CN214756332U - 一种can收发器抗干扰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及CAN收发器技术领域，公开了一种CAN收发器抗干扰装置，包括CAN收发器和隔离脉冲变压器，CAN收发器和隔离脉冲变压器通过连接线双向连接，所述连接线上安装有偏置电阻。本实用新型的有益效果为：CAN收发器受到电气隔离保护，避免了总线上的电势差或者浪涌脉冲导致的CAN收发器损坏；增加偏置电阻提高隐性电平的容忍阈值，使得CAN节点在接收状态时不容易被偶发的干扰脉冲影响而出现错误中断，减少了系统无用的响应。

Description

一种CAN收发器抗干扰装置

技术领域

本实用新型涉及CAN收发器技术领域，特别是涉及一种CAN收发器抗干扰装置。

背景技术

目前，汽车所处的电磁环境发生了巨大的改变，所以电动汽车CAN 总线受到电磁干扰的问题变得更加复杂。汽车CAN总线通信受到的电磁干扰主要来自汽车内部电路或者外部工频磁场产生的共模和差模干扰。

当车载电脑发送指令时，电动汽车中各种开关、继电器和电机控制器等感性器件在执行指令过程中由于汽车内部电路电流通断会产生很高的瞬变电压，该电压以传导耦合的方式通过汽车电源进入到车内其它电子设备中，造成这些电子设备的CAN收发器的电源电压发生干扰，从而引起CAN总线数据传输波形发生畸变。当这种干扰超过CAN总线收发器共模电压容忍度(－12V－7V)时，此干扰会导致CAN总线数据传输错误。例如当电动汽车车长超过10米，CAN总线收发器共模电压可能达到10V左右，此电压会造成CAN收发器直接烧毁。

在电动汽车动力系统工作的过程中，比如电池放电经过DC－AC转换，电压输出给电机驱动器，电机驱动车辆前进同时可以驱动空调压缩机进行制冷。当电动汽车下坡时，电机驱动器能量回收系统通过AC－DC转换回馈给电池充电。这些电压的变化，都是通过变频器逆变器进行转换得到。在变换过程中，电机控制器、逆变器的开关器件IGBT和功率二极管等产生高频电磁干扰，这些较强的电磁干扰通过磁场辐射耦合到其附近CAN总线的传输线上如图1所示，导致CAN总线产生共模和差模的脉冲干扰。

当外界的干扰脉冲强度变大，脉冲浪涌从CANH和CANL传导进来，容易击穿CAN收发器靠近接口的上下两个MOS管，或者直接损坏接收运放，导致CAN收发器失效，CAN收发器损坏位置如图2所示。

传统的CAN总线抗干扰设计常规采用对CAN控制器与CAN收发器之间增加信号隔离和电源隔离的方式，把CAN总线的直流耦合隔绝在外，降低外界干扰对主控电路的影响，现有技术参见说明书附图3，CAN收发器左边是常规的信号隔离和电源隔离，电路中采用6N137的光电隔离芯片进行信号隔离，采用ZY0505BS－1W电路进行电源隔离。

但是，现有的CAN总线抗干扰电路，只保护了CAN控制器，而将CAN 收发器抛弃在隔离之外，CAN收发器仍然会被干扰脉冲损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是：将CAN收发器保护起来，避免受到干扰脉冲的损坏。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种CAN收发器抗干扰装置。

一种CAN收发器抗干扰装置，包括CAN收发器和隔离脉冲变压器，包括CAN收发器和隔离脉冲变压器，所述CAN收发器和所述隔离脉冲变压器通过连接线双向连接，所述连接线上安装有偏置电阻。

进一步的，所述CAN收发器的CANH接口和隔离脉冲变压器输入正端管脚连接，所述CAN收发器的CANL接口和隔离脉冲变压器输入负端管脚连接。

进一步的，所述CAN收发器的CANH接口和隔离脉冲变压器输入正端管脚的连接线上安装一个对GND的下拉偏置电阻，所述CAN收发器的CANL接口和隔离脉冲变压器输入负端管脚的连接线上安装一个对电源的上拉偏置电阻。

