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    航空電子應用中通信接口的防雷保護
    


    
    
    
發布時間：2020-12-28 16:29    
發布者：eechina

    


    

    


    關鍵詞：
    雷擊    , 瞬態    , 通信接口    , 航空器
    


    
 

    

    
作者：Richard Anslow，ADI公司
    

    
簡介
    

    
噴氣客機遭受雷擊是常見現象，大約每1000飛行小時就會發生一次。DO-160G標準《機載設備的環境條件和試驗程序》是航空電子硬件的環境測試標準。許多飛機制造商將DO-160G第22節“雷擊感應瞬態敏感性”指定為關鍵系統（如導航、雷達、通信、發動機控制、熱和空氣控制等）的要求。飛機機身、機翼和機尾飛行控制系統、翼尖、尾翼頂端、發動機艙和起落架是最有可能被雷電擊中的區域。
    

    
魯棒的通信端口
    

    
現代航空器采用電傳操縱系統進行飛行控制。電傳操縱意味著飛控計算機輸入或飛行員手動輸入以電氣方式傳輸到控制飛控執行器的伺服電機。這些飛控系統的通信接口可以在RS-485物理層上實現。飛機發動機管理控制的通信接口也可以利用RS-485物理層實現。飛機發動機上安裝的全權數字式發動機控制(FADEC)系統負責監控溫度、壓力、燃油流量及其他參數。
    

    
本應用筆記介紹ADI公司用于軍事及航空航天(MILA)電子設備的魯棒RS-485收發器。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發器，具有增強的魯棒性，適用于傳感器、飛控執行器和發動機控制，在MILA航空電子等惡劣應用環境中工作時可減少系統故障。
    

    









    

    
環境要求
    
雷電的間接影響
    

    
DO-160G第22節防雷標準模擬了直接雷擊浪涌通過飛機機身產生的磁場在航空電子設備中引起的瞬態電壓和電流。
    

    
表1顯示對于波形3和波形4/波形1，商業飛機通常需要DO-160G第22節的1級到4級防雷保護。飛機設備劃分為三類區域，每類區域都有相關的電磁兼容性(EMC)環境。最惡劣的EMC環境位于A類和B類區域，這是飛機中無環境控制的區域。
    

    
飛控電子設備位于A類和B類區域。這些區域的EMC環境惡劣，要求達到DO-160G第22節防雷級別3或級別4。
    

    
MILA環境的可靠性
    

    
ADI公司提供豐富的增強產品(EP)系列以支持軍事、航空航天和防務應用。ADM2795E-EP是一款3 V到5.5 V RS-485收發器，具有增強的魯棒性，適用于傳感器、飛控執行器和發動機控制，在MILA航空電子等惡劣應用環境中工作時可減少系統故障。ADM2795E-EP具有如下重要特性：
    

    
•        支持防務和航空航天應用（AQEC標準認證）。
    
•        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：通過單處理流程基線制造的增強產品。
    

    
表1.DO-160G第22節針對商業飛機的典型防雷要求
    

    Equipment  CategoryInputs/Outputs CategoryDO-160G  Waveform 4/ Waveform 1DO-160G Waveform  3DO-160G Level
    設備類別輸入/輸出類別DO-160G波形4/波形1DO-160G波形3DO-160G級別
    Category  A: Critical EquipmentPower supply750 V, 150 A1500 V, 60 A
    4
    A類：關鍵設備電源750 V、150 A1500 V、60 A
    　Signal: exposed area　　
    　信號：裸露區域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：基本且危險的設備信號：外部安裝（機身、機翼）750 V、150 A1500 V、60 A
    　Signal: belly  fairing (aircraft lower surface), radome (radar cover)　　
    　信號：機腹整流罩（飛機下表面）、雷達天線罩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：基本且重要的設備信號：加壓區域（兩個設備艙之間或多層飛機上兩層之間的連接）125 V、25 A250 V、10 A
    　Signal:  electronics bay (on the same deck in a multi-deck aircraft)　　
    　信號：電子艙（多層飛機中的同一層）Not applicable100 V, 4 A
    1
    　　不適用100 V、4 A

    
具有增強DO-160G EMC魯棒性的RS-485
    

    
ADM2795E-EP在RS-485總線引腳上集成了經過全面認證的DO-160G EMC保護，可提供第22節所述的防雷保護。ADM2795E-EP還提供第25節所述的±15 kV靜電放電(ESD)氣隙放電保護。對于第22節的防雷要求，ADM2795E-EP可防范波形3、波形4/波形1和波形5A：對GND2的測試，使用33 Ω或47 Ω限流電阻時可達到4級要求；對GND1的測試，隔離柵上可達到4級要求。
    

    
經認證的DO-160G EMC保護
    

    
表2詳細列出了開路電壓(VOC)和短路電流(ISC)，這是DO-160G第22節雷擊感應瞬態敏感性標準針對引腳注入測試的波形3、波形4/波形1和波形5A的規定。DO-160G 4級測試的峰值電流遠大于標準工業浪涌IEC 61000-4-5峰值電流。DO-160G標準的波形形狀和上升/下降時間顯著長于IEC 61000-4-5標準的相關規定，如圖2所示。DO-160G第22節防雷標準涉及的能量非常高，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行相對于GND2的測試。除了ADM2795E-EP集成EMC保護電路以外，還需要這些電阻。但是，當相對于GND1進行測試時，無需限流電阻。ADM2795E-EP iCoupler隔離技術保護器件免受這些極端瞬變影響。
    

    
 








    
圖2.DO-160G第22節波形1和波形5A及IEC61000-4-5浪涌波形
    

    
DO-160G ADM2795E-EP測試詳情
    

    
對于RS-485總線側(GND2)測試，A和B總線引腳上均額外增加一個33 Ω或47 Ω限流電阻。DO-160G第22節測試一次在一個引腳上執行；測試不是在共模下進行。表3和表4是ADM2795E-EP認證測試結果摘要。
    

    
表2.DO-160G第22節引腳注入級別4和級別3與IEC 61000-4-5雷擊級別4和級別3的比較
    

    LevelDO-160G Waveform  3DO-160G Waveform  4/Waveform 1DO-160G Waveform  5AIEC 61000-4-5
    級別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節引腳注入級別4認證測試結果
    

    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
    相對于GNDx測試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時通過使用33 Ω時通過使用33 Ω時通過

    
表4.DO-160G第22節引腳注入級別3認證測試結果
    

    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
    相對于GNDx測試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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