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机载电子设备接口电路雷电防护设计中TVS管的应用注意事项

2021-12-02 · 阅读500

0引言

闪电现象是一种雷雨云间或雷云与地面之间的剧烈放电过程，剧烈放电时，产生高达几百千安的雷电电流，并伴有很强的闪烁声。雷电电流具有短时、瞬时功率大的特点。此外，感应雷所产生的感应电磁脉冲会干扰数据通信，甚至影响电子设备的性能、寿命，甚至损坏，所以国内军用机载电子设备增加了防雷要求。当防雷设计时，一般采用变阻器和暂态电压抑制型二极管(TVS)，本文将着重叙述在间接雷电保护接口电路设计中主要采用介绍TVS管的方法，提高机载电子设备的可靠性。

1 TVS管性能选择复查

1.1 复查TVS管性能是否符合要求

根据被保护设备，路线中可能出现的过电压极性，确定使用单极性TVS管还是双极性TVS管。同时，应该注意以下两点:
(1) TVS管反向工作电压V_ RWM是否高于被保护电路的最大直流或连续工作电压。确定被保护电路的最大直流或连续工作电压VRWM，TVS管的反向工作电压VRWM应高于被保护电路的最大直流或连续工作电压，以防止在系统正常运行时TVS管漏电流过大，导致电路发热以及产生干扰。
(2)TVS管的最大峰值脉冲功率是否符合要求。TVS管的最大峰值脉冲功率P_W必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。例如:雷电防护等级3，插针试验波形4和波形5,TVS管击穿电压在10V~28V选择TVS管功率等级不应低于3000W。TVS管击穿电压5V ~ 10V选择TVS管功率等级不应低于1500W。击穿电压28V以上根据同电压TVS管功率应选择5000W以上。(注意:以上TVS管功率应为10/1000uS冲击波形.下测试)。

1.2 复查TVS管击穿电压是否高于浪涌电压

是否存在正常工作状态下出现较高电压浪涌的情况。例如外部输入28V/开路信号，由于28V是由外部引入，并不了解该28V是否经过浪涌抑制或滤波措施，依据28V不同的供电特性标准要求，可能存在80V/60V/50V/47V等不等的浪涌电压，因此TVS管的选型必须考虑击穿电压应高于浪涌电压，否则当遇到电压浪涌时，TVS管将无法吸收过高的能量而烧毁或导致印制板断线。
应该特别注意TVS管可以用于对雷电间接效应或电源尖峰等瞬态高电压的防护;但不能用于对浪涌电压等持续时间较长干扰的防护，浪涌电压发生时TVS管应处于截止状态。

2 TVS管雷电防护的印制板走线复查

2.1 复查印制板走线方式

检查从连接器到印制板焊接的TVS管的走线是否满足链式走线，杜绝分支走线。正确走线方式如图1所示，图1中感应雷电从机箱连接器输入端进入后，TVS管将承受一个高能量的瞬时电压/电流脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，将大电流导通到地，并将电压箝制到预定水平，从而保护电子线路中的元器件免受损坏。错误的走线方式如图2所示，TVS管被加在了防护板上并未直接与被保护线路相连，当感应雷电从信号输入端进入后电流迅速增大最终导致印制板被烧断。

2.2复查印制板走线宽度

检查从输入端到印制板焊接的TVS管的走线是否存在过细的情况(图3标红部分)，根据接口电路要求的防雷等级选择合适的线径，防止因瞬时电流过大引起的印制板烧毁。根据GB/T4588.3-02，图4为35μm和70μm两种导线厚度所允许的短路电流和持续时间关系，可以根据防雷要求等级选择相应的厚度和线宽。根据实践经验，接口电路间接雷电设计要求，印制板厚度为35μm厚度的情况下，等级三波形四线径不小于15mil，等级三波形五不小于30mil。

3结束语

本文提出的针对机载电子设备电源接口电路的雷电防护设计复查方法，该经验来自于某型机载电子设备整改过程，经整改后雷电防护电路随产品通过了鉴定试验考核，能够有效保护后端接.口电路。文中提出的TVS管在接口电路中的雷电复查方法同样适用机载电子设备其他类型接口雷电防护设计。

作者：刘国美，王永国，禹勇，董凯，王影婕

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