Защита can шины от перенапряжения (2 видео)

Texas Instruments ISO1042 ISO105 SN6505 TPS76350

Используемые во многих системах для коммуникационных целей интерфейсы CAN уязвимы для высоковольтных бросков напряжения. Однако некоторые устройства могут помочь защититься от этих проблем.

CAN (Controller Area Network – сеть контроллеров) – это очень популярная последовательная шина, широко используемая в автомобилях, средствах промышленной автоматизации и других промышленных приложениях. Более новая усовершенствованная версия, названная CAN-FD (гибкая скорость передачи данных), обеспечивает более высокие скорости и другие улучшения.

Как обнаружили многие разработчики, CAN часто требует электрической изоляции между узлами и защиты от высоковольтных выбросов, которые регулярно происходят в автомобильном и промышленном оборудовании. Некоторые из недавно анонсированных приемопередатчиков CAN теперь поддерживают последнюю спецификацию CAN-FD, и, кроме того, имеют необходимую изоляцию. Решения для защиты могут также быть основаны на внешних дискретных компонентах, подключаемых к шине.

Содержание

Знакомство с CAN
Необходимость изоляции
Изоляция
Защита шины CAN
Материалы по теме
Защита интерфейсов USB/CAN
Защита can шины от перенапряжения
Кто сейчас на форуме
🔍 Видео

Видео:Блокировка can-шины в фаре Toyota/Lexus. Шок для опытных установщиков. Зачем думать и читать схемыСкачать

Знакомство с CAN

CAN – это стандарт последовательного интерфейса, разработанный компанией Robert Bosch и одобренный Собществом автомобильных инженеров (SAE) еще в 1980-х годах. С тех пор, благодаря своей гибкости и надежности, он стал широко использоваться в транспортных средствах и многих промышленных приложениях. Топология интерфейса представляет собой дифференциальную шину с экранированной или неэкранированной витой парой, к которой может быть подключено до 127 узлов. Все узлы являются приемопередатчиками, способными посылать и получать данные. Выпускаются стандартные микросхемы приемопередатчиков, но многие микроконтроллеры имеют интегрированный интерфейс CAN (Рисунок 1).

Рисунок 1.

Топология шины CAN, к которой подключены микроконтроллер с интерфейсом
CAN и другие приемопередающие узлы.

Данные передаются кадрами, состоящими из 8 байт данных, адресного поля, поля контрольной суммы CRC и других служебных полей. Скорость передачи данных не фиксирована и, начинаясь с 5 кбит/с, может достигать 1 Мбит/с. Максимальная длина шины при скорости 1 Мбит/с равна 40 м. Используется множественный доступ к шине с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). CAN имеет ряд разновидностей, таких как CAN-FD, CANopen и SAE J1939. Используются также обозначения ISO-11898 и ISO-11519, присвоенные Международной организацией по стандартизации (ISO).

CAN-FD (ISO-11898-1) – это новейшая версия, которая увеличивает скорость передачи данных до 5 Мбит/с и выше, что делает систему более адаптированной к приложениям реального времени, требующим более низкой задержки и большего детерминизма. Кадр большего размера теперь вмещает 64 байта данных.

Видео:Защита CAN шины автомобиляСкачать

Необходимость изоляции

Помимо широкого распространения в автомобильных приложениях, интерфейс CAN используется в системах промышленной автоматизации, драйверах двигателей переменного и постоянного тока, каналах обмена ПЛК, источниках питания телекоммуникационного оборудования, системах отопления и кондиционирования, лифтах, солнечных инверторах и зарядных станциях электрических автомобилей. В некоторых случаях в оборудовании имеются низко- и высоковольтные сегменты, которые должны быть изолированы друг от друга, чтобы защитить низковольтные компоненты от повреждения.

Высоковольтные двигатели, коммутаторы, источники питания и другое оборудование могут генерировать помехи амплитудой в сотни и тысячи вольт. Высоковольтный сигнал, попадающий в низковольтную подсистему, потенциально может уничтожить микроконтроллер. Способом решения этой проблемы является использование изолированных приемопередатчиков и отдельных источников питания с их собственными возвратными землями.

Читайте также: Шины туарег r18 оригинал

Видео:лекция 403 CAN шина- введениеСкачать

Изоляция

В современных системах CAN необходимо изолировать как сигналы, так и питание. Изоляция реализуется в приемопередатчике, но ее эффект пропадет, если блоки питания по разные стороны изолирующего барьера будут просто соединены друг с другом.

