CN115954844A - 一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，包括一级防护电路、二级防护电路、第一半波整流电路和第二半波整流电路，本发明能够实现RS‑422A总线接收电路、HB6096总线接收电路、电源转换电路等机载电子设备的5级雷电间接效应防护，利用半波整流技术的电流单向道通性，有效降低了雷电防护器件在雷电冲击下的电应力，在提升雷电防护性能的同时，可有效提升雷电防护电路的轻量化、小型化设计。本发明利用半波整流的单向导通性，降低雷电防护电路动态响应要求和负载能力要求，从而解决雷电防护电路在5级间接雷电防护试验过程中器件烧毁的问题。
Description
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，具体涉及一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路。
背景技术
雷电是一种高电压大电流的放电现象，是自然界中最普遍的放电现象之一。由雷击引起的飞行器事故时有发生，为飞行器安全带来极大隐患，因而如何提高机载电子设备对雷电效应防护能力成为重要课题。雷电对飞行器的危害分为直接效应和间接效应。直接效应是指因雷电通道直接附着于飞机和因雷电电流的传导造成的飞机及设备的物理效应，主要危害飞机表面结构；间接效应是指雷电产生的高电压和高电流通过阻性耦合、磁场耦合和电场耦合等耦合机制耦合到信号线、电源线等飞机内部线缆上，主要危害电子设备安全。针对雷电危害，RTCA/DO-160G《机载设备环境条件和试验程序》提出了详细的试验要求。试验要求中，插针注入试验严酷度对电子设备内部电路防护要求最高。插针注入试验分为3种波形各5个等级，也就是15种组合波形。其中，要求最严格的是B5等级，如表1所示：
表 1雷电间接试验极限值
其中，表1中试验波形的波形3如图2所示，试验波形的波形5A如图3所示。
目前，飞机内部安装的电子设备间接雷电防护要求一般为3级，该类设备雷电防护一般采取基于TVS管或气体放电管的间接雷电防护设计方法，但随着飞机智能化、集成化、数字化的提高，外露于蒙皮的电子设备逐渐增多，间接雷电防护能力也达到5级要求。该类电子设备一般采用多级雷电防护设计，逐级泄放雷电能量，以保护后端负载电路，但该类防护电路仅适用于信号线路防护，且防护能力不能达到5级要求。特别是在5级雷电波形3的试验条件下，将导致防护电路故障。主要表现为以下两项问题：
1.第一级防护电路动态响应时间一般在10us。从图 1可知，波形3为1MHz阻尼正弦（每个周期1us）试验波形。该试验波形下，第一级防护电路将因动态响应速度慢而导致电路过载而导致烧毁。
2.由于飞机电源系统的电源负线与飞机壳体导通，当产品在进行波形3试验情况下，将因来自地线的反向电流使第二级防护电路过载烧毁。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路解决了解决现有的雷电防护电路在5级间接雷电防护试验过程中器件烧毁的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，包括一级防护电路、二级防护电路、第一半波整流电路和第二半波整流电路；
其中，所述一级防护电路和二级防护电路相互连接，并串联在机载电子设备线路中，所述第一半波整流电路的正极分别与所述一级防护电路和二级防护电路连接，所述第一半波整流电路的负极与飞机壳体地连接，机载电子设备线路包括线路接入模块和负载，所述第二半波整流电路的正极与负载连接，所述第二半波整流电路的负极与所述飞机壳体地连接；
所述一级防护电路用于将线路接入模块中来自雷电的大电流传递到第一半波整流电路，所述二级防护电路用于对来自一级防护电路残余在线上的雷电信号电压值进行限幅处理，所述第一半波整流电路用于当雷电耦合到线路接入模块时将来自一级防护电路和二级防护电路的能量泄放到飞机壳体地，还用于当雷电耦合到飞机壳体地时阻断通向负载的泄放通路，所述第二半波整流电路用于当线路接入模块为电源信号接入端且雷电耦合飞机壳体地时，阻断通向负载的泄放通路。
进一步地：所述线路接入模块为RS-422A信号接入端、HB6096信号接入端或电源信号接入端；
所述负载为RS-422A总线电路、HB6096总线电路或电源转换电路。
进一步地：所述一级防护电路为气体放电管G1；
其中，所述气体放电管G1的一端与所述线路接入模块连接。
进一步地：所述气体放电管G1的型号具体为UN2E5。
进一步地：所述二级防护电路包括电阻R1和半导体放电管D1；
其中，所述电阻R1的一端与所述气体放电管G1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述半导体放电管D1的一端和负载的一端连接。
