航空電子設(shè)備防雷設(shè)計(jì)的圖形化用戶界面
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在鍵入輸入值后，設(shè)計(jì)師只需按下“Calculate”按鈕，輸出文本框中就會(huì)出現(xiàn)輸出結(jié)果。然后借助文獻(xiàn)[1]中的指南就可以用這些結(jié)果選擇出合適的元件。如果設(shè)計(jì)師希望調(diào)整某個(gè)輸入?yún)?shù)，只需修改那個(gè)輸入?yún)?shù)然后再按下“Calculate”按鈕就能更新輸出結(jié)果。這一功能使得設(shè)計(jì)師能夠在各種串聯(lián)電阻、鉗位電壓和銅重量之間迅速作出折衷。
GUI還包含文獻(xiàn)[1]中沒有考慮到的一個(gè)參數(shù)——反射線路阻抗。在雷擊發(fā)生器的校準(zhǔn)過程中，用于補(bǔ)償反射線路阻抗的一種典型技術(shù)是增加Voc直到達(dá)到Isc.Voc保持在文獻(xiàn)[2]允許的10%容差范圍內(nèi)，但一般偏大。這將導(dǎo)致航空電子設(shè)備有點(diǎn)過度測試。帶有余量的魯棒性防雷技術(shù)應(yīng)該沒有這方面的問題。然而，過度測試可能導(dǎo)致邊際設(shè)計(jì)失效。在防雷設(shè)計(jì)中應(yīng)該咨詢以前對(duì)所用測試裝置的校準(zhǔn)結(jié)果。
設(shè)計(jì)例子
下面是一個(gè)針對(duì)電源輸入的多級(jí)防雷方案設(shè)計(jì)例子。電源要求耐受4級(jí)合成材料飛行器雷擊分類B4[文獻(xiàn)2].對(duì)于要保護(hù)的下游元件來說，WF5A 750/750瞬時(shí)信號(hào)[2]必須被鉗位在200V以下。
另外，鑒于過壓測試要求，抑制器件在輸入電壓為80V時(shí)必須不導(dǎo)通。在正常工作過程中，防雷電路上的壓降是有要求的，它將串聯(lián)電阻限制在2.5Ω以下?？傊?，抑制器件必須利用不到2.5Ω的串聯(lián)電阻將雷擊瞬時(shí)信號(hào)電壓可靠地鉗位在80V和200V之間。
第一級(jí)
查看一些MOV數(shù)據(jù)手冊可以知道，MOV能夠耐受WF5A 750/750瞬時(shí)電壓，并且無需串聯(lián)電阻就能提供某些鉗位操作。這種器件型號(hào)是V130LA10.使用圖6所示的V130LA5（鉗位特性與V130LA10完全相同，但最大額定電流要低一些）的PSPICE模型可以產(chǎn)生圖7所示的瞬時(shí)信號(hào)。在文獻(xiàn)[2]中的WF5A 750/750瞬時(shí)信號(hào)條件下MOV的鉗位電壓是220V.這個(gè)信息隨即被輸入圖8所示的GUI.
圖6：針對(duì)第一級(jí)的PSPICE仿真截屏。
圖7：針對(duì)第一級(jí)的PSPICE數(shù)據(jù)截屏。
圖8：針對(duì)第一級(jí)的GUI截屏。
V130LA10具有4500A的8 x 20-μs額定電流。圖6表明，在這個(gè)瞬時(shí)過程中施加到MOV上的等效8 x 20-μs電流是2566A.因此該器件可以耐受這個(gè)瞬時(shí)電壓。
為了在MOV正常工作時(shí)能夠耐受瞬時(shí)電壓，將接口觸點(diǎn)連接到MOV的PCB走線應(yīng)該是19密耳寬的1盎司銅線。不過如果MOV發(fā)生短路時(shí)，走線應(yīng)該27密耳寬才能耐受文獻(xiàn)[2]中WF5A 750/750瞬時(shí)信號(hào)的短路電流。
好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，如果使用1盎司銅的話設(shè)計(jì)師應(yīng)該將PCB走線寬度設(shè)計(jì)為至少27密耳。如果由于條件受限不能采用27密耳寬的PCB走線，他們就應(yīng)該盡可能增加銅的重量。否則他們應(yīng)該明白，如果MOV發(fā)生短路的話，PCB走線很可能被熔斷。
第二級(jí)
使用各種元件值和鉗位電壓進(jìn)行的多次試驗(yàn)表明，V85MLA1210 MOV在使用1Ω串聯(lián)電阻時(shí)具有理想的鉗位特性，如圖9所示。鉗位電壓是226V.
圖9：用于確定鉗位電壓的PSPICE模型。
增加V85MLA1210/1Ω電阻組合后將改變V130LA10器件的鉗位電壓，最終的瞬時(shí)信號(hào)如圖10所示。這個(gè)瞬時(shí)信號(hào)被導(dǎo)出到一個(gè)。txt文件，用于提供圖11中的GUI所需的輸入瞬時(shí)值。這個(gè)文件中的數(shù)據(jù)必須被組織成兩欄：時(shí)間和電壓，并且必須有一個(gè)標(biāo)題行。這是PSPICE導(dǎo)出的標(biāo)準(zhǔn)格式，但數(shù)據(jù)可能來自任何源。
圖10：當(dāng)增加第二級(jí)后形成的第一級(jí)瞬時(shí)信號(hào)。
圖11：第二級(jí)GUI.
通過從“Lightning Waveform being designed for”下拉框選擇“。txt_file”選項(xiàng)，這個(gè)。txt文件就可以被用作輸入瞬時(shí)信號(hào)。在按下“Calculate”按鈕后將彈出一個(gè)對(duì)話框，用于選擇。txt文件。當(dāng)選中“。txt_file”選項(xiàng)后，GUI就不會(huì)再使用“Open Circuit Voltage”和“Short Circuit Current”輸入了。
利用文獻(xiàn)[1]提供的線繞電阻方面的0.7J/W經(jīng)驗(yàn)法則，可以使用一個(gè)2W、1Ω的線繞電阻。VJ15M00600K MOV具有與V85MLA1210 MOV相同的鉗位特性，但有更高的額定電流——800A.因瞬時(shí)信號(hào)導(dǎo)致的等效8 x 20μs電流是625A.
第三級(jí)
對(duì)于第三級(jí)來說，80V這個(gè)要求非常重要。因此要用到瞬態(tài)抑制二極管（TVS），因?yàn)殂Q位電壓在器件的動(dòng)態(tài)電流范圍內(nèi)變化很小。第三級(jí)的設(shè)計(jì)方式與第二級(jí)相同。在PSPICE中改變器件，直到找到可以提供理想結(jié)果的電阻/TVS組合。然后使用GUI提供數(shù)據(jù)手冊參數(shù)，選出合適的器件。
SMDJ75CA和1.21Ω串聯(lián)電阻這個(gè)組合也可以提供想要的鉗位效果。圖12顯示了結(jié)果電路。就像第二級(jí)影響第一級(jí)上的瞬時(shí)信號(hào)一樣，增加第三級(jí)也會(huì)影響第二級(jí)的瞬時(shí)信號(hào)。圖13顯示了用于第三級(jí)GUI的結(jié)果瞬時(shí)信號(hào)。
圖11：第二級(jí)GUI.
圖13：第三級(jí)GUI.
可以使用1W、1.21Ω的線繞電阻。圖14表明，SMDJ75CA TVS可以耐受這個(gè)瞬時(shí)信號(hào)。
評(píng)論