Во многих новых приемопередатчиках CAN используется емкостная изоляция между входами и выходами данных и цепями подключения шины. Два слоя двуокиси кремния образуют два последовательно соединенных конденсатора, через которые передаются данные между схемами, расположенными на двух разных кристаллах, соединенных внутри корпуса.

Примером может служить ISO1042 – выпущенный компанией Texas Instruments новый изолированный приемопередатчик CAN, обеспечивающий емкостную изоляцию и защиту практически любых промышленных и автомобильных конструкций. Устройство, отвечающее требованиям стандартов физического уровня ISO 11898-2 и ISO 11898-5, поддерживает стандарты CAN до 1 Мбит/с и CAN-FD до 5 Мбит/с. Защита шины выдерживает напряжения ±70 В и синфазные напряжения ±30 В. Диапазон напряжений питания составляет от 1.7 В до 5.5 В. Поддерживаются логические уровни 1.8, 2.5, 3.3 и 5.0 В. Микросхема ISO1042 выпускается в корпусах SOIC-8 или SOIC-16.

Реализация разделенного источника обеспечивает дополнительный уровень изоляции. Один из подходов с использованием устройства Texas Instruments показан на Рисунке 2. Микросхема генератора/драйвера SN6505 формирует 100-килогерцовый сигнал для трансформатора, выходное напряжение которого, преобразованное до требуемого уровня, затем выпрямляется и фильтруется. Трансформатор обеспечивает необходимую изоляцию питания. Отфильтрованное напряжение стабилизируется LDO регулятором (таким, скажем, как TPS76350) и питает приемопередатчик CAN. Узловые приемопередатчики и выводы интерфейса CAN микроконтроллера подключаются к шине через дифференциальные линии CANL и CANH.

Рисунок 2.

Так выглядит изолированный узел CAN с изолированным источником питания
и изолированным приемопередатчиком.

Для упрощения процесса проектирования изолированных подсистем CAN и изоляции сигналов и питания CAN выпускаются различные устройства, как дискретные, так и интегральные.

Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать

Защита шины CAN

Изолированные системы обеспечивают нормальную защиту микросхем. Однако в некоторых условиях могут возникать проблемы электростатических разрядов (ESD), высокий уровень которых способен повредить приемопередатчик. По этой причине шина должна быть каким-то образом защищена. При этом крайне важно, чтобы выбранное устройство защиты интерфейса было совместимо с приемопередатчиком.

Наилучшим решением для защиты является использование супрессоров (TVS-диодов), подключенных между каждой линией шины и землей (Рисунок 2). Эти диоды фактически представляют собой два встречно включенных стабилитрона с высоким пробивным напряжением. Максимально допустимое напряжение на выводах приемопередатчиков зависит от типа микросхемы.

Приемопередатчик ISO105 компании TI выдерживает напряжения в диапазоне от −27 В до +40 В. ISO1042 рассчитан на броски напряжения до ±70 В. Максимальное пробивное напряжение супрессоров должно быть меньше этих значений, но больше рабочего напряжения сигналов на шине. Обычно два логических уровня шины составляют менее половины напряжения питания «0» и напряжения питания «1».

Читайте также: Euro shina ru шины

Не забывайте, что добавление TVS-диодов обеспечивает защиту от ESD, но одновременно добавляет к шине емкость, ограничивающую верхние скорости передачи данных. Необходимо, чтобы дополнительная емкость была меньше 50 пФ.

Видео:Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Видео:Урок №18. Цифровые интерфейсы современного автомобиля: шины данных CAN и LINСкачать

Защита интерфейсов USB/CAN

Для защиты электрических цепей от импульсного перенапряжения обычно используются такие стандартные решения, как TVS диоды, газовые разрядники, металлооксидные варисторы, TVS-тиристоры (TSPD). Однако такие стандартные компоненты не всегда применимы для решения специализированных задач защиты линий передачи данных.
Компания On Semiconductor предлагает ряд специализированных решений, предназначенных для защиты различных каналов передачи данных, например, для защиты USB и CAN интерфейсов.

