CN109546633A - 一种应用于dc28v电源信号emi滤波及雷电防护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，属于航空电气技术领域，是一种应用于同时有电磁兼容和雷电防护需求的机载设备DC28V电源信号处理保护电路。该电路通过滤波电容和共模电感等器件搭建EMI滤波电路，以满足产品抑制DC28V电源信号中传导型共模和差模噪声的需求，滤波电路可根据机载设备的功率对电感参数进行选择，通过LC滤波频率计算电容参数；在此基础上，配合瞬态抑制二极管进行雷电防护设计。相较于压敏电阻，瞬态抑制二极管漏电流更小，响应速度更快，将此保护电路集成到航空电连接器中，可防止产品内部导线连接导致的二次信号干扰；通过电连接器金属外壳与机载设备壳体的大面积接触，可大大提升滤波效果。

Description

一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，涉及一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电 路。
背景技术
以往机载设备雷电防护要求较少，现有雷电防护产品也将全部信号进行统一设计，由独 立电路模块实现需占用较多空间，而为提高产品EMI传导滤波效果，往往需要将滤波电路设 计在电源进入产品后的最前端，统一的雷电防护电路设计无法实现电源信号EMI传导滤波和 雷电防护的最优匹配。
瞬态抑制二极管是一种电压敏感性器件，当其两极受到瞬态高能量冲击时，能够以ns 级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达kW的浪涌功率，使两级间的电压箝位于 一个预定值。由于其响应时间短，漏电流小，因此广泛用于电路过压保护。瞬态抑制二极管 与电容和电感配合搭建的EMI滤波电路配合使用，通过简单计算公式快速确定匹配的器件参 数，灵活方便，适应性强，通过集成到航空电连接器中，可满足机载电气设备DC28V信号电 磁兼容和雷电防护的质量特性要求。
发明内容
本发明针对现有技术单独设计电源信号滤波和雷电防护电路所存在的不足而设计了一种 应用于航空电气产品DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护的电路，是一种应用于同时有电磁 兼容和雷电防护需求的机载设备DC28V电源信号处理保护电路。
该电路在电源信号的进入端通过双向瞬态抑制二极管管进行雷电防护，而后通过滤波电 容和共模电感等器件搭建EMI滤波电路，根据雷电防护等级和试验量值计算双向瞬态抑制二 极管的匹配功率，根据机载电气产品的负荷功率选择串联的共模电感量值范围，然后通过LC 电路截止频率计算所需电容值，整个电路的设计及计算过程符合航空产品正向设计要求，具 有典型推广价值。
本发明采用如下技术方案：一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特 征在于：包括雷电防护电路和EMI滤波电路；雷电防护电路由双向瞬态抑制二极管实现；EMI 滤波电路包括电感L1和电感L2，电容Cx1、电容Cx2、电容Cx3，电容Cy1和电容Cy2；电感L1和电感L2主要用来抑制共模干扰；电容Cx1、电容Cx2、电容Cx3并联在DC28V电源正 负线两端，用来抑制差模干扰；电容Cy1和电容Cy2分别从负、正电源线引出到共模地，用 来抑制共模干扰。
优选地，雷电防护电路具体内容：DC28V正极输入与瞬态抑制二极管D2一端连接，瞬态 抑制二极管D2的另外一端接机壳地，DC28V负极输入与瞬态抑制二极管D1一端连接，瞬态 抑制二极管D1的另外一端接机壳地。
优选地，EMI滤波电路具体内容：DC28V正极接电感L1一端的第一脚，DC28V负极接电 感L1一端的第二脚，电感L1另一端的第一脚接电容Cx2的一端，电感L1另一端的第二脚接 电容Cx2的另一端；电感L1另一端的第一脚接电感L2一端的第二脚，电感L1另一端的第二 脚接电感L2一端的第一脚；电感L2另一端的第一脚接电容Cx3的一端，电感L2另一端的第 二脚接电容Cx3的另一端，电感L1另一端的第一脚接电容Cy1的一端，电容Cy1的另一端接 机壳地，电感L1另一端的第二脚接电容Cy2的一端，电容Cy2的另一端接机壳地。
优选地，电感值的选取与负载情况有关，即电感值与其通过的额定电流有关，
电感量范围与额定电流的关系
。
优选地，双向瞬态抑制二极管型号为15KPA48CA。
