林凱

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安，710065）

機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

林凱

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安，710065）

隨著對(duì)機(jī)載電子設(shè)備可靠性要求的提高，機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)顯得越來(lái)越重要。本文介紹了機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)，分析了其雷電防護(hù)方法，給出了計(jì)算公式并指出了設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題。

機(jī)載電子設(shè)備；雷電防護(hù)；瞬態(tài)抑制管

0 引言

機(jī)載產(chǎn)品在使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遭受雷電襲擊。雷電襲擊通常分為直擊雷和間接類。由于機(jī)載電子設(shè)備大多安裝于飛機(jī)電子設(shè)備艙內(nèi)，通常不會(huì)遭受直擊雷。而感應(yīng)雷可對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的信號(hào)接口上感應(yīng)出電壓峰值高達(dá)50kV、電流峰值高達(dá)20KA的感應(yīng)脈沖[1]，從而影響信號(hào)傳輸和采集，甚至造成產(chǎn)品損壞。因此現(xiàn)代機(jī)載電子設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中，雷電防護(hù)設(shè)計(jì)已成為非常重要的一部分。

1 雷電防護(hù)要求

機(jī)載電子設(shè)備雷電防護(hù)要求主要依據(jù)《GJB2639-1996軍用飛機(jī)雷電防護(hù)》和《GJB3567-1999軍用飛機(jī)雷電防護(hù)鑒定試驗(yàn)方法》，目前國(guó)內(nèi)間接雷電防護(hù)試驗(yàn)主要依據(jù)《RTCA DO-160G-2010 Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment》（以下簡(jiǎn)稱DO-160G）中第23章的要求開展。根據(jù)DO-160G的要求，間接雷電防護(hù)試驗(yàn)包括損傷容限試驗(yàn)和功能受擾試驗(yàn)。損傷容限試驗(yàn)波形和電平等級(jí)如表1所示[2]，功能受擾試驗(yàn)波形和電平等級(jí)如表2所示[2]。

表1 損傷容限試驗(yàn)電平

表2 功能受擾試驗(yàn)電平

2 機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

目前，機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)通常采用氣體放電管、壓敏電阻和瞬態(tài)抑制管（TVS管）[3]。本文重點(diǎn)介紹TVS管的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)。

機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)要求為3級(jí)，試驗(yàn)波形為波形3和波形4，根據(jù)DO-160G要求，確定試驗(yàn)波形和電壓/電流等級(jí)，從而選取合適的TVS管，具體電路原理如圖1所示。

圖1 TVS管雷電防護(hù)原理圖

需防護(hù)的信號(hào)從S_In進(jìn)入到機(jī)載電子設(shè)備，通過(guò)TVS管接到產(chǎn)品殼地上，再由S_Out進(jìn)入后端電路。當(dāng)發(fā)生感應(yīng)雷電響應(yīng)時(shí)，較大的感應(yīng)電流通過(guò)TVS管釋放到殼地上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接口電路的雷電防護(hù)。

由表1可以看出，機(jī)載電子設(shè)備接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)需能防護(hù)600V開路電壓和24A短路電流和300V開路電壓和60A短路電流的波形沖擊。以接口電路工作電壓為±12V，接口芯片承受最大電壓為±24V為例，進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計(jì)。

當(dāng)使用波形3時(shí)，開路電壓為600V和短路電流為24A，此時(shí)，

其中，ZS為源阻抗，VOC為開路電壓，ISC為短路電流。

此時(shí)，TVS管所需的脈沖峰值電流為：

其中，VC為TVS管的最大鉗位電壓。

因此，為滿足DO-160G中等級(jí)3，波形3的試驗(yàn)要求，選取的TVS管需耐受不小于29.005A的脈沖峰值電流。

當(dāng)使用波形4時(shí)，開路電壓為300V和短路電流為60A，根據(jù)式1可得，

此時(shí)，TVS管所需的脈沖峰值電流為：

因此，為滿足DO-160G中等級(jí)3，波形4的試驗(yàn)要求，選取的TVS管需耐受不小于56.02A的脈沖峰值電流。

根據(jù)上訴計(jì)算，選取滿足相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的TVS管即可滿足設(shè)計(jì)要求。具體技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 TVS管技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

該電路已成功應(yīng)用在實(shí)際工程項(xiàng)目中，并通過(guò)了多項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，可靠性較高。

[1]周哲.雷電防護(hù)技術(shù)與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009(8):1-6.

[2]RTCA/DO-160G-2010, Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment [S].2004.

[3]惠曉強(qiáng)等.機(jī)載計(jì)算機(jī)雷電防護(hù)研究[J].航空計(jì)算技術(shù),2011(1):1-5.

Lightning Protection Design of Interface Circuit for Airborne Electronic Equipment Interface Circuit

Lin Kai
(Aeronautical Computing Technology Research Institute，Xi'an Shaanxi，710065)

With the improvement of the reliability of airborne electronic equipment, the lightning protection design of the interface circuit for the airborne electronic equipment is becoming more and more important. This paper introduces the lightning protection design of the interface circuit for the airborne electronic equipment, analyzes the lightning protection method, gives the calculation formula and points out the problems that should be paid attention to in the design.

Airborne electronic equipment; Lightning protection; TVS

林凱，男，1983年10月，碩士，工程師，研究方向嵌入式計(jì)算機(jī)。