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摘要 航空障碍灯常安装在构筑物的最高点或最高边缘，工作状态下可以提醒飞行人员障碍物的位置、高度等信息，对保证飞行安全和保护建筑设施起着至关重要的作用。《中华人民共和国民用航空法》第六十一条规定：在民用机场及其按照国家规定划定的净空保护区域以外，对可能影响飞行安全的高大建筑物或者设施，应当按照国家有关规定设置飞行障碍灯和标志，并使其保持正常状态。由于航空障碍灯安装维护困难，产品质量及电气设计格外重要。本文通过电磁兼容试验，对一批航空障碍灯坏件进行失效分析，确定了雷电电磁脉冲是造成此批障碍灯失效的主要原因，并提出改进意见，可为产品设计及选型提供参考。
关键词 航空障碍灯；雷电电磁脉冲；电磁兼容试验
中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）14-0016-02
1失效描述与初步分析
统计此批航空障碍灯坏件可知，损坏部位主要集中在控制电路板的电源电路及输出端至LED灯体的电路。控制电路板的电源部分损坏器件主要有：热敏电阻NTC引脚烧断，铝电解电容防爆阀开裂，开关电源芯片LNK306烧毁（主要集中在第5引脚附近）。失效图片见图1。
热敏电阻NTC在电路电源接通瞬间，初始阻值较大，可以抑制电路中的过大电流，保护电源电路和负载，起到浪涌抑制器的作用。热敏电阻NTC引脚烧断导致开路，常由于瞬间电流过大导致，失效形式为打火、炸裂、烧毁和引脚熔断等，而瞬间大电流一般是瞬间过压引起。
铝电解电容防爆阀开裂，主要原因是内压过高，常见失效机理有长期使用导致老化、施加过电压、纹波电流过大、施加反向电压、施加交流电、过温等。分析控制电路可知，由于电解电容前端有整流二极管，所以可以排除施加反向电压和交流电的可能。
开关电源芯片LNK306炸裂，主要原因有过电压，过电流，过温。查看芯片说明书可知，LNK306芯片内有限流和过温保护，所以可以排除过电流与过温的可能，且由于LNK306的擊穿电压为700V，所以如果是过电压导致，过压值应超过700V。
综合上述分析可以推测，过电压可能是导致此批航空障碍灯失效的主要原因。
结合航空障碍灯电气接线可知，过压源可能有3种，分别是直击雷、电网波动、雷电电磁脉冲（感应雷）。其中，直击雷破坏力强，不会仅仅造成航空障碍灯电路板元器件损坏，且航空障碍灯处于避雷器保护范围内，故可以排除直击雷影响；电网波动造成的浪涌电压可能从浪涌保护器SPD前端引入；雷电电磁脉冲造成的浪涌电压可能从SPD前端、传输线上以及航空障碍灯的输出端LED灯处引入。为进一步确定过压源及失效机理，可在实验室环境下，通过电磁兼容试验分别模拟上述几种浪涌电压对航空障碍灯的影响，确定失效原因。为尽可能模拟真实环境，此次试验的样品及接线均与实际现场保持一致。
2试验过程
2.1验证电网波动的影响
为验证电网波动的影响，需从浪涌抑制器SPD前端引入浪涌电压，试验接线参见图2。当在SPD前端施加500V浪涌电压，航空障碍灯输入端电压波形的最大值为491.9V；当施加1000V时，航空障碍灯输入端电压波形的最大值为620.5V。试验后，航空障碍灯未发生损坏且功能正常。
根据从现场返回的数据可知，现场电网波动最大峰值为410V，且航空障碍灯内的开关电源芯片最大耐受电压为700V，可以推断，航空障碍灯的损坏不是电网波动造成的。
2.2验证雷电电磁脉冲的影响
雷电电磁脉冲可能从SPD前端、传输线上以及航空障碍灯的输出端LED灯处引入浪涌。由于浪涌抑制器SPD安装在配电柜内，柜体的屏蔽作用使其受雷电电磁脉冲干扰较小，所以航空障碍灯损坏原因由雷电电磁脉冲从SPD前端引入的机率很小，可以排除。
