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航空電子應(yīng)用中通信接口的防雷保護(hù)

發(fā)布時(shí)間：2020-12-28 16:29    發(fā)布者：eechina
關(guān)鍵詞： 雷擊 , 瞬態(tài) , 通信接口 , 航空器
作者：Richard Anslow，ADI公司

簡(jiǎn)介

噴氣客機(jī)遭受雷擊是常見現(xiàn)象，大約每1000飛行小時(shí)就會(huì)發(fā)生一次。DO-160G標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》是航空電子硬件的環(huán)境測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。許多飛機(jī)制造商將DO-160G第22節(jié)“雷擊感應(yīng)瞬態(tài)敏感性”指定為關(guān)鍵系統(tǒng)（如導(dǎo)航、雷達(dá)、通信、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、熱和空氣控制等）的要求。飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼和機(jī)尾飛行控制系統(tǒng)、翼尖、尾翼頂端、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和起落架是最有可能被雷電擊中的區(qū)域。

魯棒的通信端口

現(xiàn)代航空器采用電傳操縱系統(tǒng)進(jìn)行飛行控制。電傳操縱意味著飛控計(jì)算機(jī)輸入或飛行員手動(dòng)輸入以電氣方式傳輸?shù)娇刂骑w控執(zhí)行器的伺服電機(jī)。這些飛控系統(tǒng)的通信接口可以在RS-485物理層上實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制的通信接口也可以利用RS-485物理層實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)控制(FADEC)系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控溫度、壓力、燃油流量及其他參數(shù)。

本應(yīng)用筆記介紹ADI公司用于軍事及航空航天(MILA)電子設(shè)備的魯棒RS-485收發(fā)器。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發(fā)器，具有增強(qiáng)的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時(shí)可減少系統(tǒng)故障。



環(huán)境要求
雷電的間接影響

DO-160G第22節(jié)防雷標(biāo)準(zhǔn)模擬了直接雷擊浪涌通過飛機(jī)機(jī)身產(chǎn)生的磁場(chǎng)在航空電子設(shè)備中引起的瞬態(tài)電壓和電流。

表1顯示對(duì)于波形3和波形4/波形1，商業(yè)飛機(jī)通常需要DO-160G第22節(jié)的1級(jí)到4級(jí)防雷保護(hù)。飛機(jī)設(shè)備劃分為三類區(qū)域，每類區(qū)域都有相關(guān)的電磁兼容性(EMC)環(huán)境。最惡劣的EMC環(huán)境位于A類和B類區(qū)域，這是飛機(jī)中無環(huán)境控制的區(qū)域。

飛控電子設(shè)備位于A類和B類區(qū)域。這些區(qū)域的EMC環(huán)境惡劣，要求達(dá)到DO-160G第22節(jié)防雷級(jí)別3或級(jí)別4。

MILA環(huán)境的可靠性

ADI公司提供豐富的增強(qiáng)產(chǎn)品(EP)系列以支持軍事、航空航天和防務(wù)應(yīng)用。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發(fā)器，具有增強(qiáng)的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時(shí)可減少系統(tǒng)故障。ADM2795E-EP具有如下重要特性：

•        支持防務(wù)和航空航天應(yīng)用（AQEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證）。
•        工作溫度范圍：-55℃至+125℃。
•        引線框：為減輕錫須問題，ADM2795E-EP采用鎳/鈀/金(NiPdAu)引線框表面處理。
•        生產(chǎn)：通過單處理流程基線制造的增強(qiáng)產(chǎn)品。

表1.DO-160G第22節(jié)針對(duì)商業(yè)飛機(jī)的典型防雷要求
Equipment  CategoryInputs/Outputs CategoryDO-160G  Waveform 4/ Waveform 1DO-160G Waveform  3DO-160G Level
設(shè)備類別輸入/輸出類別DO-160G波形4/波形1DO-160G波形3DO-160G級(jí)別
Category  A: Critical EquipmentPower supply750 V, 150 A1500 V, 60 A
4
A類：關(guān)鍵設(shè)備電源750 V、150 A1500 V、60 A
　Signal: exposed area　　
　信號(hào)：裸露區(qū)域750 V, 150 A1500 V, 60 A
4
　　750 V、150 A1500 V、60 A
Category  B: Essential, Hazardous EquipmentSignal:  externally mounted (fuselage, wings)750 V, 150 A1500 V, 60 A
4
B類：基本且危險(xiǎn)的設(shè)備信號(hào)：外部安裝（機(jī)身、機(jī)翼）750 V、150 A1500 V、60 A
　Signal: belly  fairing (aircraft lower surface), radome (radar cover)　　
　信號(hào)：機(jī)腹整流罩（飛機(jī)下表面）、雷達(dá)天線罩300 V, 60 A600 V, 24 A
3
　　300 V、60 A600 V、24 A
Category  C: Essential, Major EquipmentSignal:  pressurized area (connection between two equipment bays, or between two decks  on a multi-deck aircraft)125 V, 25 A250 V, 10 A
2
C類：基本且重要的設(shè)備信號(hào)：加壓區(qū)域（兩個(gè)設(shè)備艙之間或多層飛機(jī)上兩層之間的連接）125 V、25 A250 V、10 A
　Signal:  electronics bay (on the same deck in a multi-deck aircraft)　　
　信號(hào)：電子艙（多層飛機(jī)中的同一層）Not applicable100 V, 4 A
1
　　不適用100 V、4 A

