介紹了一種防雷設(shè)計技術(shù)，這種技術(shù)可以將瞬時雷擊測試過程中元件經(jīng)受的瞬時信號轉(zhuǎn)換為元件的數(shù)據(jù)手冊上標(biāo)明的參考瞬時信號。這樣就能方便地選擇到適合應(yīng)用的元器件，避免設(shè)計過程中的反復(fù)試驗過程。

另外，還介紹了用于確定耐受瞬時信號所要求的最小導(dǎo)線寬度的一種技術(shù)。本文將介紹一種免費的圖形化用戶界面（GUI），可用于完成參考文獻［1］中提到的所有計算并輸出結(jié)果。然后我們可以將這些結(jié)果與數(shù)據(jù)手冊進行比較，從中選出合適的元器件，最終快速設(shè)計出極具魯棒性的防雷保護電路。

為了制造出更輕的飛行器，以便消耗更少的燃料，飛行器制造商已經(jīng)開始使用碳合成材料代替鋁材來制造機身。這種改變的副作用是增加了機身上受到的雷擊對飛行器上使用的電子設(shè)備（航空電子設(shè)備）的間接影響程度。更嚴(yán)重的瞬時雷擊信號要求航空電子設(shè)備的接口具有更高魯棒性的瞬態(tài)保護功能。更強大的保護功能通常要求使用更大的元器件。但飛行器制造商和航空電子設(shè)備供應(yīng)商希望保持現(xiàn)有設(shè)備的外形尺寸不變。因此必須仔細(xì)設(shè)計附加的防雷電路，以便能夠使用最小物理尺寸的元件。

防雷電路中使用的元件的數(shù)據(jù)手冊提供了基于參考瞬時信號的額定值。這些瞬時信號與暴露在飛行器環(huán)境中的電路遭遇的雷擊瞬時信號是不同的。因此典型的設(shè)計方法是憑經(jīng)驗選擇元件。另外一種技巧是使用印刷電路板（PCB）上能夠安裝的最大元件。電路中采用的導(dǎo)線寬度過去通常取決于通用IPC（以前稱為印刷電路板協(xié)會，現(xiàn)在簡稱IPC）指南。

然而，這些指南是為連續(xù)電流開發(fā)的，因此導(dǎo)線寬度會比耐受瞬時電流的要求寬很多。在經(jīng)過初步設(shè)計后，需要搭建和測試原型。然后對測試結(jié)果進行分析，確定電路中使用的器件和導(dǎo)線寬度是否合適。這種“反復(fù)試驗”過程會拖延進度，增加對資源的使用。而使用本文討論的圖形用戶界面（GUI）可以防止這些拖延。

參考文獻［2］的第22章包含有聯(lián)邦航空管理局（FAA）要求的用于間接雷擊測試的雷擊測試瞬時信號。圖1所示的波形4（WF4）是針對金屬飛行器的瞬時測試信號。

圖1：參考文獻［2］的第22章提到的波形4.

圖2所示的波形5A（WF5A）則是用于合成材料飛行器。與此波形有關(guān)的參數(shù)是開路電壓（VOC）和短路電流（ISC）。這些值可以用來校準(zhǔn)用于測試的瞬時信號發(fā)生器的源阻抗。

圖2：參考文獻［2］的第22章提到的WF5A.

為了確定航空電子設(shè)備的測試等級，瞬時雷擊信號必須施加到機身上或進行仿真。參考文獻［3］描述了在由文獻［4］確定的不同位置（區(qū)）施加到機身或進行仿真的瞬時信號。這種測試或仿真將產(chǎn)生與每個區(qū)相關(guān)的電壓值。對于彼此連接的航空電子設(shè)備來說，需要計算連接電纜通過的各個區(qū)的電壓總和，然后翻倍產(chǎn)生每個信號線的測試值。

用文獻［3］中的工藝施加到機身上以確定航空電子設(shè)備測試等級的瞬時雷擊電流與WF4具有相同的上升時間和脈沖寬度。合成材料機身會使這種瞬時信號嚴(yán)重失真，而金屬機身產(chǎn)生的失真是可以忽略不計的。因此，WF5A在持續(xù)時間上要長于WF4.此外，合成材料機身會將來自瞬時雷擊信號的能量更多地傳遞給航空電子設(shè)備。為了在測試過程中仿真這一現(xiàn)象，WF5A也具有1Ω的源阻抗，而WF4的源阻抗為5Ω。

機身產(chǎn)生的失真是由合成材料機身的擴散和結(jié)構(gòu)化壓降（電流x電阻）耦合引起的。圖3是簡化了的這些耦合的可視化描述。

航空電子彼此相連，比如無線電和天線。

圖3：雷擊對航空電子設(shè)備的間接影響圖。在這個例子中，雷擊信號從機尾接入，從機頭逸出。文獻［3］中的測試等級確定過程會改變整個機身上的接入逸出點。藍(lán)色元件是擴散與結(jié)構(gòu)化壓降耦合的簡化模型。這個模型是文獻［5］中的模型的修改版。

在描述結(jié)構(gòu)化壓降與擴散耦合時，可以將機身看作一個雷擊電流流經(jīng)的電阻。通過信號線彼此連接的航空電子設(shè)備與這個電阻是并聯(lián)的關(guān)系。連接航空電子設(shè)備的電纜可以用電感和電容表示。流經(jīng)電阻的電流代表結(jié)構(gòu)化壓降耦合，而電抗分量代表擴散耦合。兩種耦合的組合將進一步使波形變長。由于WF5A具有更長的持續(xù)時間和更低的源阻抗，因此在相同等級下會有更多的能量傳遞到航空電子設(shè)備。