CN220171422U - 一种基于网络变压器的快速响应can总线唤醒电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，包括CAN总线通讯隔离检测模块、主回路供电模块、辅助供电模块，电源隔离模块：主回路供电模块中设有电源转换器；辅助供电模块输出端连接主回路供电模块和CAN总线通讯隔离检测模块；CAN总线通讯隔离检测模块通过控制信号线连接含CAN通讯的MCU控制电路，通过检测输出信号线连接主回路供电模块；CAN总线通讯隔离检测模块中设有D锁存器和网络变压器，网络变压器原边通过第一电子开关连接CAN总线的高位数据线，网络变压器副边通过第二电子开关连接D锁存器的数据输入脚。本申请响应速度快且通过变压器实现与原有CAN总线的隔离，相对于专用的CAN总线唤醒芯片，成本更有优势。

Description

一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路。

背景技术

在新能源户用BMS储能系统领域，电池管理系统均采用电池供电的方式，为了减少电池能量耗损，大部分厂家都在电池管理系统空闲状态下进入休眠模式，然后在预定条件下可通过信号唤醒，进入工作模式。传统的唤醒方式采用基于CAN总线的报文唤醒。该唤醒方式需要采用专门的CAN总线唤醒芯片，不仅需要相应的数字控制单元提供数据信息，而且控制逻辑较为复杂，同时还有响应速度慢的缺点，此外唤醒功能芯片价格较高，不利于成本控制。为此设计了一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述的技术问题，而提供一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路。

本实用新型是按照以下技术方案实现的：

一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，包括CAN总线通讯隔离检测模块、主回路供电模块、辅助供电模块，电源隔离模块：

所述主回路供电模块中设有第一电源转换器，第一电源转换器输入端连接电源正负极，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路以及电源隔离模块；

所述辅助供电模块输入端连接电源正负极，输出端连接主回路供电模块和CAN总线通讯隔离检测模块；

所述电源隔离模块中设有第二电源转换器，第二电源转换器输入端主回路供电模块的输出，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路以及CAN总线通讯隔离检测模块；

所述CAN总线通讯隔离检测模块通过控制信号线连接含CAN通讯的MCU控制电路，通过检测输出信号线连接主回路供电模块；CAN总线通讯隔离检测模块中设有D锁存器和网络变压器，网络变压器原边通过第一电子开关连接CAN总线的高位数据线，网络变压器副边通过第二电子开关连接D锁存器的数据输入脚。

进一步的，所述第一电子开关和第二电子开关均为MOS管，第一电子开关的栅极通过电阻连接非隔离地网络。

进一步的，所述主回路供电模块的第一电源转换器的输入端串联第三电子开关和用于控制第三电子开关通断的驱动电路，驱动电路受控于检测输出信号线和辅助供电模块输出端。

进一步的，所述D锁存器的输入端通过机械开关连接到隔离GND网络。

进一步的，所述D锁存器的锁存控制端和输出端分别通过一个电阻连接控制信号线。

本实用新型具有的优点和有益效果是：

本实用新型中的CAN总线唤醒电路不需要采用专门的CAN总线唤醒芯片，不需要数字控制单元提供数据信息，控制逻辑变得更简单，响应速度快而且通过变压器实现了与原有CAN总线的隔离，此外，相对于专用的CAN总线唤醒芯片，其成本也更有优势。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型中CAN总线通讯隔离检测模块的电路图；

图3是本实用新型中辅助供电模块的电路图；

图4是本实用新型中主回路供电模块的电路图；

图5是本实用新型中电源隔离模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细的说明。

如图1～5所示，一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，包括CAN总线通讯隔离检测模块、主回路供电模块、辅助供电模块、电源隔离模块：

所述主回路供电模块中设有第一电源转换器(U1元件)，第一电源转换器输入端连接电源正负极，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路；第一电源转换器的输入端串联第三电子开关(Q3元件)和用于控制第三电子开关通断的驱动电路。电源正负极即图中的BAT+和BAT-。优选的，第一电源转换器使用LMR16020PDDAR型号；其外围的肖特基二极管使用STPS2H100A型号；第三电子开关使用NCE01P13K型号PMOS管，驱动电路中使用的NMOS管型号为NCEP0114AS，PMOS管型号为NCE01P13K，降压电源芯片LMR16020PDDAR，电源使用电池组合包。