具有增強(qiáng)DO-160G EMC魯棒性的RS-485

ADM2795E-EP在RS-485總線引腳上集成了經(jīng)過全面認(rèn)證的DO-160G EMC保護(hù)，可提供第22節(jié)所述的防雷保護(hù)。ADM2795E-EP還提供第25節(jié)所述的±15 kV靜電放電(ESD)氣隙放電保護(hù)。對(duì)于第22節(jié)的防雷要求，ADM2795E-EP可防范波形3、波形4/波形1和波形5A：對(duì)GND2的測(cè)試，使用33 Ω或47 Ω限流電阻時(shí)可達(dá)到4級(jí)要求；對(duì)GND1的測(cè)試，隔離柵上可達(dá)到4級(jí)要求。

經(jīng)認(rèn)證的DO-160G EMC保護(hù)

表2詳細(xì)列出了開路電壓(VOC)和短路電流(ISC)，這是DO-160G第22節(jié)雷擊感應(yīng)瞬態(tài)敏感性標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)引腳注入測(cè)試的波形3、波形4/波形1和波形5A的規(guī)定。DO-160G 4級(jí)測(cè)試的峰值電流遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)浪涌IEC 61000-4-5峰值電流。DO-160G標(biāo)準(zhǔn)的波形形狀和上升/下降時(shí)間顯著長(zhǎng)于IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，如圖2所示。DO-160G第22節(jié)防雷標(biāo)準(zhǔn)涉及的能量非常高，所以ADM2795E-EP使用了外部33 Ω或47 Ω的A引腳和B引腳總線限流電阻來進(jìn)行相對(duì)于GND2的測(cè)試。除了ADM2795E-EP集成EMC保護(hù)電路以外，還需要這些電阻。但是，當(dāng)相對(duì)于GND1進(jìn)行測(cè)試時(shí)，無需限流電阻。ADM2795E-EP iCoupler隔離技術(shù)保護(hù)器件免受這些極端瞬變影響。


圖2.DO-160G第22節(jié)波形1和波形5A及IEC61000-4-5浪涌波形

DO-160G ADM2795E-EP測(cè)試詳情

對(duì)于RS-485總線側(cè)(GND2)測(cè)試，A和B總線引腳上均額外增加一個(gè)33 Ω或47 Ω限流電阻。DO-160G第22節(jié)測(cè)試一次在一個(gè)引腳上執(zhí)行；測(cè)試不是在共模下進(jìn)行。表3和表4是ADM2795E-EP認(rèn)證測(cè)試結(jié)果摘要。

表2.DO-160G第22節(jié)引腳注入級(jí)別4和級(jí)別3與IEC 61000-4-5雷擊級(jí)別4和級(jí)別3的比較
LevelDO-160G Waveform  3DO-160G Waveform  4/Waveform 1DO-160G Waveform  5AIEC 61000-4-5
級(jí)別DO-160G波形3DO-160G波形4/波形1DO-160G波形5AIEC 61000-4-5
4
1500 V, 60 A750 V, 150 A750 V, 750 A4000 V, 49 A
1500 V、60 A750 V、150 A750 V、750 A4000 V、49 A
3
600 V, 24 A300 V, 60 A300 V, 300 A2000 V, 24.5 A
600 V、24 A300 V、60 A300 V、300 A2000 V、24.5 A

表3.DO-160G第22節(jié)引腳注入級(jí)別4認(rèn)證測(cè)試結(jié)果
Testing to  GNDxCurrent Limiting  Resistor on A and B PinsDO-160G Waveform  3; 1500 V, 60 ADO-160G Waveform  4/ Waveform 1; 750 V, 150 ADO-160 Waveform  5A; 750 V ,750 A
相對(duì)于GNDx測(cè)試A和B引腳上的限流電阻DO-160G波形3；1500 V、60  ADO-160G波形4/波形1；750 V、150 ADO-160波形5A；750 V、750  A
GND1NonePassPassPass
GND1無通過通過通過
GND247 Ω or 33 ΩPass with 47 ΩPass with 33 ΩPass with 33 Ω
GND247 Ω或33 Ω使用47 Ω時(shí)通過使用33 Ω時(shí)通過使用33 Ω時(shí)通過

表4.DO-160G第22節(jié)引腳注入級(jí)別3認(rèn)證測(cè)試結(jié)果
Testing to  GNDxCurrent  Limiting Resistor on A and B PinsDO-160G Waveform  3; 600 V, 24 ADO-160G Waveform  4/ Waveform 1; 300 V, 60 ADO-160 Waveform  5A; 300 V ,300 A
相對(duì)于GNDx測(cè)試A和B引腳上的限流電阻DO-160G波形3；600 V、24  ADO-160G波形4/波形1；300 V、60 ADO-160波形5A；300 V、300  A
GND1NonePassPassPass
GND1無通過通過通過
GND233 ΩPassPassPass
GND233 Ω通過通過通過

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