进一步的，还包括CAN控制器，所述CAN控制器和CAN收发器双向连接。

进一步的，所述CAN控制器和CAN收发器之间还连接有信号隔离装置，所述信号隔离装置与CAN控制器和CAN收发器双向连接。

进一步的，所述CAN控制器和CAN收发器之间还连接有电源隔离装置，所述电源隔离装置并联在信号隔离装置两端，所述电源隔离装置为ZY0505BS－1W电路。

进一步的，所述信号隔离装置为6N137的光电隔离芯片或者电容隔离芯片ISO7221。

本实用新型公开的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：

1.增加了直接对CAN信号进行隔离的脉冲变压器，使得CAN收发器也可以受到电气隔离保护，避免了总线上的电势差或者浪涌脉冲导致的CAN收发器损坏；

2.增加了偏置电阻提高隐性电平的容忍阈值，使得CAN节点在接收状态时不容易被偶发的干扰脉冲影响而出现错误中断，减少了系统无用的响应。

附图说明

图1是本实用新型背景技术中电磁干扰通过磁场辐射耦合到其附近CAN总线的传输线的示意图；

图2是本实用新型背景技术中CAN收发器损坏位置的示意图；

图3是本实用新型背景技术中电源隔离和信号隔离的示意图；

图4是本实用新型CAN收发器抗干扰装置的示意图；

图5是本实用新型CAN收发器抗干扰装置的电路图；

图6是本实用新型CAN收发器未增加偏置电阻的电压信号范围；

图7是本实用新型CAN收发器增加偏置电阻模块后的电平变化。

附图说明：1CAN控制器、2CAN收发器、3隔离脉冲变压器、4偏置电阻、5信号隔离装置、6电压隔离装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本申请实施例中所出现的隔离变压器、脉冲隔离变压器均为隔离脉冲变压器。

实施例1：

参照附图4，一种CAN收发器抗干扰装置，包括CAN收发器2和隔离脉冲变压器3，CAN收发器2和隔离脉冲变压器3双向连接。

参照附图2和3，常规的CAN总线抗干扰电路，只保护了CAN控制器1，而将CAN收发器2抛弃在隔离之外，CAN收发器2仍然会被干扰脉冲损坏。为了将CAN收发器2也保护起来在CAN总线抗干扰硬件电路设计时在CAN收发器2靠近电动汽车CAN总线侧接入隔离脉冲变压器3。

为通过隔离脉冲变压器3该电路对CAN总线信号直接隔离，去除直流的耦合通道，提高了共模耐压能力，从而达到保护CAN收发器2 和控制器的目的。隔离脉冲变压器3采用的是与CAN总线类似的MVB 总线的隔离变压器，以满足CAN总线最高传输速率1Mbps波特率的需求。

参照附图5，本申请公开的技术方案中提供了一种隔离脉冲变压器 3，具体型号为T60430。本领域技术人员可以根据需要自行选择合适的隔离脉冲变压器3以实现上述的信号直接隔离，去除直流的耦合通道，提高了共模耐压能力的目的。

由于增加了隔离脉冲变压器3，CANH和CANL的电压变化范围出现了变化，如附图6所示，CANH的电压变化范围是2.5V～3.5V，CANL的电压变化范围是2.5V～1.5V。CANH－CANL叠加后的差分电平是0～2V变化。该差分信号受到电磁干扰时，虽然可以通过隔离脉冲变压器3实现电磁隔离，但是正常CAN信号也被隔离无法传输。

为了使隔离干扰后的CAN信号能够通过隔离脉冲变压器3，隔离电路中需要增加偏置电阻4电路。所述CAN收发器2和隔离脉冲变压器3 通过连接线连接，所述连接线上安装有偏置电阻4。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图5可知，所述CAN收发器2的CANH 接口和隔离脉冲变压器3输入正端管脚连接，所述CAN收发器2的CANL 接口和隔离脉冲变压器3输入负端管脚连接。现有技术中隔离脉冲变压器3型号众多，但是为了实现本申请的功能，所述CAN收发器2应当与隔离脉冲变压器3的具有相应传输功能的管脚进行连接。

参照附图5，更进一步的是，本申请中采用的CAN收发器2U1的型号为PCA82C251，隔离脉冲变压器3型号为T60430，CAN收发器2的 CANH和隔离变压器源极的3脚(+极)连接，CANL和隔离变压器源极的8脚(－极)连接。

实施例3：

在实施例2的基础上进一步的详细公开本申请的技术方案，所述 CAN收发器2的CANH接口和隔离脉冲变压器3输入正端管脚的连接线上安装一个对GND的下拉偏置电阻4，所述CAN收发器2的CANL接口和隔离脉冲变压器3输入负端管脚的连接线上安装一个对电源的上拉偏置电阻4。

