2017-05-02 20:37:10

隨著CAN總線在電動汽車、充電樁、電力電子、軌道交通等電磁環境比較惡劣的場合應用越來越多,信號幹擾的問題已經嚴重影響到使用者對CAN總線的信任。究竟如何才能抗幹擾?本文展示了致遠電子CAN總線抗幹擾的6條“軍規”。

在汽油車時代,CAN總線遇到的幹擾少之又少,即使有一些繼電器和電磁閥的脈衝, 也不會有很大影響,稍微進行雙絞處理,完全可以實現零錯誤幀。

可是到了電動汽車年代,逆變器、電動機、充電機等大功率設備對CAN的影響足以中斷通訊,或者損壞CAN節點,如圖1圖2所示,就是被逆變器幹擾的CAN波形。

圖1 幹擾前 圖2 幹擾後

麵對幹擾,各個汽車廠、零部件廠,測試診斷設備的廠商都紛紛研究抗幹擾之“妙方”,以保證CAN穩定運行。本文就以廣州致遠電子有限公司15年的CAN現場故障排查經驗,介紹抗幹擾6條“軍規”。

1.CAN接口增加隔離與保護

幹擾不但影響信號,更嚴重的會導致板子死機或者燒毀,所以接口和電源的隔離是抗幹擾的第一條“軍規”。隔離的主要目的是:避免地回流燒毀電路板和限製幹擾的幅度,保護控製器不死機。如圖3所示,為未隔離時,兩個節點的地電位不一致,導致有回流電流,產生共模信號,CAN的抗共模幹擾能力是-12~7V,超過這個差值則出現錯誤,如果共模差超過±36V,燒毀收發器或者電路板。

圖3 未隔離時的地回流

而增加CTM1051KAT隔離模塊後,如圖4和圖5所示。隔絕了地回流,限製了幹擾幅度。

圖4 CTM1051KAT隔離模塊

圖5隔離地回流

增加隔離後,是否萬事大吉了?肯定不是,隔離隻是阻擋,如果幹擾強度很高,比如達到2KV浪湧,隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級,必須增加防浪湧電路。如圖6所示,為致遠電子高速總線標準防浪湧保護電路。

圖6 信號保護電路

此保護電路可達4KV浪湧而不損壞,不過注意如果要通過2500VDC耐壓測試時,需要將GDT和R3拆除,防止高壓擊穿導致測試不通過。

2. CAN線提高雙絞程度

CAN總線為了提高抗幹擾能力,采用CANH和CANL差分傳輸,達到效果就是遇到幹擾後,可以“同上同下”,最後CANH-CANL的差分值保持不變。如圖7所示。

圖7 差分抗幹擾示意圖

可是,這種抗幹擾能力,必須的條件是,CANH和CANL要很緊密地靠在一起,否則受到的幹擾強度就不一樣,就會導致差分信號受到幹擾。所以CANH和CANL要緊密地絞在一起,通常雙絞線隻有33絞/米,而在強幹擾場合,雙絞程度要超過55絞/米才能達到較好的抗幹擾效果。另外線纜的芯截麵積要大於0.35~0.5 mm2 ,CAN_H對CAN_L的線間電容小於75 pF/m,如果采用屏蔽雙絞線,CAN_H (或CAN_L) 對屏蔽層的電容小於110 pF/m。可以更好地降低線纜阻抗,從而降低幹擾時抖動電壓的幅度。

圖8 雙絞線

3. CAN線保證屏蔽效果與正確接地

帶屏蔽層的CAN線,可以良好地抵禦電場的幹擾,等於整個屏蔽層是一個等勢體,避免CAN導線受到幹擾。如圖9所示,為一個標準的屏蔽雙絞線,CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網包裹,如圖9所示。需要注意的是和與接插件的連接,在連接部分允許有短於25 mm 的電纜不用雙絞。

圖9 屏蔽雙絞線

較好的CAN屏蔽線帶有2層屏蔽層,稱為雙層屏蔽線,其中內層的CAN_GND是與CAN收發器的地連接,外層的Shield是與外殼大地相連。內層可以平衡信號的地電位,抑製共模幹擾,減少錯誤幀,但強幹擾時收發器損壞率會提高;外層可以泄放電荷到大地,如圖10所示。

第1頁  第2頁  

http://www.autooo.net/autooo/power/tech/2017-05-02/172141.html