具体的，电源的正极VBAT+连接保险丝F2的一端，电源负极接GND。保险丝F2的另一端连接至Q3的源极，并通过一个双向TVS接GND。Q3的源极通过一个阻值为12K，精度为1％的电阻连接到Q3的栅极上，另外Q3的栅极通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻连接到Q6的漏极上，Q6的栅极通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻接GND。U2的输出Q信号，通过阻值为12K，精度为1％的电阻连接到Q4的栅极，VCC连接Q4的源极，并且VCC通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻连接至Q4的栅极，Q4的漏极通过一个阻值为12K，精度为1％的电阻连接到Q6的栅极。

Q3的漏极经过两个容值为2.2uF，耐压为100V的电容以及一个容值为0.1uF，耐压为100V的电容滤波连接至U1的2脚，U1的4脚通过一个阻值为41.2K，精度1％的电阻连接至GND，U1的1脚通过一个容值为0.1uF，耐压为50V的电容接U1的8脚，同时U1的8脚通过一个肖特基二极管接GND。U1的8脚通过一个10uH的电感，经过两个容值为33uF，耐压为16V的电容滤波对外输出VCC_5V。VCC_5V通过两个串联电阻接地，两个电阻的阻值分别为：阻值为100K，精度为1％，阻值为17.8K，精度为1％。U1的反馈引脚5脚，连接两个电阻的中点。U1的7脚和9脚接GND，其余的引脚浮空。

所述辅助供电模块输入端连接电源正负极，输出端(VCC)连接主回路供电模块和CAN总线通讯隔离检测模块。

具体的，辅助供电模块的主要器件为：稳压管BZX84C4V3，三极管FZT694BTA。电源的正极VBAT+连接保险丝F1的一端，电源的负极VBAT-接GND。保险丝F1的另一端连接至Q5的集电极，另外，Q5的集电极通过一个双向TVS，一个容值为10uF，耐压为100V的电容，一个容值为0.1uF，耐压为100V的电容接GND。Q5的集电极通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻连接到Q5的基极上。此外Q5的基极通过稳压管BZX84C4V3接GND。Q5的发射极通过两个电容接GND，分别为：一个容值为100uF，耐压为35V的电容，一个容值为0.1uF，耐压为50V的电容接地，并对外输出VCC。

所述CAN总线通讯隔离检测模块通过隔离供电线和控制信号线连接含CAN通讯的MCU控制电路，控制信号线即图中的GPIO1。通过检测输出信号线连接主回路供电模块；CAN总线通讯隔离检测模块中设有D锁存器(U2元件)和网络变压器(T1元件)，网络变压器原边通过第一电子开关连接CAN总线的高位数据线，即CAN_H信号。网络变压器副边通过第二电子开关连接D锁存器的数据输入脚。检测输出信号线连接D锁存器的Q脚，也就是图1～图4中的Q信号。

进一步的，所述第一电子开关和第二电子开关均为MOS管，第一电子开关的栅极通过电阻连接非隔离地网络。优选的，网络变压器使用HM2103NLT型号，D锁存器使用SN74LVC1G373DBVR型号。第一电子开关选用NCE01P13K型号，第二电子开关选用NCEP0114AS型号。

具体的，CAN_H信号连接到PMOS Q1的源极，隔离CAN芯片副边的5V_ISO电源通过阻值为12K，精度为1％的电阻连接至Q1的栅极，然后Q1的栅极通过阻值为100K，精度为1％的电阻下拉接GND_ISO。Q1的漏极连接网络变压器T1的6脚，T1的4脚接GND_ISO，6脚和4脚之间并联一个容值为100pF、耐压为50V的电容和一个阻值为100K，精度为1％的电阻。T1的3脚接GND，同时T1的1脚、3脚之间并联一个阻值为100K，精度为1％的电阻。T1的1脚通过一个阻值为12K，精度为1％的电阻连接到Q2的栅极，Q2的源极连接GND，Q2的漏极通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻上拉至VCC。同时Q2的漏极连接至U2的3脚。VCC通过一个容值为0.1uF、耐压为50V的滤波电容给U2的5脚供电。U2的6脚通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻连接至GND，U2的4脚通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻上拉至VCC。U2的2脚接GND。GPIO1通过一个阻值为100K，精度为1％的电阻连接至1脚，并且通过阻值为100K，精度为1％的电阻连接至U2的4脚。此外U2的3脚通过一个按键SW1连接至GND。

无论是否有CAN通讯产生，辅助供电模块均进行工作，电池电压VBAT+经过保险丝及R21后，经过稳压管D6，在三极管的基极处输出4.6V的电压，此时Q5导通，在发射极输出VCC，该电压用于给唤醒电路的逻辑芯片，以及MOS管供电。

所述电源隔离模块中设有第二电源转换器(U3元件)，第二电源转换器输入端主回路供电模块的输出，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路以及CAN总线通讯隔离检测模块；