上述进一步方案的有益效果为：设置二级防护电路可以对来自第一级雷电防护电路残余在线上的雷电信号电压值进行限幅处理，使得雷电能量被进一步减弱至负载额定电压，达到保护后端电路不被损坏的目的。
进一步地：所述电阻R1的型号具体为RFG120NB，所述半导体放电管D1的型号具体为P0640。
进一步地：所述第一半波整流电路为整流二极管V1，所述整流二极管V1的正极分别与所述气体放电管G1的另一端和半导体放电管D1的另一端连接，所述整流二极管V1的负极接所述飞机壳体地。
进一步地：所述整流二极管V1的型号具体为BZ5H。
进一步地：所述第二半波整流电路为整流二极管V2，所述整流二极管V2的正极和负载的另一端连接，所述整流二极管V2的负极接所述飞机壳体地。
上述进一步方案的有益效果为：设置第一半波整流电路和第二半波整流电路可以利用二极管单向导通特性，在输入为交流信号的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉，具有可靠性高、低成本、单向导通的特点。
进一步地：所述整流二极管V2的型号具体为BZ5H。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，能够实现RS-422A总线接收电路、HB6096总线接收电路、电源转换电路等机载电子设备的5级雷电间接效应防护，利用半波整流技术的电流单向道通性，有效降低了雷电防护器件在雷电冲击下的电应力，在提升雷电防护性能的同时，可有效提升雷电防护电路的轻量化、小型化设计。
（2）本发明利用半波整流的单向导通性，降低雷电防护电路动态响应要求和负载能力要求，从而解决雷电防护电路在5级间接雷电防护试验过程中器件烧毁的问题。
附图说明
图1为本发明背景技术的试验波形3的示意图。
图2为本发明背景技术的试验波形5A的示意图。
图3为本发明一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路的结构框图。
图4为本发明一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，包括一级防护电路、二级防护电路、第一半波整流电路和第二半波整流电路；
其中，所述一级防护电路和二级防护电路相互连接，并串联在机载电子设备线路中，所述第一半波整流电路的正极分别与所述一级防护电路和二级防护电路连接，所述第一半波整流电路的负极与飞机壳体地连接，所述机载电子设备线路包括线路接入模块和负载，所述第二半波整流电路的正极与负载连接，所述第二半波整流电路的负极与所述飞机壳体地连接；
在本实施例中，半波整流作为半导体整流技术的一个分支，已广泛应用于电力电子领域。半波整流是利用二极管单向导通特性，在输入为交流信号的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉，具有可靠性高、低成本、单向导通的特点。
所述一级防护电路用于维持线路正常工作电压，将线路接入模块的来自雷电的大电流传递到第一半波整流电路，所述二级防护电路用于对来自一级防护电路残余在线上的雷电信号电压值进行限幅处理，所述第一半波整流电路用于当雷电耦合到线路接入模块时将来自一级防护电路和二级防护电路的能量泄放到飞机壳体地，还用于当雷电耦合到飞机壳体地时阻断通向负载的泄放通路，所述第二半波整流电路用于当线路接入模块为电源信号接入端且雷电耦合飞机壳体地时，阻断通向负载的泄放通路。
所述线路接入模块为RS-422A信号接入端、HB6096信号接入端或电源信号接入端；
所述负载为RS-422A总线电路、HB6096总线电路或电源转换电路。
在本实施例中，线路接入模块输入的RS-422A信号、HB6096信号和电源信号经过一级防护电路和二级防护电路限幅保护，将有效信号传递到负载，第一半波整流电路和第二半波整流电路将正线雷电导通到飞机壳体，将负线雷电阻断在飞机壳体。
如图4所示，在本实施例中，所述一级防护电路为气体放电管G1；所述气体放电管G1的型号具体为UN2E5。
其中，所述气体放电管G1的一端与所述线路接入模块连接。
所述二级防护电路包括电阻R1和半导体放电管D1；所述电阻R1的型号具体为RFG120NB，所述半导体放电管D1的型号具体为P0640。
其中，所述电阻R1的一端与所述气体放电管G1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述半导体放电管D1的一端和负载的一端连接。
在本实施例中，二级防护电路对来自第一级雷电防护电路残余在线上的雷电信号电压值进行限幅处理，使得雷电能量被进一步减弱至负载额定电压，达到保护后端电路不被损坏的目的。