本发明的有益效果：本发明技术方案采用瞬态抑制二极管作为电源信号雷电防护器件， 并与EMI滤波电路相结合，结构封装集成到航空电连接器中，通过这种方式在提高产品供电 可靠性及产品维修性的同时，大大提高电源信号滤波效果。电路的设计及计算过程符合航空 产品正向设计要求，元器件参数计算简单，适用范围广，环境适用性强，是一个具有很好使 用价值的航空电源信号处理保护电路。
根据RTCA DO-160F中要求，对于机载电气设备所适用的管脚注入试验方式，瞬态抑制二 极管D1，D2在DC28V正负极输入端吸收、释放雷电能量，可实现雷电防护的目的。
附图说明
图1是应用于滑油温度控制器的DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护设计电路。
具体实施方式
一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，包括EMI滤波和雷电防护两部分。
所述的雷电防护部分：
由双向瞬态抑制二极管实现，DC28V正极输入与瞬态抑制二极管D2一端连接，瞬态抑制 二极管D2的另外一端接机壳地，DC28V负极输入与瞬态抑制二极管D1一端连接，瞬态抑制 二极管D1的另外一端接机壳地。
根据选用的电源模块有效电压输入范围对瞬态抑制二极管的击穿电压和最大钳位电压进 行选择，然后根据机载产品雷电防护瞬态敏感度试验波形和量值要求，对瞬态抑制二极管功 率需求进行计算。
EMI滤波电路，电感L1和电感L2主要用来抑制共模干扰，由于实际电感在生产时的不 对称，其对差模干扰也有一定的抑制作用，电容Cx1、电容Cx2、电容Cx3并联在电源正负线 两端，主要用来抑制差模干扰，而电容Cy1和电容Cy2分别从负正电源线引出到共模地，主 要用来抑制共模干扰。DC28V正极输入与电容Cx1一端连接，电容Cx1的另外一端接DC28V负极，DC28V正极接电感L1一端的第一脚1，DC28V负极接电感L1一端的第二脚2，电感L1 另一端的第一脚3接电容Cx2的一端，电感L1另一端的第二脚4接电容Cx2的另一端，电感 L1另一端的第一脚3接电感L2一端的第二脚2，电感L1另一端的第二脚4接电感L2一端的 第一脚1，电感L2另一端的第一脚3接电容Cx3的一端，电感L2另一端的第二脚4接电容 Cx3的另一端，电感L1另一端的第一脚3接电容Cy1的一端，电容Cy1的另一端接机壳地， 电感L1另一端的第二脚4接电容Cy2的一端，电容Cy2的另一端接机壳地。其中共模电感值 的选取与负载情况有关，即电感值与其通过的额定电流有关。
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详述：
该EMI滤波及雷电防护电路图中L1和L2为共模电感，Cx1、Cx2、Cx3、Cy1和Cy2为滤波电容，D1，D2为双向瞬态抑制二极管。
以滑油温度控制器为例，产品属于A(孔径耦合)类，根据RTCA DO-160F中要求，选择 插脚试验波形3/3、4/1进行考核试验，波形3/3试验量值Voc/Isc：1500V/60A；波形4/1试验量值Voc/Isc：750V/150A；瞬态抑制二极管D1和D2的功率计算过程：
第一步：计算波形3/3和波形4/1试验瞬态的源阻抗
ZS4＝Voc3/Isc3＝1500V/60A＝25Ω；
ZS4＝Voc4/Isc4＝750V/150A＝5Ω；
第二步：计算瞬态抑制二极管所需击穿电压VBR和最大钳位电压VC
VBR＝60V；
VC≤2×V工作(估算值VC≈1.5VBR)VC＝1.5×50＝75V
第三步：计算瞬态抑制二极管脉冲峰值电流
IP3＝(Voc3-VC)/ZS3＝(1500-75)/25＝57A
IP4＝(Voc4-VC)/ZS4＝(750-75)/5＝135A
第四步：计算电路测试波形对应的瞬态抑制二极管脉冲功率
PP3＝VC×IP3＝75×57＝4275W
PP4＝VC×IP4＝75×135＝10125W
表1电源模块雷电防护器件功率分析
当选择的电源模块的有效电压输入范围16V～50V，且能够承受最大80V，1S的瞬时电压， 型号为15KPA48CA的双向瞬态抑制二极管，击穿电压53.6V～59.91V，最大钳位电压77.7V， 可满足电源输入要求。15KPA48CA器件额定功率15000W，按照瞬态抑制二极管的功率脉冲时 间曲线，脉冲时间为69us时，该瞬态抑制二极管可以承受的实际功率应≥20KW，大于瞬态抑 制二极管标称功率15000W，同时也大于脉冲时间为69us估算的电路冲击能量功率12656.25W。
电路中电感值与其通过的额定电流关系如表2所示：