具体的，电源隔离模块的主要器件为：隔离电源F0505S-1WR2。主回路供电模块的输出VCC_5V，经过一个容值为10uF,耐压为35V的电容以及一个容值为0.1uF，耐压为50V的电容滤波，输入到隔离电源模块(U3)的1脚，隔离电源模块(U3)的7脚经过一个容值为10uF,耐压为35V的电容以及一个容值为0.1uF，耐压为50V的电容滤波对外输出隔离5V(5V_ISO)，隔离的5V分别用于给含CAN通讯的MCU控制电路以及CAN总线通讯隔离检测模块供电。

实施例1

有CAN通讯的情况下：

接收到CAN通讯信号后，CAN_H通讯线的电平在0V与3.5V之间反复跳变。当CAN_H通讯线上的电平为3.5V时，由于PMOS Q1的栅极经下拉电阻接GND_ISO为低电平，此时PMOS导通，变压器的原边线圈有电流流过，此时变压器的副边感应到磁场变化产生感应电动势，变压器的1脚输出高电平。此时Q2的栅极为高电平，Q2导通，此时U2的3脚经Q2接GND，输入为低电平，从而U2的4脚输出为低电平，从而U2的1脚为低电平，此时锁存器U2进行锁存，输出信号Q保持为低电平，此时Q4的栅极为低电平，Q4导通，从而Q6的栅极为高电平，Q6也进行导通，此时Q3的栅极为低电平，进而Q3导通，VBAT+输入到U1的2脚给电源芯片供电。经过反馈电压调节，U1最终输出VCC_5V系统正常工作，电源隔离模块得电正常输出5V_ISO，并给CAN通讯的MCU控制电路以及CAN总线通讯隔离检测模块提供5V_ISO，从而CAN通讯隔离检测模块处的Q1的栅极为高电平，此时Q1关断，避免影响正常的CAN通讯质量。

实施例2

无CAN通讯，需进入休眠模式的情况下：

主控芯片控制GPIO1输出高电平，此时U2的1脚为高电平，锁存器进行解锁，由于没有CAN通讯，网络变压器T1的1脚输出低电平，MOS管的栅极为低电平，MOS管Q2断开。此时U2的3脚输入为高电平VCC，从而U2的输出4脚持续输出高电平，在此过程中锁存器不进行锁存。由于U2的4脚输出高电平，从而Q4的栅极为高电平，Q4为断开的状态，因此Q6的栅极为低电平，Q6断开，进而导致主回路MOS管Q3的栅极也为低电平，并断开。供电主回路断开，系统断电，电源隔离模块断电，系统进入休眠模式，MOS管Q1的栅极变为低电平，等待下次CAN通讯的到来。

实施例3

无CAN通讯，需要强制工作的情况下：

按下SW1工作，按下SW1的瞬间，U2的3脚输入为低电平，此后的工作过程和采集到CAN通讯信号一致，因此不进行赘述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，其特征在于，包括CAN总线通讯隔离检测模块、主回路供电模块、辅助供电模块，电源隔离模块：

所述主回路供电模块中设有第一电源转换器，第一电源转换器输入端连接电源正负极，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路，以及电源隔离模块；

所述辅助供电模块输入端连接电源正负极，输出端连接主回路供电模块和CAN总线通讯隔离检测模块；

所述电源隔离模块中设有第二电源转换器，第二电源转换器输入端连接主回路供电模块的输出，输出端连接含CAN通讯的MCU控制电路以及CAN总线通讯隔离检测模块；

所述CAN总线通讯隔离检测模块通过控制信号线连接含CAN通讯的MCU控制电路，通过检测输出信号线连接主回路供电模块；CAN总线通讯隔离检测模块中设有D锁存器和网络变压器，网络变压器原边通过第一电子开关连接CAN总线的高位数据线，网络变压器副边通过第二电子开关连接D锁存器的数据输入脚。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，其特征在于，所述第一电子开关和第二电子开关均为MOS管，第一电子开关的栅极通过电阻连接隔离地网络。

3.根据权利要求1所述的一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，其特征在于，所述主回路供电模块的第一电源转换器的输入端串联第三电子开关和用于控制第三电子开关通断的驱动电路，驱动电路受控于检测输出信号线和辅助供电模块输出端。

4.根据权利要求1所述的一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，其特征在于，所述D锁存器的输入端通过机械开关连接到隔离GND网络。

5.根据权利要求1所述的一种基于网络变压器的快速响应CAN总线唤醒电路，其特征在于，所述D锁存器的锁存控制端和输出端分别通过一个电阻连接控制信号线。