Защита USB интерфейса предъявляет ряд требований к разработчику: с одной стороны, должна быть обеспечена надежная защита линий связи, с другой стороны, сохранена высокая скорость передачи данных. Применение TVS-диодов в этих схемах неэффективно.
Компания On Semiconductor предлагает приборы NUP2201 и NUP4201, которые представляют собой сборку из TVS-диодов с малой емкостью. Эти компоненты беспечивают защиту двух (NUP2201) и четырех (NUP4201) линий связи и шины питания от перенапряжений, вызванных ЭС разрядом или переходными процессами.

Типовая схема применения NUP2201 и NUP4201 для защиты USB интерфейса

Защита CAN интерфейсов передачи данных

CAN интерфейсы также сильно чувствительны к воздействию электростатических разрядов, которые могут повредить или полностью разрушить микросхему видеоинтерфейса. Для решения таких задач On Semiconductor предлагает сборку TVS диодов NUP2105L, которую рекомендуется использовать совместно с дросселем синфазного сигнала. Устройство обеспечивает двунаправленную защиту каждой линии данных в компактном корпусе SOT-23.

— Мощность 350 Вт на линию (8х20мкс)
— Низкий обратный ток течки (менее 100 нА)
— Обратное рабочее напряжение 24 В
— Емкость 30 пФ
— Защита от электростатики:
— HBM 16 кВ
— ММ 400 В
— IEC 61000-4-2 (контакт) 30 кВ

Другие TVS-компоненты защиты CAN интерфейса

Видео:ИГЛА замыкание CAN (кан) шины - Миф или реальность?Скачать

Защита can шины от перенапряжения

Господа . прошу вашего мнения на предмет правильности подключения защиты CAN шины.

Верхний рисунок — это вариант подключение по «мануалу». Тут у меня вопросов нету. защины подключается в саму шину. И соотв. устройство подключено после этой защиты.

Нижний рисукок — вариант когда для подключения защины делается специальное ответвление. Получается что устройство будет подключено до защины . как в этом случае? будет ли правильно работать защита? (в плане чтобы уберечь устройство)

Вложения:

Комментарий к файлу: схема
can.png [13.67 KiB]
Скачиваний: 1020

Друг Кота

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

это защита от скачка напряжения по шине, чтобы не выгорел КАН-трансивер

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Читайте также: Беспроводные датчики давления авто шин

Друг Кота

Приглашаем 30 ноября всех желающих посетить вебинар о литиевых источниках тока Fanso (EVE). Вы узнаете об особенностях использования литиевых источников питания и о том, как на них влияют режим работы и условия эксплуатации. Мы расскажем, какие параметры важно учитывать при выборе литиевого ХИТ, рассмотрим «подводные камни», с которыми можно столкнуться при неправильном выборе, разберем, как правильно проводить тесты, чтобы убедиться в надежности конечного решения. Вы сможете задать вопросы представителям производителя, которые будут участвовать в вебинаре.

Приглашаем всех желающих посетить вебинар, посвященный технологии Ethernet и её новому стандарту 10BASE-T1S/L. Стандарт 802.3cg описывает передачу данных на скорости до 10 Мбит в секунду по одной витой паре. На вебинаре будут рассмотрены и другие новшества, которые недавно вошли в семейство технологий Ethernet: Synchronous Ethernet (SyncE), Precision Time Protocol (PTP), Time Sensitive Networking (TSN). Не останется в стороне и высокоскоростной 25G+ Ethernet от Microchip.

Вымогатель припоя

Ум, честь и совесть. И скромность.

имхо, второй вариант — это как бы защита самой шины CAN, а девайсы как бы беззащитны. правильнее было бы встраивать защиту в каждый девайс вблизи драйвера, так как длинная линия — это весьма своеобразный объект: на одном его конце может не быть никаких перенапряжений, а на другом — могут быть трехкратные перенапряжения. поэтому одна общая защита, стоящая где-то непонятно где на линии фактически ничего не гарантирует в самой линии, кроме как в точке собственного подключения.

чисто от удара молнии — да, можно вторым способом сделать ДОПОЛНИТЕЛЬНО к первому.

_________________
если рассматривать человека снизу, покажется, что мозг у него глубоко в жопе
при взгляде на многих сверху ничего не меняется.

1-я делаю самоделку. а все остальные девайсы в авто — штатные.
2-КАН-трансивер — mcp2551
3-заземление — просто на массу авто.
4-не знаю как в авто сделана развязка в самой шине
5-чисто в теории. — если ставишь КАН-трансивер — то защить его девайсом. (аналогично и для LIN шины делаю)

Вымогатель припоя