为模拟雷电电磁脉冲对传输线的影响，把传输线放于感应线圈包围范围内，即在SPD后端引入浪涌电压，当施加的脉冲磁场强度达到最大等级1000A/m（峰值）时，航空障碍灯输入端电压波动仍然很小。判断在现有的实验室环境下，难以评估真实雷电脉冲磁场对传输线的影响。为此，可利用现有电磁兼容试验设备模拟传输线上的浪涌电压对灯的影响，即在SPD和航空障碍灯之间进行浪涌电压试验，试验接线如图3所示。
当所加电压达到2000V（差模）时，航空障碍灯开关电源芯片炸裂，同时电解电容防爆阀打开，损坏情况与图1中坏件失效情形一致。浪涌电压冲击过程中，SPD和航空障碍灯两端电压峰值为830V，超过开关电源芯片最大耐受电压700V。
为模拟雷电电磁脉冲对航空障碍灯的输出端的影响，可在电路的输出端与LED灯体之间施加浪涌电压，试验接线如图4所示：试验电压从差模电压200V开始加，刚开始施加浪涌电压，航空障碍灯就不再闪烁，而是常亮，经检测555定时器芯片损坏，而对LED灯体的输出端打同样电压时，LED灯能正常工作，试验结果与坏件中控制电路板的输出端多处受损，但与之配套LED灯体多为完好的情况一致。
3试验结果及原因分析
通过上述电磁兼容试验可知，电网波动不是造成此次航空障碍灯失效的原因。根据MHT6012《航空障碍灯民用航空行业标准》可知，航空障碍灯必须满足电源输入、控制和监视接口电路耐受3000A、8/20us短路电流脉冲和6000V、1.2/50us的开路电压脉冲的要求。试验证明，当对航空障碍灯前端注入大于800V浪涌电压时，航空障碍灯失效；输出端注入大于200V时，航空障碍灯失效。所以当外部雷电电磁脉冲强度足够时，航空障碍灯传输线上有可能感应出极大的浪涌电压损坏航空障碍灯；同时，雷电流在经避雷器放电过程中，在航空障碍灯周围会产生的强大雷电电磁脉冲，也可能在电路内部产生较大感应电压。
4结论
从上述分析可知，雷电电磁脉冲的干扰是导致此批航空障碍灯失效的直接原因。根据现场返回信息可知，现场走线未采取任何屏蔽措施，并且航空障碍灯的灯体采用的是非金属外壳，易受外界电磁场干扰。试验表明，雷电电磁脉冲可以从航空障碍灯的传输线及输出端引入导致失效，建议传输线改为屏蔽线，并采用双绞线，同时通过在金属管内布线来减少雷电电磁脉冲对传输线的干扰。屏蔽线与电路板内部PE有效连接；另一端连接到配电柜内的PE地上；金属管一端与航空障碍灯金属底座连接（最好螺纹直接拧在金属管上），另一端连接在配电柜外的接地线上。此外，对航空障碍灯外部可加金属网罩进行屏蔽防护，使部件在雷电等强电流电磁干扰环境中，具有优秀的抗干扰性能。
关键词 航空障碍灯；雷电电磁脉冲；电磁兼容试验
中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）14-0016-02
1失效描述与初步分析
统计此批航空障碍灯坏件可知，损坏部位主要集中在控制电路板的电源电路及输出端至LED灯体的电路。控制电路板的电源部分损坏器件主要有：热敏电阻NTC引脚烧断，铝电解电容防爆阀开裂，开关电源芯片LNK306烧毁（主要集中在第5引脚附近）。失效图片见图1。
热敏电阻NTC在电路电源接通瞬间，初始阻值较大，可以抑制电路中的过大电流，保护电源电路和负载，起到浪涌抑制器的作用。热敏电阻NTC引脚烧断导致开路，常由于瞬间电流过大导致，失效形式为打火、炸裂、烧毁和引脚熔断等，而瞬间大电流一般是瞬间过压引起。
铝电解电容防爆阀开裂，主要原因是内压过高，常见失效机理有长期使用导致老化、施加过电压、纹波电流过大、施加反向电压、施加交流电、过温等。分析控制电路可知，由于电解电容前端有整流二极管，所以可以排除施加反向电压和交流电的可能。
开关电源芯片LNK306炸裂，主要原因有过电压，过电流，过温。查看芯片说明书可知，LNK306芯片内有限流和过温保护，所以可以排除过电流与过温的可能，且由于LNK306的擊穿电压为700V，所以如果是过电压导致，过压值应超过700V。
综合上述分析可以推测，过电压可能是导致此批航空障碍灯失效的主要原因。
