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机动车检测线现场总线隔离接地原理

2020-09-17

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机动车检测线现场往往有许多强电设备(比如三相电机、变频机、涡流机等),它们的启动和工作将对系统通信传输产生强烈的干扰。在机动车检测过程中,这些干扰若不能很好地处理,将影响测量结果和系统稳定性,严重时甚至使检测设备或工位机完全不能工作,甚至使设备损坏,造成事故。在常用的通信电路中,CAN与RS485现场总线的应用能有效地排除和抑制各种干扰,保护通信数据的安全传输,现已广泛应用于汽车行业等工业现场。以下我们针对检测线板载CAN与RS485总线隔离接地技术进行分析,说明其如何保护现场设备的正常通信。


一、通讯现场总线隔离的目的

1.安规考虑:高压阻挡在控制系统之外,可以有效地保证操作人员的人身及系统安全

2.提高通信的稳定性:消除接地电势差的影响

3.提高器件的可靠性:消除地环路引起的各种共模干扰

4.低耦合:提高系统间的兼容性,保证总线在其它系统噪声存在情况下正常工作


二、现场总线隔离接地的原理

总线隔离的方法及原理与I/O隔离相似,不同的是通信隔离需要考虑到隔离器件对通信信号的影响,不当的隔离往往导致通信中断或通信不畅。总线隔离主要分通信隔离和供电隔离。

通信隔离:主要方式为光耦、容耦及磁耦,隔离特点上光耦采用光的形式进行信号传递,容耦通过电场的形式进行传输,磁耦采用磁场形式进行传输。

供电隔离:采用微功率DC-DC隔离电源,使输入与输出之间没有电气连接,避免供电端对信号产生影响。

现场总线隔离接地示意图如下图一所示:


1.png


图一|注意:若有安规要求,一般需要去除泄放电阻R,同时选择安规电容C。


电容C的作用:给静电能量提供一个低阻抗的路径,静电能量大部分通过此电容泄放,C容值建议取100pF~1000pF之间。

电阻R的作用:消除系统中PE和GND(浮地系统)之间的电荷累积引起的压差。当系统中静电电荷累积到一定程度,并超过PE和电路之间的绝缘耐压范围,GND和PE之间就会放电,在几个纳秒时间内,PCB上能产生数十到数百安培的电流,为了系统安全,所以不能直接连接PE和GND,一般取值一个1~2M的电阻去慢慢释放这个电荷。

TVS管的作用:总线侧静电能量会通过TVS防护器件泄放,注意:其击穿电压必须小于隔离接口可承受的最大电压,同时大于信号电压;在通信速率高、或节点数较多时,也需要注意尽量选取等效电容小的器件,以免影响总线正常通信。


本文行业名词解释

CAN:控制器局域网络(Controller Area Network)的简称

TVS:瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor)的简称

PE:保护地(Protecting Earthing)的简称

GND:电源地Ground的简称

DC:直流(Direct Current)的简称

看完检测板载CAN与RS485总线隔离接地分析,大家还想知道哪些技术干货,还有什么疑惑,可以给小编留言哦!