更进一步的，在本申请的技术方案中，CANH信号线增加一个390 Ω对GND地的“下拉偏置电阻4”，CANL信号线增加一个390Ω对VCC5V 电源上拉偏置电阻4。

参照附图7，通过实验结果得到本电路可以将CAN总线信号正常的 0～2V差分电平向负电平偏置到－1～1V左右，最终通过隔离变压器正常进行CAN信号收发。依靠隔离变压器2500VDC的直流隔离耐压，将所有的CAN芯片均进行保护。并且由于本设计采用了偏置电阻4模块，静态的差分隐性电平从0V降低到－1V，根据CAN总线的国际标准 ISO11898－1中差分电平逻辑变化的阈值是0.5V的标准，隐性电平抗干扰容限也从0.5V上升到1.5V，从而使得节点的抗干扰能力也得到增强 (CAN收发器2在隐性时没有驱动能力，非常容易被干扰)。

本领域技术人员可以根据实际的电路通过计算选取合适的偏置电阻4实现抗干扰的目的。

实施例4：

将本申请的CAN收发器2抗干扰装置具体应用到CAN总线抗干扰装置中，具体的结合方式为：

CAN收发器2抗干扰装置还包括CAN控制器1，所述CAN控制器1 和CAN收发器2双向连接。

所述CAN控制器1和CAN收发器2之间还连接有信号隔离装置5，所述信号隔离装置5与CAN控制器1和CAN收发器2双向连接。

所述CAN控制器1和CAN收发器2之间还连接有电源隔离装置6，所述电源隔离装置6并联在信号隔离装置5两端，所述电源隔离装置6 为ZY0505BS－1W电路。

所述信号隔离装置5为6N137的光电隔离芯片或者电容隔离芯片 ISO7221。

更进一步的，在本申请公开的技术方案中采用最新的电容隔离芯片ISO7221进行信号隔离，相比常规的6N137的光电隔离芯片，体积更小，传输速度高出光电隔离芯片10倍，可以减小光电隔离芯片对传输信号边沿的损耗。

实施例5：

本实用新型还可以理解为一种CAN总线抗干扰装置，包括CAN控制器1、CAN收发器2和隔离脉冲变压器3，所述CAN收发器2和隔离脉冲变压器3双向连接，CAN收发器2和隔离脉冲变压器3的连接线上安装有偏置电阻4，所述CAN收发器2和CAN控制器1双向连接。同时为了进一步提高抗干扰性能，在CAN收发器2和CAN控制器1之间安装了信号隔离装置5 和电源隔离装置6。

综上，本实用新型提供了一种CAN收发器抗干扰装置，增加了直接对CAN信号进行隔离的脉冲变压器，使得CAN收发器2也可以受到电气隔离保护，避免了总线上的电势差或者浪涌脉冲导致的CAN收发器2损坏；同时增加偏置电阻4提高隐性电平的容忍阈值，使得CAN节点在接收状态时不容易被偶发的干扰脉冲影响而出现错误中断，减少了系统无用的响应。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，包括CAN收发器和隔离脉冲变压器，所述CAN收发器和所述隔离脉冲变压器通过连接线双向连接，所述连接线上安装有偏置电阻。

2.根据权利要求1所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，所述CAN收发器的CANH接口和隔离脉冲变压器输入正端管脚连接，所述CAN收发器的CANL接口和隔离脉冲变压器输入负端管脚连接。

3.根据权利要求2所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，所述CAN收发器的CANH接口和隔离脉冲变压器输入正端管脚的连接线上安装一个对GND的下拉偏置电阻，所述CAN收发器的CANL接口和隔离脉冲变压器输入负端管脚的连接线上安装一个对电源的上拉偏置电阻。

4.根据权利要求1所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，还包括CAN控制器，所述CAN控制器和CAN收发器双向连接。

5.根据权利要求4所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，所述CAN控制器和CAN收发器之间还连接有信号隔离装置，所述信号隔离装置与CAN控制器和CAN收发器双向连接。

6.根据权利要求4所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，所述CAN控制器和CAN收发器之间还连接有电源隔离装置，所述电源隔离装置并联在信号隔离装置两端，所述电源隔离装置为ZY0505BS－1W电路。

7.根据权利要求6所述一种CAN收发器抗干扰装置，其特征是，所述信号隔离装置为6N137的光电隔离芯片或者电容隔离芯片ISO7221。

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