CN102082612A - 一种基于can总线的抗电磁干扰方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法及装置，属于纯电动汽车总线技术领域。纯电动汽车上各控制单元通过CAN总线共享所有的信息和资源，达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的，CAN总线通讯的可靠性是纯电动汽车良好控制的关键。纯电动汽车是高度机电一体化的产品，整个系统在工作时会产生大量的高频信号影响CAN总线的正常通信。本发明以提高CAN总线的抗干扰能力为目的，从CAN总线传输的原理出发设计抗干扰电路，增加的共模扼流圈一方面可以滤除信号线上的共模电磁干扰，另一方面又可以抑制本身不向外发出电磁干扰，大大增强CAN通讯的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法及装置，属于纯电动汽车总线技术领域。
背景技术
纯电动汽车是高度机电一体化的产品，与传统的内燃机汽车相比，它增加了许多电器部件，如电机、动力电池、功率转换器以及各种控制器等，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就意味着纯电动汽车在电磁抗干扰面临着更严峻的考验。
纯电动汽车控制需要良好的通讯协调性和运行可靠性，良好的通讯系统是实现电动汽车可靠运行的关键。CAN总线结构是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。纯电动汽车CAN总线结构一般包括整车动力部分的主电机控制器、电池组管理系统、整车控制器和电动汽车屏幕显示系统等多个设备，这些子系统之间通过CAN进行数据通讯和命令传输，每个节点设备都能够在脱离CAN总线的情况下独立完成自身系统的运行，从而满足车辆运行安全性的需要。同时CAN总线也不会因为某个设备的脱离而出现系统结构崩溃的现象。
纯电动汽车的整个系统工作时，CAN总线受到很大的干扰。CAN的信号传输速率对整车的动力和安全性影响很大，为了提高整车的动力性和安全性，需要提高CAN总线的抗干扰能力，保护动力CAN总线在高速信号交互过程中尽可能不被外界因素所干扰，确保系统可靠运行。
目前在纯电动汽车上应用的CAN总线抗电磁干扰方法是在CAN收发器的信号端增加光电隔离器，使输入端和输出端实现了信号的电气隔离，起到滤除信号干扰的效果。但是光电隔离器对差模骚扰有抑制效果，而对共模骚扰却没有明显作用，不能完全解决CAN总线上的电磁干扰问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法及装置。CAN总线信号是差分信号，纯电动汽车的整个系统工作时，CAN信号在传输过程中会受到干扰，为了增强CAN通讯的可靠性，确保整个系统运行正常。
本发明涉及一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法，包括步骤如下：
在CAN收发器的信号通讯端增加一个共模扼流圈，起到对高频干扰的隔离作用。共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过，而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，发挥了一个阻抗器的作用。共模扼流圈也称为共模电感，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。常用于过滤共模的电磁干扰，抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射，提高系统的电磁兼容性。其工作原理是当工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼；如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用；它实质上是一个双向滤波器，一方面可以滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作，从而保证CAN通讯和车上整个系统运行的可靠性。
在CAN总线的两端CAN高与CAN低之间配置了两个和值120Ω的电阻，其作用是总线匹配阻抗，可以增加总线传输的稳定性和抗干扰能力，减少数据传输中的出错率；在CAN高与CAN低信号端放置滤波电容，滤除静电干扰，提高CAN通讯的可靠性。
CAN总线信号通过CAN收发器芯片TLE6250G与微控制器之间进行信息传递；TLE6250G是针对汽车环境设计的CAN收发器，除了具有作为CAN收发器一般的功能外，其本身也具有静电保护和抗电磁干扰性。
一种基于CAN总线的抗电磁干扰电路装置，收发器芯片的第一引脚1和第四引脚4分别与微控制器的数据发送端(CAN_TXD)和数据接收端(CAN_RXD)相连；第五引脚5连VCC_5V，即与5V电源相连；差分信号端CAN高与CAN低输入端连接的第一电阻和第三电阻用以匹配线路；差分信号端CAN高与CAN低输入端连接第五电容和第六电容用来滤除电磁干扰；5V电源和地信号之间连接第一电容吸收静电放电；第四电阻的一端连接CAN收发器芯片的第六引脚6；第二电阻的一端连接CAN收发器芯片的第七引脚7；共模扼流圈的一端的两条线端分别连接第四电阻的两端，共模扼流圈的另一端的两条线端分别连接第二电阻的两端。
信号CAN_H与信号CAN_L进入CAN收发器芯片之前经过共模扼流圈滤除总线上的电磁干扰。
一种基于CAN总线的抗电磁干扰电路装置包括以下器件：CAN收发器芯片一个、共模扼流圈一个、电阻五个(电阻值和封装不同)和电容六个(电容值不同)。
一种基于CAN总线的抗电磁干扰电路装置的显著优点是解决了CAN信号在通讯中的不可靠性。通过对电路装置中的各个元器件的抗干扰能力进行升级处理，从而达到理想的抗电磁干扰效果；共模扼流圈实际是一种低通滤波器，电感值比较大体积又小，当电感量足够大时，能对电快速脉冲群有效果。在实际使用时，需要注意调整扼流圈的匝数，必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来，兼顾高频和低频的要求。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是无抗干扰设计的CAN收发器电路图；
图2是本发明的带抗干扰设计的CAN收发器电路图。
具体实施方式
参照图1至图2对本发明的实施例进行说明。
实施例：
如图1、2所示，CAN总线上的CAN_H与CAN_L信号通过CAN收发器和微控制器之间进行数据通讯和命令传输，CAN的信号传输速率对整车系统的动力性和安全性影响很大，为保证CAN通讯的可靠性，设计了抗电磁干扰的CAN收发器电路。
