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如何增强CAN总线网络的浪涌防护能力

在现代工业应用中,[CAN](https://zh.wikipedia.org/wiki/控制器区域网络)总线因其抗干扰能力强和通信效率高等特点,被广泛应用于各种信号传输系统。尽管如此,在实际操作中,CAN总线仍会面临诸如静电和浪涌等干扰因素的影响,这可能影响其通信质量和稳定性。为了提升CAN总线的浪涌防护能力,我们可以采取以下几种方法。
首先,理解几种典型的瞬态骚扰。例如,静电放电和浪涌干扰。静电放电通常发生在物体之间,由于电荷积累而产生的放电现象,而浪涌则是由电源系统中的电压突然增加引起的。这些干扰对电子设备,尤其是CAN总线,可能会造成损害。因此,我们需要有效的防护措施来保护CAN总线不受这些干扰的影响。
其次,选用合适的防护器件。例如,TVS二极管、气体放电管和PTC电阻等。TVS二极管可以在电压超过其击穿电压时迅速导通,从而保护电路不受高电压的损害。气体放电管则是在电压超过其放电电压时,通过放电来保护电路。PTC电阻则可以在电流超过其触发电流时,使其阻值急剧增加,从而限制电流,保护电路。
第三,合理的布局和选取器件。在电路设计中,我们需要根据CAN总线的具体应用环境和要求,合理选择防护器件的参数,如耐压值、击穿电压等,以确保其能够有效地保护CAN总线。
最后,可以采用抗浪涌一体化方案。这种方法将所有防护器件集成在一起,形成一套完整的防护系统,可以更有效地保护CAN总线。此外,还可以采用高防护等级的隔离模块,如CTM系列隔离模块,它们具有很高的静电和浪涌防护能力,可以有效地保护CAN总线。
总的来说,提升CAN总线的浪涌防护能力,需要综合考虑多种因素,如防护器件的选择、电路设计、防护方案等。只有综合考虑这些因素,才能有效地提升CAN总线的浪涌防护能力,确保其稳定、可靠的运行。

CAN总线虽然有较强的抗干扰能力,但在实际应用中依旧会受到静电以及浪涌的干扰,在CAN总线组网中我们应该如何提升总线的浪涌防护能力呢?其实并不难,这几种器件让你无忧。

如何增强CAN总线网络的浪涌防护能力

先了解几种典型的瞬态骚扰。

表1 几种瞬态骚扰的比较

从表中可知,浪涌的能量最高,过电流最大,因此危害性也是最大。对于浪涌防护,介绍以下三种器件。

一、TVS

图1 双向TVS管特性图

反向截至电压VRWM:TVS不导通的最高电压;

钳位电压VC:二极管导通通过一定电流时两端的电压,随电流增大而增大;

反向电流IR:VRWM电压下的反向漏电流;

击穿电压VBR:TVS管通过规定测试电流IT(通常为1mA)时的电压,表示TVS管导通的标志电压;

峰值电流IPP:TVS管允许通过的10/1000μs或8/20μs波的最大峰值电流。超过这个电流可能造成永久性损坏。由于功率限制,击穿电压高的管子允许通过的峰值电流越小;

CJ:TVS管的结电容ESD器件大很多,单向的比双向的大,结电容会影响TVS管的响应时间,用于通讯总线时会限制总线带宽。

选型考虑参数:VC、IPP、CJ

二、气体放电管

直流击穿电压VDC:在放电管上施加100V/s上升斜率的电压时,导致放电管击穿的电压值,这是放电管的标称电压值,该参数分散性较大;

脉冲击穿电压VSI:在放电管上施加1kV/μs上升斜率的电压时,导致放电管击穿的电压值。冲击放电电流ID:分为8/20μs波和10/1000μs波冲击放电电流两种。

选型考虑:VDC、ID。

TVS管及气体放电管等器件手册中通常会给出两种电流波的测试参数。8/20μs波和10/1000μs波,两者的主要区别是持续时间及峰值电流,8/20μs峰值电流为kA级别,10/1000μs峰值电流为A级别。持续时间分别如图2、图3所示。

图2 8/20μs电流波

图3 10/1000μs电流波

三、PTC电阻

在浪涌防护电路中PTC电阻起到限流分压作用,既防止TVS管过流损坏,也抬升电压以使气体放电管导通。PTC特性如下图4所示。

图4 PTC电阻特性

最大工作电压VMAX:最高允许温度下,PTC电阻能够持续承受的最大电压;

保持电流Ihold:使PTC阻值稳定在工作点阻值时的电流;

触发电流Itrip:能够使电阻阻值呈现阶跃增加的最小电流;

额定零功率电阻Rn:PTC在常温下的初始电阻;

开关温度TC:阻值呈现阶跃增加的温度,此时阻值为最小阻值的2倍。

选型考虑:Rn、Itrip、Ihold。

四、抗浪涌一体化方案

在使用器件自主搭建时,不仅要考虑板内器件布局,还需要合理的选取器件的耐压值,稍微有些设计不当,就可能达不到预估标准;在生产阶段还可能受人工所干预,影响一致性,这可谓费时伤神啊。ZLG致远电子推出了整体的抗浪涌一体化方案。

1、CTM系列+总线保护器

总线保护器将浪涌防护器件全部集于一体,可用于各种信号传输系统,抑制雷击、浪涌、过压等 有害信号,对设备信号端口进行保护。本产品尤为适合 CAN、RS-485通信领域的浪涌防护。搭配ZLG致远电子的CTM系列隔离模块,可全面提升总线的浪涌防护能力,推荐外围应用图如下图5所示。

图5 浪涌测试电路

2、高防护等级隔离模块

CTM1051(A)HP系列是致远电子有限公司最新推出的高防护等级隔离CAN收发器,符合国际ISO11898-2标准,静电防护等级可达接触±8kV,空气放电±15kV,浪涌防护可达±4kV隔离CAN解决方案,具体如下图6所示,能够适用于各种恶劣的工业现场环境。应用简便,即插即用,应用原理图如下图7所示。

图6 CTM1051(A)HP的EMC性能

图7 应用原理图

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