劉國美，王永國，禹 勇，董 凱，王影婕

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計算技術(shù)研究所，西安 710068）

0 引言

雷電現(xiàn)象是指雷云之間或雷云與地之間猛烈的放電過程，在猛烈的放電過程中，會產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百千安的雷電流，同時伴隨強烈的閃光和聲響。雷電流具有持續(xù)時間短、瞬間功率大的特點。另外，感應(yīng)雷產(chǎn)生的感應(yīng)電磁脈沖可干擾數(shù)據(jù)通信，甚至影響電子設(shè)備的性能、壽命或甚至損毀，因此國內(nèi)軍用機載電子設(shè)備也增加了雷電防護(hù)要求[1，2]。在進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計時，通常使用壓敏電阻和瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS），本文將重點敘述主要介紹TVS管在間接雷電防護(hù)接口電路設(shè)計復(fù)查方法，提升機載電子設(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，應(yīng)該注意以下兩點：

（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V_RWM，TVS管的反向工作電壓V_RWM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)正常運行時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3，插針試驗波形4和波形5，TVS管擊穿電壓在10V～28V選擇TVS管功率等級不應(yīng)低于3000W。TVS管擊穿電壓5V～10V選擇TVS管功率等級不應(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，由于28V是由外部引入，并不了解該28V是否經(jīng)過浪涌抑制或濾波措施，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，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)；但不能用于對浪涌電壓等持續(xù)時間較長干擾的防護(hù)，浪涌電壓發(fā)生時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)雷電從機箱連接器輸入端進(jìn)入后，TVS管將承受一個高能量的瞬時電壓/電流脈沖時，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)雷電從信號輸入端進(jìn)入后電流迅速增大最終導(dǎo)致印制板被燒斷。

圖1 正確的走線方式

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選擇合適的線徑，防止因瞬時電流過大引起的印制板燒毀。根據(jù)GB/T 4588.3-02，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)時間關(guān)系，可以根據(jù)防雷要求等級選擇相應(yīng)的厚度和線寬。根據(jù)實踐經(jīng)驗，接口電路間接雷電設(shè)計要求，印制板厚度為35μm厚度的情況下，等級三波形四線徑不小于15mil，等級三波形五不小于30mil。

圖3 復(fù)查線路圖

圖4 35μm和70μm兩種導(dǎo)線厚度所允許的短路電流和持續(xù)時間關(guān)系

3 結(jié)束語

本文提出的針對機載電子設(shè)備電源接口電路的雷電防護(hù)設(shè)計復(fù)查方法，該經(jīng)驗來自于某型機載電子設(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)查方法同樣適用機載電子設(shè)備其他類型接口雷電防護(hù)設(shè)計。