信号；

对所述输出信号进行滤波，得到低频噪声电压功率谱图形；

基于所述低频噪声电压功率谱图形，提取低频噪声电压功率谱的15Hz噪声点频值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：

所述利用所述无损筛选回归预测方程，测试单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批脉冲宽度调制器进行筛选，包括：

获取待筛选脉冲宽度调制器的输出占空比和15Hz噪声点频值；

基于所述输出占空比和15Hz噪声点频值，利用所述回归预测方程，得到此脉冲宽度调制器的输入灌电流预测值；

将所述输入灌电流预测值和此批脉冲宽度调制器的输入灌电流容限进行比较，如果所述预测值在此类脉冲宽度调制器的输入灌电流容限之内，则认为此脉冲宽度调制器为合格产品；反之，如果所述预测值不在此类脉冲宽度调制器的输入灌电流容限之内，则认为此脉冲宽度调制器为不合格产品。

第二方面，本发明实施例提供了一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选装置，包括：

第一获取单元，获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值脉冲宽度调制器；

第二获取单元，用于获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流脉冲宽度调制器；

线性回归方程建立单元，用于以所述输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以所述输入灌电流作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程为，并计算线性回归方程中的系数向量脉冲宽度调制器；

无损筛选回归预测方程建立单元，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。

本发明实施例所提供的方法以及装置，能够实现在对脉冲宽度调制器无损坏的前提下，进行对脉冲宽度调制器抗辐照能力进行检验，进而实现准确、高效的筛选出抗辐照能力强的脉冲宽度调制器元器件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了现有技术中“辐照-退火”方法流程示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法的方法流程示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的15Hz噪声点频值B的测量系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施例进行对本发明技术方案的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例提供了一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法，包括如下步骤：

S201、获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比D和15Hz噪声点频值Sv(15Hz)；；

对于大量同一工艺制造出来的PWM器件，其参数服从一定的统计分布，子样的个体与母体具有相同的分布规律。对子样进行回归分析，从中得到的概率结论可以推广到母体。在实际应用中，随机子样的个数可视母本的样品数和要求的精度来确定子样数，一般在20～30个之间；

测量这些随机子样脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比D和15Hz噪声点频值Sv(15Hz)，并记录测试条件；

进一步的，通过采集样品输出方波并存储，设置高电平阈值，利用Excel表格中的数值统计工具准确计算输出占空比D；测试样品低频噪声电压功率谱，提取15Hz噪声点频值。

通过示波器采集样品输出方波时，要通过调节测试电路中的滑动变阻器的阻值来调整采样电压即FB端口的输入，当采样电压符合FB端的输入范围时，才能得到稳定输出的方波。

测试PWM输出电压的低频噪声点频值时应注意，由于输出方波的高电平值已经超出了噪声采集系统的容限，所以需在输出管脚后串接一个RC直流滤波器，滤去直流信号，只将有用的交流信号送入测试系统。

本发明对低频噪声点频值的测试采用如图3所示的系统，该系统包括：电源、PWM器件适配器、偏置器、低噪声前置放大器、RC滤波器和数据采集与分析系统。其中，PWM器件适配器和偏置器主要是根据待测器件噪声测试的具体要求，提供偏置条件、负载条件，使之处于相应的测试状态；待测的噪声信号经过前置放大器和数据采集卡被送至数据采集与分析系统的微机进行数据的分析处理、存储和打印输出；数据采集卡采用DAQ2010数据采集卡，其最大采样速率为2MHz，量化精度为14bit，以实现信号实时、快速、准确的采集，并保证较大的频率范围和测试精度。

S202、获取作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流Icc；

需要说明的是，上述辐照实验的辐照的剂量率和总剂量要根据具体脉冲宽度调制器件额定辐照剂量来设定，为了模拟空间辐照环境，优选地，剂量率设置在50到300rad(Si)/s之间，且要限制在辐照后两个小时之内完成测量，以免器件退火严重影响测试结果；对该辐照后的随机子样输入灌电流Icc采用现有技术中的常规手段进行即可。

S203、以上述输出占空比D和15Hz噪声点频值Sv(15Hz)作为信息参数，以输入灌电流Icc作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程为，并计算线性回归方程中的系数向量；

以输出占空比D和低频噪声15Hz的点频值Sv(15Hz)为信息参数，选输入灌电流Icc为辐照性能参数，采用线性回归法，建立D，Sv(15Hz)和Icc之间的线性回归方程为

其中，X是由辐照前的输出占空比D和低频噪声15Hz点频值Sv(15Hz)的测量值构成的已知常数矩阵；

是残差；

和X为实测值。

对系数向量的估计按如下步骤进行：

步骤1、将多元线性回归方程进一步展开为

其中，Icc₁、Icc₂、...、Icc_n为第1、2、...、n个随机子样的辐照后输入灌电流的值；

D1、D2、...、Dn为第1、2、...、n个随机子样的辐照前输出占空比；

Sv(15Hz)₁、Sv(15Hz)₂、...、Sv(15Hz)_n为第1、2、...、n个随机子样的辐照前低频噪声15Hz的点频值；

β₀、β₁、β₂分别为常数项、输出占空比的系数和低频噪声15Hz点频值的系数；

ε₁、ε₂、...、ε_n为第1、2、...、n个随机子样线性回归方程的残差；

步骤2、利用最小二乘估计法估计出信息参数的系数向量为：

其中，X^l为X的转置矩阵；

S204、基于上述系数向量，建立所述信息参数D、Sv(15Hz)和辐照性能参数Icc之间的无损筛选回归预测方程。

在给定的1-α置信度下，待筛选PWM器件信息参数向量其中D_k和Sv(15Hz)_k分别为待筛选器件的输出占空比和低频噪声15Hz的点频值，则其辐照后输入灌电流的无损筛选回归预测方程为：

