航空電子應(yīng)用中通信接口的防雷保護

作者/Richard Anslow ADI公司產(chǎn)品應(yīng)用工程師

       噴氣客機遭受雷擊是常見現(xiàn)象，大約每1000飛行小時就會發(fā)生一次。DO-160G標(biāo)準(zhǔn)《機載設(shè)備的環(huán)境條件和試驗程序》是航空電子硬件的環(huán)境測試標(biāo)準(zhǔn)。許多飛機制造商將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、通信、發(fā)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(tǒng)、翼尖、尾翼頂端、發(fā)動機艙和起落架是最有可能被雷電擊中的區(qū)域。

　　1 魯棒的通信端口

　　現(xiàn)代航空器采用電傳操縱系統(tǒng)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?shù)娇刂骑w控執(zhí)行器的伺服電機。這些飛控系統(tǒng)的通信接口可以在RS-485物理層上實現(xiàn)。飛機發(fā)動機管理控制的通信接口也可以利用RS-485物理層實現(xiàn)。飛機發(fā)動機上安裝的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動機控制(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)。

　　本文介紹了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，具有增強的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動機控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時可減少系統(tǒng)故障。

　　圖1 商業(yè)飛機上易受雷擊的位置和系統(tǒng)組件之間的通信接口

　　2 環(huán)境要求

　　2.1 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機身產(chǎn)生的磁場在航空電子設(shè)備中引起的瞬態(tài)電壓和電流。

　　表1顯示了對于波形3和波形4/波形1，商業(yè)飛機通常需要DO-160G第22節(jié)的1級到4級防雷保護。飛機設(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，要求達到DO-160G第22節(jié)防雷級別3或級別4。

　　2.2 MILA環(huán)境的可靠性

　　ADI公司提供豐富的增強產(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，具有增強的魯棒性，適用于傳感器、飛控執(zhí)行器和發(fā)動機控制，在MILA航空電子等惡劣應(yīng)用環(huán)境中工作時可減少系統(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產(chǎn)品。

　　表1 DO-160G第22節(jié)針對商業(yè)飛機的典型防雷要求

　　3 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(jīng)過全面認(rèn)證的DO-160G EMC保護，可提供第22節(jié)所述的防雷保護。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。對于第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。

　　4 經(jīng)認(rèn)證的DO-160G EMC保護

　　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)針對引腳注入測試的波形3、波形4/波形1和波形5A的規(guī)定。DO-160G 4級測試的峰值電流遠(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/下降時間顯著長于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(dāng)相對于GND1進行測試時，無需限流電阻。ADM2795E-EP iCoupler隔離技術(shù)保護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

　　5 DO-160G ADM2795E-EP測試詳情

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