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機(jī)載電子設(shè)備接口電路雷電防護(hù)設(shè)計(jì)中TVS管的應(yīng)用注意事項(xiàng)

2021-12-02 · 閱讀850

0引言

閃電現(xiàn)象是一種雷雨云間或雷云與地面之間的劇烈放電過程，劇烈放電時(shí)，產(chǎn)生高達(dá)幾百千安的雷電電流，并伴有很強(qiáng)的閃爍聲。雷電電流具有短時(shí)、瞬時(shí)功率大的特點(diǎn)。此外，感應(yīng)雷所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁脈沖會(huì)干擾數(shù)據(jù)通信，甚至影響電子設(shè)備的性能、壽命，甚至損壞，所以國內(nèi)軍用機(jī)載電子設(shè)備增加了防雷要求。當(dāng)防雷設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用變阻器和暫態(tài)電壓抑制型二極管(TVS)，本文將著重?cái)⑹鲈陂g接雷電保護(hù)接口電路設(shè)計(jì)中主要采用介紹TVS管的方法，提高機(jī)載電子設(shè)備的可靠性。

1 TVS管性能選擇復(fù)查

1.1 復(fù)查TVS管性能是否符合要求

根據(jù)被保護(hù)設(shè)備，路線中可能出現(xiàn)的過電壓極性，確定使用單極性TVS管還是雙極性TVS管。同時(shí)，應(yīng)該注意以下兩點(diǎn):
(1) TVS管反向工作電壓V_ RWM是否高于被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓。確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓VRWM，TVS管的反向工作電壓VRWM應(yīng)高于被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓，以防止在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)TVS管漏電流過大，導(dǎo)致電路發(fā)熱以及產(chǎn)生干擾。
(2)TVS管的最大峰值脈沖功率是否符合要求。TVS管的最大峰值脈沖功率P_W必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。例如:雷電防護(hù)等級(jí)3，插針試驗(yàn)波形4和波形5,TVS管擊穿電壓在10V~28V選擇TVS管功率等級(jí)不應(yīng)低于3000W。TVS管擊穿電壓5V ~ 10V選擇TVS管功率等級(jí)不應(yīng)低于1500W。擊穿電壓28V以上根據(jù)同電壓TVS管功率應(yīng)選擇5000W以上。(注意:以上TVS管功率應(yīng)為10/1000uS沖擊波形.下測(cè)試)。

1.2 復(fù)查TVS管擊穿電壓是否高于浪涌電壓

是否存在正常工作狀態(tài)下出現(xiàn)較高電壓浪涌的情況。例如外部輸入28V/開路信號(hào)，由于28V是由外部引入，并不了解該28V是否經(jīng)過浪涌抑制或?yàn)V波措施，依據(jù)28V不同的供電特性標(biāo)準(zhǔn)要求，可能存在80V/60V/50V/47V等不等的浪涌電壓，因此TVS管的選型必須考慮擊穿電壓應(yīng)高于浪涌電壓，否則當(dāng)遇到電壓浪涌時(shí)，TVS管將無法吸收過高的能量而燒毀或?qū)е掠≈瓢鍞嗑€。
應(yīng)該特別注意TVS管可以用于對(duì)雷電間接效應(yīng)或電源尖峰等瞬態(tài)高電壓的防護(hù);但不能用于對(duì)浪涌電壓等持續(xù)時(shí)間較長干擾的防護(hù)，浪涌電壓發(fā)生時(shí)TVS管應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)。

2 TVS管雷電防護(hù)的印制板走線復(fù)查

2.1 復(fù)查印制板走線方式

檢查從連接器到印制板焊接的TVS管的走線是否滿足鏈?zhǔn)阶呔€，杜絕分支走線。正確走線方式如圖1所示，圖1中感應(yīng)雷電從機(jī)箱連接器輸入端進(jìn)入后，TVS管將承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)電壓/電流脈沖時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低的導(dǎo)通值，將大電流導(dǎo)通到地，并將電壓箝制到預(yù)定水平，從而保護(hù)電子線路中的元器件免受損壞。錯(cuò)誤的走線方式如圖2所示，TVS管被加在了防護(hù)板上并未直接與被保護(hù)線路相連，當(dāng)感應(yīng)雷電從信號(hào)輸入端進(jìn)入后電流迅速增大最終導(dǎo)致印制板被燒斷。

機(jī)載電子設(shè)備接口電路雷電防護(hù)設(shè)計(jì)中TVS管的應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.2復(fù)查印制板走線寬度

檢查從輸入端到印制板焊接的TVS管的走線是否存在過細(xì)的情況(圖3標(biāo)紅部分)，根據(jù)接口電路要求的防雷等級(jí)選擇合適的線徑，防止因瞬時(shí)電流過大引起的印制板燒毀。根據(jù)GB/T4588.3-02，圖4為35μm和70μm兩種導(dǎo)線厚度所允許的短路電流和持續(xù)時(shí)間關(guān)系，可以根據(jù)防雷要求等級(jí)選擇相應(yīng)的厚度和線寬。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，接口電路間接雷電設(shè)計(jì)要求，印制板厚度為35μm厚度的情況下，等級(jí)三波形四線徑不小于15mil，等級(jí)三波形五不小于30mil。

3結(jié)束語

本文提出的針對(duì)機(jī)載電子設(shè)備電源接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)復(fù)查方法，該經(jīng)驗(yàn)來自于某型機(jī)載電子設(shè)備整改過程，經(jīng)整改后雷電防護(hù)電路隨產(chǎn)品通過了鑒定試驗(yàn)考核，能夠有效保護(hù)后端接.口電路。文中提出的TVS管在接口電路中的雷電復(fù)查方法同樣適用機(jī)載電子設(shè)備其他類型接口雷電防護(hù)設(shè)計(jì)。

作者：劉國美，王永國，禹勇，董凱，王影婕

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