航空電子應(yīng)用中通信接口的防雷保護(hù)
簡介
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(dá)、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。
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。
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(hù)。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(dá)到 DO-160G 第 22 節(jié)防雷級別 3 或級別 4。
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
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(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(dá)到 4 級要求;對 GND1 的測試，隔離柵上可達(dá)到 4 級要求。
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(jìn)行相對于 GND2 的測試。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)相對于 GND1 進(jìn)行測試時，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 Ω 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(jìn)行。表 3 和表 4 是 ADM2795E-EP 認(rèn)證測試結(jié)果摘要。
表 2.DO-160G 第 22 節(jié)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
表 3.DO-160G 第 22 節(jié)引腳注入級別 4 認(rèn)證測試結(jié)果
表 4.DO-160G 第 22 節(jié)引腳注入級別 3 認(rèn)證測試結(jié)果
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