機載電子設備接口電路的雷電防護設計

林凱

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

機載電子設備接口電路的雷電防護設計

林凱

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

隨著對機載電子設備可靠性要求的提高，機載電子設備接口電路的雷電防護設計顯得越來越重要。本文介紹了機載電子設備接口電路的雷電防護設計，分析了其雷電防護方法，給出了計算公式并指出了設計中需注意的問題。

機載電子設備；雷電防護；瞬態抑制管

0 引言

機載產品在使用過程中，經常會遭受雷電襲擊。雷電襲擊通常分為直擊雷和間接類。由于機載電子設備大多安裝于飛機電子設備艙內，通常不會遭受直擊雷。而感應雷可對機載電子設備的信號接口上感應出電壓峰值高達50kV、電流峰值高達20KA的感應脈沖[1]，從而影響信號傳輸和采集，甚至造成產品損壞。因此現代機載電子設備在設計過程中，雷電防護設計已成為非常重要的一部分。

1 雷電防護要求

機載電子設備雷電防護要求主要依據《GJB2639-1996軍用飛機雷電防護》和《GJB3567-1999軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》，目前國內間接雷電防護試驗主要依據《RTCA DO-160G-2010 Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment》（以下簡稱DO-160G）中第23章的要求開展。根據DO-160G的要求，間接雷電防護試驗包括損傷容限試驗和功能受擾試驗。損傷容限試驗波形和電平等級如表1所示[2]，功能受擾試驗波形和電平等級如表2所示[2]。

表1 損傷容限試驗電平

表2 功能受擾試驗電平

2 機載電子設備接口電路的雷電防護設計

目前，機載電子設備接口電路的雷電防護設計通常采用氣體放電管、壓敏電阻和瞬態抑制管（TVS管）[3]。本文重點介紹TVS管的雷電防護設計。

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

圖1 TVS管雷電防護原理圖

需防護的信號從S_In進入到機載電子設備，通過TVS管接到產品殼地上，再由S_Out進入后端電路。當發生感應雷電響應時，較大的感應電流通過TVS管釋放到殼地上，從而實現對接口電路的雷電防護。

由表1可以看出，機載電子設備接口電路的雷電防護設計需能防護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，進行雷電防護設計。

當使用波形3時，開路電壓為600V和短路電流為24A，此時，

其中，ZS為源阻抗，VOC為開路電壓，ISC為短路電流。

此時，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3，波形3的試驗要求，選取的TVS管需耐受不小于29.005A的脈沖峰值電流。

當使用波形4時，開路電壓為300V和短路電流為60A，根據式1可得，

此時，TVS管所需的脈沖峰值電流為：

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

根據上訴計算，選取滿足相應技術指標的TVS管即可滿足設計要求。具體技術指標見表3。

表3 TVS管技術指標

3 結語

該電路已成功應用在實際工程項目中，并通過了多項試驗驗證，性能穩定，可靠性較高。

[1]周哲.雷電防護技術與發展[J].科技創新導報,2009(8):1-6.

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

[3]惠曉強等.機載計算機雷電防護研究[J].航空計算技術,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，研究方向嵌入式計算機。