[发明专利]一种高等级雷电防护电路及设计方法

权利要求书

1.一种高等级雷电防护电路，其特征在于：

所述高等级雷电防护电路，包括为电源防护单元、ARINC429防护单元及离散量防护单元，电源防护单元包括2路28V电源信号，ARINC429防护单元包括3路ARINC429通讯信号，离散量防护单元包括8路5V地/开信号；

所述电源防护单元包括电源防雷电路及防雷滤波器，28V电源正极28V_HPS和28V电源地28V_GND分别通过两个气体放电管G3和G4接地，用于高电压高电流泄放，28V电源正极28V_HPS和28V电源地28V_GND之间连接1个共模电感L3，对电源进行共模滤波；然后28V电源正极28V_HPS和28V电源地28V_GND之间并联1个陶瓷电容C1进行滤波；最后接四个TVS管，为瞬态雷电信号提供泄放路径，四个TVS管分为两组，每组两个TVS管进行串联，串联后的两个TVS管并联在28V电源正极28V_HPS和28V电源地28V_GND之间；

所述ARINC429通讯防护电路中正端信号TX+与负端信号TX-之间并联1个TVS管相连，保证信号TX+与信号TX-之间电气特性正常工作；然后正端信号TX+和负端信号TX-分别通过TVS管与地相连，为瞬态雷电信号提供泄放路径；接着信号TX+与信号TX-之间串联2个电容用于滤波，信号TX+与信号TX-的后端分别串联1个限流电阻，对通过的雷电高电流信号进行限流；通过限流电阻后的信号TX+与信号TX-之间接1个共模电感实现共模滤波；

离散量防护电路中离散量信号与地之间串联1个TVS管，为瞬态雷电信号提供泄放路径；TVS管两端并联1个电容进行滤波，TVS管不接地的一端串联1个限流电阻，电容和限流电阻降低残压对后级电路的冲击影响。

2.一种利用权利要求1所述高等级雷电防护电路的设计方法，其特征在于包括下述步骤：

28V电源信号首先通过具有防雷和滤波功能的滤波器MNF613-LHY-3A(B)，接着通过电源防雷电路，28V电源防雷电路TVS管功率计算步骤如下：

a)计算等级4瞬态的源阻抗；

Z_s＝V_oc/I_sc (1)

其中Z_s为源阻抗，V_oc为波形电压，I_sc为波形电流；

b)计算28V输出电源电路中TVS管V_BR电源和V_c；

V_BR电源＝1.2*V_工作电源 (4)

V_c＝(I_P/I_PP)*(V_cmax-V_BRmax)+V_BRmax (5)

式中，V_BR电源为电源击穿电压，V_c为电流为I_P时的箝位电压，I_P为实际测试脉冲电流，I_PP为最大额定峰值脉冲电流，V_cmax为最大箝位电压，V_BRmax为击穿电压上限；

其中

V_c≤2*V_工作电源≈1.5V_BR电源 (6)

c)计算TVS管脉冲峰值电流；

I_P3＝(V_oc3-V_c)/Z_s3 (8)

I_P4＝(V_oc4-V_c)/Z_s4 (9)

角标3和4分别代表波形3和波形4所对应的参数；

d)计算电路测试波形对应的TVS管脉冲功率：

P_P3＝V_c*I_P3 (10)

P_P4＝V_c*I_P4 (11)

其中P_P3为波形3TVS管脉冲功率；其中P_P4为波形4TVS管脉冲功率；

28V电源电路不同测试波形下的指标值如表3所示：

表3 28V输出申源申路不同波形下TVS指标

28V输出电源电路	波形3	波形4
oc/Isc(等级4)]]>	1500/60	750/150
波形源阻抗Zs	25Ω	5Ω
波形脉冲时间Tp	5μs	69μs
TVS管脉冲峰值电流	58A	140A
TVS管估算脉冲功率	2.96KW	7.14W

TVS管D1、D2、D3选用Littelfuse公司的SMCJ40CA，峰值功率标称10KW，大于P_P3和P_P4，满足防雷要求；共模电感选择用vishay厂家的ICM2824ER701V，气体放电管选用EZ0-A90XSMD，电容选用1000pf陶瓷电容对信号进行滤波。