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您在使用CAN或RS-485总线进行调试时,是否遇到过偶尔通信出错?或者接收不到数据?一直正常使用的总线,突然出现大范围的错误,或者节点损坏?您还在为这些问题不知所措,摸不着头脑吗?使用总线隔离,或许能轻易帮您解决问题。

本文引用地址: http://embed.21ic.com/hardware/can/201806/59716.html

实际总线应用中,您是否遇到过以下问题:

1. 设备及人身安全——潜在的高压危险

CAN、RS-485总线的使用环境非常复杂,一些恶劣的使用场合会存在高压。极容易产生触电危险,危及人身或设备安全。

2.远端无法接收到数据——地电势差存在

许多实际应用中,通信距离可达几千米,节点之间的距离很远。设计者常常直接将每个节点的参考地接于本地的大地,作为信号的返回地,看似正常可靠的做法,却存在极大的隐患!即使调试正常的系统,也可能在使用一段时间后出现各种问题。

常常被忽略的问题是:两个节点之间大地也可能存在很大的电势差!!!实际的大地并不是理想的“0”电位,大地也是导体,也存在阻抗。当大的电流流过大地时,流过电流的大地两端也会存在电势差。如图1所示。

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图1

若直接将相距很远的通信节点分别连接至各自的本地大地,地电势差会以共模电压的形式叠加在总线发送器的输出端,叠加之后的信号可能远远超过接收器所能承受的共模输入电压范围,从而无法正常接收信号,严重还会损坏收发器。普通的CAN、RS-485收发器的共模输入范围较小,如SN65HVD251、SP3085两款收发器仅支持-7~+12V共模输入范围,大地流过各种大型设备注入的大电流,由此引起的地电势差可高达几伏、几十伏甚至上百伏,远远超出收发器所能承受的电压范围。

3.毫无征兆的数据错误,或器件损坏——地环路影响

既然节点之间的大地存在电势差,那直接用一根线将两个节点的地再连起来不就可以了?大错特错!这样做只能使情况更加严重,这根长长的导线会与大地形成一个极大的地环路!

相信大家在学生时代就知道,一个闭合线圈在变化的磁场里面就会产生电流。50Hz的交流电力线、大型电机等,都是交流磁场的来源,若总线靠近或经过这些地方,地环路就会产生电流高达数安培甚至上百安培。电流流过地环路产生的共模电压就会影响总线的正常通信。

除了稳定的磁场来源,一些电力线的浪涌、雷击、高频噪声等瞬态干扰都有可能被这个巨型的“环形天线”拾取,并造成通信异常。

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图2

4.怎么办?

将您正在使用的CAN、RS-485收发器换成隔离CAN、RS-485收发器吧!

隔离收发器可将总线和控制电路进行电气隔离,将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。不仅如此,隔离可以抑制由接地电势差、接地环路引起的各种共模干扰,保证总线在严重干扰和其它系统级噪声存在的情况下不间断、无差错运行。如图3所示,使用隔离收发器后,可以有效防止形成地环路,总线参考地可跟随共模电压的波动而波动,共模电压全部由隔离带承受,共模电压对总线信号变得不再可见,从而保证总线稳定可靠地通信。

4.jpg

图3

5.如何实现隔离?

实现总线隔离的方法主要有两种,一种是使用隔离DC-DC,光耦等分立器件实现节点与收发器之间的隔离。使用这个方式,电路较复杂,且体积较大,很难满足目前电子产品的高集成度要求。另一种是直接使用隔离收发器,单一产品,设计简单,集成度高。

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