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一个可行的军工,航空电子设备浪涌及电磁脉冲解决方案

随着气象条件的急剧变化,自然或者人为的各种高强度瞬变电磁脉冲,给人类的生命和财产安全造成严重威胁。比如:2019年5月,一架俄罗斯苏霍伊-100喷气式客机,在着陆前,遭遇雷击,导致通讯设备失灵,而后硬着陆,造成41人遇难的事故;2005年12月,一场太阳风暴所释放的X射线使卫星通讯和全球定位系统信号中断了10分钟,给全球造成的经济损失难以估量,本文尝试对浪涌和电磁脉冲防护进行分析,并给出一个可行的产品解决方案。

(一)浪涌(electrical surge)和电磁脉冲(EMP)介绍

雷击浪涌:由于直击雷或者间接雷引起瞬态过电压。通常会在电力线上感应出很高的电压,由于雷击浪涌的能量非常巨大,需要通过分级泄放的方法,一般采取三级到四级保护,将雷击能量逐步泄放到大地。

电磁脉冲:是另一种瞬态现象,相对于浪涌,能量更小,在时域波形中,是一个纳秒或者皮秒级短脉冲信号;具有辐射范围广,强度高,频谱宽的特点,可以通过多种方式进行耦合,对电子设备或系统具有强大的破坏效应。

(二)产品介绍及解决方案

TY630系列滤波器:EMI/EMP滤波器,14Khz~40Ghz,全频段衰减大于100dB ;电路为稳态电路,EMP衰减值大于30dB(C系列),大于26dB(CL系列),可以充分满足EMP抑制的要求。优点:滤波器内部没有瞬态电路,不含有MOV,TVS器件,故不存在老化,劣化问题。缺点:泄漏电流很大,浪涌8/20uS波形测试效果较差。(EMP测试按照MIL188-125-1/2进行)。

TYJ6200T系列滤波器:电路由稳态电路加瞬态电路组成,EMP衰减值大于30dB,可以充分满足EMP抑制的要求。优点:泄漏电流小,瞬态电路还可以把浪涌电压钳位在一个很低的电压水平(小于350V), 缺点:含有MOV,TVS器件,存在器件老化,劣化问题。

TYJ140系列有源浪涌抑制器:直流浪涌抑制时,TVS具备优异的钳位功能,一直是工程师的首选,但是按照GJB188,GJB298,铁路RIA12标准,波形持续时间为30-500mS;TVS管工作时,PN结就会热击穿损坏,如下图。此时,有源浪涌抑制器就是最佳解决办法。

我司有源浪涌抑制器工作原理如下:产品由MOS管,采样电路,CPU,泄流电路四部分组成。以28V有源浪涌抑制器为例:通电后,抑制器完成建压,打开MOS管,使MOS管处于全导通状态,泄流回路处于待机状态。如果采样电路采集到浪涌信号,CPU就会打开泄流电路,并由MOS管将输出电压钳位在35~36V,浪涌结束后,泄流回路又回到待机状态,持续给后续电路提供一个稳定电压。如下图。

谐振腔波导型EMP滤波器:由于此产品不属于我司业务范围,在此不做说明。

在本文中,给出了浪涌和电磁脉冲抑制的多种方法,用户可根据实际情况,选择合适的产品,改善电子设备或系统的浪涌和电磁脉冲防护能力,顺利通过相关测试。