航空电子应用中通信接口的防雷保护

时间：2018-03-26 10:15 来源：Analog Devices 作者：Richard Anslow

简介

喷气客机遭受雷击是常见现象，大约每 1000 飞行小时就会发生一次。DO-160G 标准《机载设备的环境条件和试验程序》是航空电子硬件的环境测试标准。许多飞机制造商将 DO-160G 第 22 节“雷击感应瞬态敏感性”指定为关键系统(如导航、雷达、通信、发动机控制、热和空气控制等)的要求。飞机机身、机翼和机尾飞行控制系统、翼尖、尾翼顶端、发动机舱和起落架是最有可能被雷电击中的区域。

鲁棒的通信端口

现代航空器采用电传操纵系统进行飞行控制。电传操纵意味着飞控计算机输入或飞行员手动输入以电气方式传输到控制飞控执行器的伺服电机。这些飞控系统的通信接口可以在 RS-485 物理层上实现。飞机发动机管理控制的通信接口也可以利用 RS-485 物理层实现。飞机发动机上安装的全权数字式发动机控制 (FADEC) 系统负责监控温度、压力、燃油流量及其他参数。

本应用笔记介绍 ADI 公司用于军事及航空航天 (MILA) 电子设备的鲁棒 RS-485 收发器。ADM2795E-EP 是一款 3 V 到 5.5 V RS-485 收发器，具有增强的鲁棒性，适用于传感器、飞控执行器和发动机控制，在 MILA 航空电子等恶劣应用环境中工作时可减少系统故障。

环境要求

雷电的间接影响

DO-160G 第 22 节防雷标准模拟了直接雷击浪涌通过飞机机身产生的磁场在航空电子设备中引起的瞬态电压和电流。

表 1 显示对于波形 3 和波形 4/ 波形 1，商业飞机通常需要 DO-160G 第 22 节的 1 级到 4 级防雷保护。飞机设备划分为三类区域，每类区域都有相关的电磁兼容性 (EMC) 环境。最恶劣的 EMC 环境位于 A 类和 B 类区域，这是飞机中无环境控制的区域。

飞控电子设备位于 A 类和B类区域。这些区域的 EMC 环境恶劣，要求达到 DO-160G 第 22 节防雷级别 3 或级别 4。

MILA 环境的可靠性

ADI 公司提供丰富的增强产品 (EP) 系列以支持军事、航空航天和防务应用。ADM2795E-EP 是一款 3 V 到 5.5 V RS-485 收发器，具有增强的鲁棒性，适用于传感器、飞控执行器和发动机控制，在 MILA 航空电子等恶劣应用环境中工作时可减少系统故障。ADM2795E-EP 具有如下重要特性：

•支持防务和航空航天应用 (AQEC 标准认证)。

•工作温度范围：-55℃ 至 +125℃。

•引线框：为减轻锡须问题，ADM2795E-EP 采用镍/钯/金 (NiPdAu) 引线框表面处理。

•生产：通过单处理流程基线制造的增强产品。

表 1.DO-160G 第 22 节针对商业飞机的典型防雷要求

具有增强 DO-160G EMC 鲁棒性的 RS-485

ADM2795E-EP在RS-485 总线引脚上集成了经过全面认证的 DO-160G EMC 保护，可提供第 22 节所述的防雷保护。ADM2795E-EP 还提供第 25 节所述的 ±15 kV 静电放电 (ESD) 气隙放电保护。对于第 22 节的防雷要求，ADM2795E-EP 可防范波形 3、波形 4/ 波形 1 和波形 5A：对 GND2 的测试，使用 33 Ω 或 47 Ω 限流电阻时可达到 4 级要求;对 GND1 的测试，隔离栅上可达到 4 级要求。

经认证的 DO-160G EMC 保护

表 2 详细列出了开路电压 (VOC) 和短路电流 (ISC)，这是 DO-160G 第 22 节雷击感应瞬态敏感性标准针对引脚注入测试的波形 3、波形 4/ 波形 1 和波形 5A 的规定。DO-160G 4 级测试的峰值电流远大于标准工业浪涌 IEC 61000-4-5 峰值电流。DO-160G 标准的波形形状和上升/下降时间显著长于 IEC 61000-4-5标准的相关规定，如图 2 所示。DO-160G 第 22 节防雷标准涉及的能量非常高，所以 ADM2795E-EP 使用了外部 33 Ω 或 47 Ω 的 A 引脚和 B 引脚总线限流电阻来进行相对于 GND2 的测试。除了 ADM2795E-EP 集成 EMC 保护电路以外，还需要这些电阻。但是，当相对于 GND1 进行测试时，无需限流电阻。ADM2795E-EP iCoupler 隔离技术保护器件免受这些极端瞬变影响。