一种用于空间应用的高精度、面积高效的自锁限流器

《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》：An Area-Efficient High-Precision Latching Current Limiter for Space Applications

　　摘要：本文提出了一种面积高效、高精度的闩锁式电流限制器（LCL）。该设计在片上集成了一款采用优先级投票衬底控制的pMOS功率晶体管，在消除反向阻断体二极管漏电流的同时减小了晶体管面积。电流传感放大器中采用斩波失调稳定技术实现高精度可编程电流限制，可消除放大器失调电压，在0.1–6 A范围内的精度优于4.2%。该LCL还集成了全面的智能功能，包括软启动、反向阻断和快速跳闸以抑制短路峰值电流，以及可编程电流限制定时和复位定时，确保安全工作区（SOA）的合规性。在1.7至5.5 V电压范围内工作，该LCL在3.3 V/6 A条件下导通电阻仅为28 mΩ，面积仅占6.56 mm2。该器件采用加固辐射的0.18 μm BCD工艺制造，整合了多种设计加固技术（RHBD），总电离剂量（TID）耐受能力达到300 krad(Si)，在线性能量转移（LET）为76.5 MeV·cm2/mg条件下具有抗单粒子闩锁（SEL）能力。I. 引言在恶劣的空间辐射环境中，电气功率系统（EPS）是航天器任务可靠性的基石。为确保卫星载荷的可靠运行，必须防止由单点故障引起的故障传播，例如由负载短路导致的过流事件。随着商业航天应用的兴起，分级辐射加固的概念已逐渐被接受[1]、[2]。在现代商业航天功率系统架构中，采用辐射加固器件与商用现货（COTS）器件的异构混合方案，对于对闩锁敏感的商业器件而言，有效防护高能粒子轰击引起的单粒子闩锁（SEL）至关重要[3]。此外，关键电子子系统通常依赖于冗余电源配置以提升任务鲁棒性[4]。在这些多样化且严苛的应用场景中，闩锁式电流限制器（LCL）已成为航天器功率管理与保护不可或缺的组件。