所述第一半波整流电路为整流二极管V1，所述整流二极管V1的正极分别与所述气体放电管G1的另一端和半导体放电管D1的另一端连接，所述整流二极管V1的负极接所述飞机壳体地，所述整流二极管V1的型号具体为BZ5H。
所述第二半波整流电路为整流二极管V2，所述整流二极管V2的正极和负载的另一端连接，所述整流二极管V2的负极接所述飞机壳体地，所述整流二极管V2的型号具体为BZ5H。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，能够实现RS-422A总线接收电路、HB6096总线接收电路、电源转换电路等机载电子设备的5级雷电间接效应防护，利用半波整流技术的电流单向道通性，有效降低了雷电防护器件在雷电冲击下的电应力，在提升雷电防护性能的同时，可有效提升雷电防护电路的轻量化、小型化设计。
本发明利用半波整流的单向导通性，降低雷电防护电路动态响应要求和负载能力要求，从而解决雷电防护电路在5级间接雷电防护试验过程中器件烧毁的问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
Claims (10)
1.一种适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，包括一级防护电路、二级防护电路、第一半波整流电路和第二半波整流电路；
其中，所述一级防护电路和二级防护电路相互连接，并串联在机载电子设备线路中，所述第一半波整流电路的正极分别与所述一级防护电路和二级防护电路连接，所述第一半波整流电路的负极与飞机壳体地连接，所述机载电子设备线路包括线路接入模块和负载，所述第二半波整流电路的正极与负载连接，所述第二半波整流电路的负极与所述飞机壳体地连接；
所述一级防护电路用于将线路接入模块中来自雷电的大电流传递到第一半波整流电路，所述二级防护电路用于对来自一级防护电路残余在线上的雷电信号电压值进行限幅处理，所述第一半波整流电路用于当雷电耦合到线路接入模块时将来自一级防护电路和二级防护电路的能量泄放到飞机壳体地，还用于当雷电耦合到飞机壳体地时阻断通向负载的泄放通路，所述第二半波整流电路用于当线路接入模块为电源信号接入端且雷电耦合飞机壳体地时，阻断通向负载的泄放通路。
2.根据权利要求1所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述线路接入模块为RS-422A信号接入端、HB6096信号接入端或电源信号接入端；
所述负载为RS-422A总线电路、HB6096总线电路或电源转换电路。
3.根据权利要求1所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述一级防护电路为气体放电管G1；
其中，所述气体放电管G1的一端与所述线路接入模块连接。
4.根据权利要求3所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述气体放电管G1的型号具体为UN2E5。
5.根据权利要求3所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述二级防护电路包括电阻R1和半导体放电管D1；
其中，所述电阻R1的一端与所述气体放电管G1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述半导体放电管D1的一端和负载的一端连接。
6.根据权利要求5所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述电阻R1的型号具体为RFG120NB，所述半导体放电管D1的型号具体为P0640。
7.根据权利要求5所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述第一半波整流电路为整流二极管V1，所述整流二极管V1的正极分别与所述气体放电管G1的另一端和半导体放电管D1的另一端连接，所述整流二极管V1的负极接所述飞机壳体地。
8.根据权利要求7所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述整流二极管V1的型号具体为BZ5H。
9.根据权利要求7所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述第二半波整流电路为整流二极管V2，所述整流二极管V2的正极和负载的另一端连接，所述整流二极管V2的负极接所述飞机壳体地。
10.根据权利要求9所述的适用于飞机电子设备的雷电保护电路，其特征在于，所述整流二极管V2的型号具体为BZ5H。
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