结合航空障碍灯电气接线可知，过压源可能有3种，分别是直击雷、电网波动、雷电电磁脉冲（感应雷）。其中，直击雷破坏力强，不会仅仅造成航空障碍灯电路板元器件损坏，且航空障碍灯处于避雷器保护范围内，故可以排除直击雷影响；电网波动造成的浪涌电压可能从浪涌保护器SPD前端引入；雷电电磁脉冲造成的浪涌电压可能从SPD前端、传输线上以及航空障碍灯的输出端LED灯处引入。为进一步确定过压源及失效机理，可在实验室环境下，通过电磁兼容试验分别模拟上述几种浪涌电压对航空障碍灯的影响，确定失效原因。为尽可能模拟真实环境，此次试验的样品及接线均与实际现场保持一致。
2试验过程
2.1验证电网波动的影响
为验证电网波动的影响，需从浪涌抑制器SPD前端引入浪涌电压，试验接线参见图2。当在SPD前端施加500V浪涌电压，航空障碍灯输入端电压波形的最大值为491.9V；当施加1000V时，航空障碍灯输入端电压波形的最大值为620.5V。试验后，航空障碍灯未发生损坏且功能正常。
根据从现场返回的数据可知，现场电网波动最大峰值为410V，且航空障碍灯内的开关电源芯片最大耐受电压为700V，可以推断，航空障碍灯的损坏不是电网波动造成的。
2.2验证雷电电磁脉冲的影响
雷电电磁脉冲可能从SPD前端、传输线上以及航空障碍灯的输出端LED灯处引入浪涌。由于浪涌抑制器SPD安装在配电柜内，柜体的屏蔽作用使其受雷电电磁脉冲干扰较小，所以航空障碍灯损坏原因由雷电电磁脉冲从SPD前端引入的机率很小，可以排除。
为模拟雷电电磁脉冲对传输线的影响，把传输线放于感应线圈包围范围内，即在SPD后端引入浪涌电压，当施加的脉冲磁场强度达到最大等级1000A/m（峰值）时，航空障碍灯输入端电压波动仍然很小。判断在现有的实验室环境下，难以评估真实雷电脉冲磁场对传输线的影响。为此，可利用现有电磁兼容试验设备模拟传输线上的浪涌电压对灯的影响，即在SPD和航空障碍灯之间进行浪涌电压试验，试验接线如图3所示。
当所加电压达到2000V（差模）时，航空障碍灯开关电源芯片炸裂，同时电解电容防爆阀打开，损坏情况与图1中坏件失效情形一致。浪涌电压冲击过程中，SPD和航空障碍灯两端电压峰值为830V，超过开关电源芯片最大耐受电压700V。
为模拟雷电电磁脉冲对航空障碍灯的输出端的影响，可在电路的输出端与LED灯体之间施加浪涌电压，试验接线如图4所示：试验电压从差模电压200V开始加，刚开始施加浪涌电压，航空障碍灯就不再闪烁，而是常亮，经检测555定时器芯片损坏，而对LED灯体的输出端打同样电压时，LED灯能正常工作，试验结果与坏件中控制电路板的输出端多处受损，但与之配套LED灯体多为完好的情况一致。
3试验结果及原因分析
通过上述电磁兼容试验可知，电网波动不是造成此次航空障碍灯失效的原因。根据MHT6012《航空障碍灯民用航空行业标准》可知，航空障碍灯必须满足电源输入、控制和监视接口电路耐受3000A、8/20us短路电流脉冲和6000V、1.2/50us的开路电压脉冲的要求。试验证明，当对航空障碍灯前端注入大于800V浪涌电压时，航空障碍灯失效；输出端注入大于200V时，航空障碍灯失效。所以当外部雷电电磁脉冲强度足够时，航空障碍灯传输线上有可能感应出极大的浪涌电压损坏航空障碍灯；同时，雷电流在经避雷器放电过程中，在航空障碍灯周围会产生的强大雷电电磁脉冲，也可能在电路内部产生较大感应电压。
4结论
从上述分析可知，雷电电磁脉冲的干扰是导致此批航空障碍灯失效的直接原因。根据现场返回信息可知，现场走线未采取任何屏蔽措施，并且航空障碍灯的灯体采用的是非金属外壳，易受外界电磁场干扰。试验表明，雷电电磁脉冲可以从航空障碍灯的传输线及输出端引入导致失效，建议传输线改为屏蔽线，并采用双绞线，同时通过在金属管内布线来减少雷电电磁脉冲对传输线的干扰。屏蔽线与电路板内部PE有效连接；另一端连接到配电柜内的PE地上；金属管一端与航空障碍灯金属底座连接（最好螺纹直接拧在金属管上），另一端连接在配电柜外的接地线上。此外，对航空障碍灯外部可加金属网罩进行屏蔽防护，使部件在雷电等强电流电磁干扰环境中，具有优秀的抗干扰性能。