其中，t(1-α/2，(n-3))是自由度为n-3，分位点为1-α/2的t分布，

MSE定义如下：

其中，SSE为方差平方和，为残差

S205、利用上述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。

首先，采集并计算待筛选器件的输出占空比D和低频噪声15Hz点频值Sv(15Hz)，实施方法与S201步相同，把这两个参数带入回归预测方程，得到此器件的输入灌电流预测值；然后，查找器件说明书，确定此类PWM器件的输入灌电流容限；将输入灌电流预测值和此批器件的输入灌电流容限进行比较，如果此预测值在此批器件的输入灌电流容限之内，则认为此器件通过筛选，为合格产品；反之，如果得到的预测值落在此批器件的输入灌电流容限之外，则认为此器件没有通过筛选，被剔除掉。

示例性的，对于商用级PWM器件UC3842，输入灌电流容限为12-17mA。那么，首先采集待筛选器件的输出脉冲波形，测试低频噪声电压功率谱。按照PWM器件说明书和第二步中的说明，对测试电路作如下设置：

Vin＝15V，RT＝10K，CT＝0.3nf；

滑阻R1的阻值分配为：4.7KΩ和0.3KΩ；

滑阻R2的阻值分配为：0.5KΩ和0.5KΩ；

低频噪声测试的滤波装置设置如下：R＝1KΩ，C＝0.15μF；

对存储的输出脉冲数据在Excel表格中进行统计，设置高电平阈值为13.5V，计算占空比D的值；计算机软件提取噪声电压功率谱在15Hz的点频值。

把待筛选器件的输出占空比和低频噪声的点频值值带入回归预测方程，得到其输入灌电流的预测值。如果输入灌电流的预测值在12-17mV这个范围之内，则认为该器件符合要求，可以被选用；如果输入灌电流的预测值超出12-17mV这个范围，则认为该器件不符合要求，被筛选掉。

本发明实施例所提供的筛选方法选用PWM器件辐照前的低频噪声15Hz的点频值和占空比作为辐照敏感参数即信息参数，选用辐照后的输入灌电流作为辐照退化参数即辐照性能参数，通过对一定数量样品进行辐照试验，找出信息参数和辐照性能参数之间的函数关系，这个函数关系也适用于同批其他器件，进而实现对未辐照器件抗辐照能力的筛选，与现有的筛选方法相比，其具有以下优点：

1、筛选出来的器件是未经过辐照的，属于“无损筛选”，因此筛选过程不会减少器件寿命；

2、将传统电参量与低频噪声参量相结合，既反映了器件内部缺陷在器件筛选中的评价作用，又提高了筛选的准确度；

3、只需测量待筛选器件的三个参数，筛选周期短，方法简单，易于使用。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选装置，包括：

第一获取单元410，用于获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值；

第二获取单元420，用于获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流；

线性回归方程建立单元430，用于以所述输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以所述输入灌电流作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程为，并计算线性回归方程中的系数向量脉冲宽度调制器；

无损筛选回归预测方程建立单元440，基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元450、用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法，其特征在于，包括：

获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值；

获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流；

以所述输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以所述输入灌电流作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程，并计算线性回归方程中的系数向量；

基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法，其特征在于，所述获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器的15Hz噪声点频值包括：

采集脉冲宽度调制器输出端的输出信号；

对所述输出信号进行滤波，得到低频噪声电压功率谱图形；

基于所述低频噪声电压功率谱图形，提取低频噪声电压功率谱的15Hz噪声点频值。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选方法，其特征在于，所述利用所述无损筛选回归预测方程，测试单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批脉冲宽度调制器进行筛选，包括：

获取待筛选脉冲宽度调制器的输出占空比和15Hz噪声点频值；

基于所述输出占空比和15Hz噪声点频值，利用所述回归预测方程，得到此脉冲宽度调制器的输入灌电流预测值；

将所述输入灌电流预测值和此批脉冲宽度调制器的输入灌电流容限进行比较，如果所述预测值在此类脉冲宽度调制器的输入灌电流容限之内，则认为此脉冲宽度调制器为合格产品；反之，如果所述预测值不在此类脉冲宽度调制器的输入灌电流容限之内，则认为此脉冲宽度调制器为不合格产品。

4.一种脉冲宽度调制器抗辐照能力无损筛选装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，获取作为随机子样的脉冲宽度调制器辐照前的输出占空比和15Hz噪声点频值脉冲宽度调制器；

第二获取单元，用于获取所述作为随机子样的脉冲宽度调制器经过辐照后的输入灌电流脉冲宽度调制器；

线性回归方程建立单元，用于以所述输出占空比和15Hz噪声点频值作为信息参数，以所述输入灌电流作为辐照性能参数，采用线性回归法建立多元线性回归方程为，并计算线性回归方程中的系数向量脉冲宽度调制器；

无损筛选回归预测方程建立单元，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；

测试单元，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个脉冲宽度调制器的抗辐照性能，对同批其他脉冲宽度调制器进行筛选。