用于CAN接口的浪涌抑制电路设计和应用研究

摘要

CAN总线作为一种国际标准的现场总线，被广泛应用于汽车行业，铁路行业和工业控制行业等国民经济非常重要的领域，与人们生产生活密切相关。为了避免应用CAN总线技术的设备和系统被浪涌侵入产生直接性破坏和间接累计性破坏，造成人民生命财产的损失，非常有必要深入研究CAN接口的浪涌抑制技术，得出结论并应用到现场中去。
　　本文针对CAN接口的浪涌抑制这样一个实际应用课题进行了研究，通过电磁兼容学科分析和解决问题的思路，从电磁兼容三要素骚扰源，耦合途径，敏感设备入手，通过资料查新，标准学习，理论分析，电路仿真，电路生成和实际测试逐步完成对此课题的探索，主要完成的工作有：
　　在背景知识学习部分，首先分析了浪涌的主要骚扰源，并从时域和频域对常见的浪涌波形特性进行了总结。其次对实际工程中常用的浪涌抑制器件如气体放电管GDT，压敏电阻MOV，TVS瞬态电压抑制二极管，晶闸管 TSS等进行了调研和分析，总结各自的性能和优缺点，确定气体放电管和压敏电阻适合用在多级防护的前级，TVS瞬态电压抑制二极管适合用在防护电路后端做二级保护。同时还分析了两种不同速率CAN接口的工作方式和电气性能要求，为抑制电路的仿真和设计提供依据。
　　在电路仿真部分，通过Multisim仿真软件，模拟了浪涌冲击下理想状态的TVS瞬态电压抑制二极管的防护效果，以及元件的非理想特性如结电容，引线电阻，引线电感对TVS瞬态电压抑制二极管防护效果的影响。
　　在电路设计和验证测试阶段，首先根据前面背景知识和仿真部分得到的结论，设计了几种不同的浪涌抑制电路。然后根据国家标准GB/T17626.5《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》对设计的电路进行实际测试并对测试结果进行比较分析，重点研究了浪涌抑制电路中初级及二级间串联电感和电阻的作用，以及串联电感对不同速率信号传输的影响。最终确定了两款分别适合高速及低速CAN接口的浪涌抑制电路，并对如何选择合适的元件参数做了详细的说明。