表2电感量范围与额定电流的关系
以滑油温度控制器为例，其额定功率不大于30W，可选用电感值为8mH。
LC滤波器的3dB截止频率为：
对于共模等效电路，滤波器相当于一个LCL滤波器，对于差模等效电路，滤波器相当于一 个CL｀CL｀C滤波器，通过公式(1)计算得出所需电容值，差模等效电路中，由于L｀值为共 模电感生产不精确引入的，值较小，计算时可进行忽略。
机载电气设备由于安装环境需要(如飞机发动机短舱等位置)对于DC28V电源除了要进 行滤波处理还需要进行雷电防护设计。该电路通过滤波电容和共模电感等器件搭建EMI滤波 电路，以满足产品抑制DC28V电源信号中传导型共模和差模噪声的需求，滤波电路可根据机 载设备的功率对电感参数进行选择，通过LC滤波频率计算电容参数；在此基础上，配合瞬态 抑制二极管进行雷电防护设计。相较于压敏电阻，瞬态抑制二极管漏电流更小，响应速度更 快，将此保护电路集成到航空电连接器中，可防止产品内部导线连接导致的二次信号干扰； 通过电连接器金属外壳与机载设备壳体的大面积接触，可大大提升滤波效果。该滤波及雷电 防护电路已应用在机载滑油温度控制器的DC28V处理保护电路中，滤波及雷电防护效果良好， 电路简单，可靠性高，具有很好推广使用价值。

Claims (9)

1.一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：包括雷电防护电路和EMI滤波电路；
雷电防护电路由双向瞬态抑制二极管实现；
EMI滤波电路包括电感L1和电感L2，电容Cx1、电容Cx2、电容Cx3，电容Cy1和电容Cy2；
电感L1和电感L2主要用来抑制共模干扰；电容Cx1、电容Cx2、电容Cx3并联在DC28V电源正负线两端，用来抑制差模干扰；电容Cy1和电容Cy2分别从负、正电源线引出到共模地，用来抑制共模干扰。
2.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：雷电防护电路具体内容：
DC28V正极输入与瞬态抑制二极管D2一端连接，瞬态抑制二极管D2的另外一端接机壳地，DC28V负极输入与瞬态抑制二极管D1一端连接，瞬态抑制二极管D1的另外一端接机壳地。
3.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：EMI滤波电路具体内容：
DC28V正极接电感L1一端的第一脚，DC28V负极接电感L1一端的第二脚，电感L1另一端的第一脚接电容Cx2的一端，电感L1另一端的第二脚接电容Cx2的另一端；电感L1另一端的第一脚接电感L2一端的第二脚，电感L1另一端的第二脚接电感L2一端的第一脚；电感L2另一端的第一脚接电容Cx3的一端，电感L2另一端的第二脚接电容Cx3的另一端，电感L1另一端的第一脚接电容Cy1的一端，电容Cy1的另一端接机壳地，电感L1另一端的第二脚接电容Cy2的一端，电容Cy2的另一端接机壳地。
4.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：根据选用的电源模块有效电压输入范围对瞬态抑制二极管的击穿电压和最大钳位电压进行选择，然后根据机载产品雷电防护瞬态敏感度试验波形和量值要求，对瞬态抑制二极管功率需求进行计算。
5.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：电感值的选取与负载情况有关，即电感值与其通过的额定电流有关，
电感量范围与额定电流的关系
6.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：双向瞬态抑制二极管脉冲功率至少为10125W。
7.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：电感L1和电感L2电感值为8mH。
8.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：当选择的电源模块的有效电压输入范围16V～50V，且能够承受最大80V，1S的瞬时电压，则双向瞬态抑制二极管选择如下：击穿电压53.6V～59.91V，最大钳位电压77.7V，额定功率15000W。
9.根据权利要求1所述的一种应用于DC28V电源信号EMI滤波及雷电防护电路，其特征在于：双向瞬态抑制二极管型号为15KPA48CA。
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