本发明的技术方案图详见图2。图2中，TLE6250G是英飞凌公司的一款CAN收发器芯片，5V电压供电，支持传速率高达1Mbps，CAN总线信号通过TLE6250G与微控制器之间进行信息传递；TLE6250G是针对汽车环境设计的CAN收发器，其工作范围很宽广：-40～150℃；除了具有作为CAN收发器一般的功能外，其本身也具有良好的抗瞬变、抗射频、静电保护和抗电磁干扰等特性。
CAN收发器芯片TLE6250G的第一引脚1和第四引脚4分别与微控制器的数据发送端CAN_TXD和数据接收端CAN_RXD相连；第四电阻R604的一端连接CAN收发器芯片TLE6250G的第六引脚6；第二电阻R602的一端连接CAN收发器芯片TLE6250G的第七引脚7；第五引脚5连VCC_5V，即与5V电源相连，使TLE6250G工作在非只接收模式；第一电阻R601的另一端和第三电阻R603的另一端分别连接第二电阻R602的一端和第四电阻R604的一端，第一电阻R601和第三电阻R603的作用是总线匹配阻抗，可以增加总线传输的稳定性和抗干扰能力，减少数据传输中的出错率，电阻值要选取合理才能起到理想效果。
在CAN高与CAN低信号端连接放置滤波第五电容C605和第六电容C606，滤除静电干扰，提高CAN通讯的可靠性；5V电源和地信号之间连接放置第二电容C602吸收静电放电；第一电阻R601的一端和第三电阻R603的一端连接后并与电第一容C601的一端连接，第一容C601的另一端接地，第一电容C601起滤波作用。
信号CAN_H与CAN_L进入CAN收发器芯片之前经过共模扼流圈L601滤除总线上的电磁干扰。共模扼流圈L601的一端的两条线端分别连接第四电阻R604的两端，共模扼流圈L601的另一端的两条线端分别连接第二电阻R602的两端。共模扼流圈是开关电源、变频器、UPS(不间断电源系统)电源等设备中的一个重要部分。其工作原理是当工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼；如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用；共模扼流圈实质上是一个双向滤波器，一方面可以滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作，从而保证CAN通讯和车上整个系统运行的可靠性。
共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过，而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，发挥了一个阻抗器的作用。共模扼流圈也称为共模电感，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁通都集中在线圈的中心内。但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起磁通的泄漏，利用共模电感的漏感产生适量的差模电感，起到对差模电流的抑制作用。有时，还要人为增加共模扼流圈的漏电感，提高差模电感量，以达到更好的滤波效果。
共模扼流圈是一种低通滤波器，电感值比较大体积又小，当电感量足够大时，能对电快速脉冲群有效果。在实际使用时，需要注意调整扼流圈的匝数，必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来，兼顾高频和低频的要求。
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
术语解释：
共模扼流圈：也称为共模电感，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。它实质上是一个双向滤波器，一方面可以滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
电磁干扰：有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于CAN总线的抗电磁干扰电路装置，其特征在于收发器芯片的第一引脚和第四引脚分别与微控制器的数据发送端(CAN_TXD)和数据接收端(CAN_RXD)相连；第五引脚连VCC_5V，即与5V电源相连；差分信号端CAN高与CAN低之间连接的第一电阻和第三电阻用以匹配线路；差分信号端CAN高与CAN低输入端连接第五电容和第六电容用来滤除电磁干扰；5V电源和地信号之间连接第二电容吸收静电放电；第四电阻的一端连接CAN收发器芯片的第六引脚；第二电阻的一端连接CAN收发器芯片的第七引脚；共模扼流圈的一端的两条线端分别连接第四电阻的两端，共模扼流圈的另一端的两条线端分别连接第二电阻的两端。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的抗电磁干扰电路装置，其特征在于有CAN收发器芯片一个、共模扼流圈一个、电阻五个和电容六个。
3.一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法，其特征在于CAN总线信号通过CAN收发器芯片TLE6250G与微控制器之间进行信息传递；TLE6250G是CAN收发器，除了具有作为CAN收发器的功能外，其本身也具有静电保护和抗电磁干扰性。
4.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法，其特征在于设计电路中增加共模扼流圈，当工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼；如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用；共模扼流圈是一个双向滤波器，一方面可以滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
5.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线的抗电磁干扰方法，其特征在于在CAN总线的两端CAN高与CAN低之间配置了两个和值120Ω的电阻，其作用是总线匹配阻抗，可以增加总线传输的稳定性和抗干扰能力，减少数据传输中的出错率；在CAN高与CAN低信号端放置滤波电容，滤除静电干扰，提高CAN通讯的可靠性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110601 |