机载电子设备接口电路的雷电防护设计

林凯

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

机载电子设备接口电路的雷电防护设计

林凯

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

随着对机载电子设备可靠性要求的提高，机载电子设备接口电路的雷电防护设计显得越来越重要。本文介绍了机载电子设备接口电路的雷电防护设计，分析了其雷电防护方法，给出了计算公式并指出了设计中需注意的问题。

机载电子设备；雷电防护；瞬态抑制管

0 引言

机载产品在使用过程中，经常会遭受雷电袭击。雷电袭击通常分为直击雷和间接类。由于机载电子设备大多安装于飞机电子设备舱内，通常不会遭受直击雷。而感应雷可对机载电子设备的信号接口上感应出电压峰值高达50kV、电流峰值高达20KA的感应脉冲[1]，从而影响信号传输和采集，甚至造成产品损坏。因此现代机载电子设备在设计过程中，雷电防护设计已成为非常重要的一部分。

1 雷电防护要求

机载电子设备雷电防护要求主要依据《GJB2639-1996军用飞机雷电防护》和《GJB3567-1999军用飞机雷电防护鉴定试验方法》，目前国内间接雷电防护试验主要依据《RTCA DO-160G-2010 Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment》（以下简称DO-160G）中第23章的要求开展。根据DO-160G的要求，间接雷电防护试验包括损伤容限试验和功能受扰试验。损伤容限试验波形和电平等级如表1所示[2]，功能受扰试验波形和电平等级如表2所示[2]。

表1 损伤容限试验电平

表2 功能受扰试验电平

2 机载电子设备接口电路的雷电防护设计

目前，机载电子设备接口电路的雷电防护设计通常采用气体放电管、压敏电阻和瞬态抑制管（TVS管）[3]。本文重点介绍TVS管的雷电防护设计。

机载电子设备接口电路的雷电防护要求为3级，试验波形为波形3和波形4，根据DO-160G要求，确定试验波形和电压/电流等级，从而选取合适的TVS管，具体电路原理如图1所示。

图1 TVS管雷电防护原理图

需防护的信号从S_In进入到机载电子设备，通过TVS管接到产品壳地上，再由S_Out进入后端电路。当发生感应雷电响应时，较大的感应电流通过TVS管释放到壳地上，从而实现对接口电路的雷电防护。

由表1可以看出，机载电子设备接口电路的雷电防护设计需能防护600V开路电压和24A短路电流和300V开路电压和60A短路电流的波形冲击。以接口电路工作电压为±12V，接口芯片承受最大电压为±24V为例，进行雷电防护设计。

当使用波形3时，开路电压为600V和短路电流为24A，此时，

其中，ZS为源阻抗，VOC为开路电压，ISC为短路电流。

此时，TVS管所需的脉冲峰值电流为：

其中，VC为TVS管的最大钳位电压。

因此，为满足DO-160G中等级3，波形3的试验要求，选取的TVS管需耐受不小于29.005A的脉冲峰值电流。

当使用波形4时，开路电压为300V和短路电流为60A，根据式1可得，

此时，TVS管所需的脉冲峰值电流为：

因此，为满足DO-160G中等级3，波形4的试验要求，选取的TVS管需耐受不小于56.02A的脉冲峰值电流。

根据上诉计算，选取满足相应技术指标的TVS管即可满足设计要求。具体技术指标见表3。

表3 TVS管技术指标

3 结语

该电路已成功应用在实际工程项目中，并通过了多项试验验证，性能稳定，可靠性较高。

[1]周哲.雷电防护技术与发展[J].科技创新导报,2009(8):1-6.

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

[3]惠晓强等.机载计算机雷电防护研究[J].航空计算技术,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

林凯，男，1983年10月，硕士，工程师，研究方向嵌入式计算机。