如何提升总线的浪涌防护能力
0 2023-03-27

CAN总线虽然有较强的抗干扰能力,但在实际应用中依旧会受到静电以及浪涌的干扰,在CAN总线组网中我们应该如何提升总线的浪涌防护能力呢?其实并不难,这几种器件让你无忧。

先了解几种典型的瞬态骚扰。

表1 几种瞬态骚扰的比较
如何提升CAN总线浪涌防护?
从表中可知,浪涌的能量最高,过电流最大,因此危害性也是最大。对于浪涌防护,介绍以下三种器件。

一、TVS

如何提升CAN总线浪涌防护?图1 双向TVS管特性图

•  反向截至电压VRWM:TVS不导通的最高电压;
•  钳位电压VC:二极管导通通过一定电流时两端的电压,随电流增大而增大;
•  反向电流IR:VRWM电压下的反向漏电流;
•  击穿电压VBR:TVS管通过规定测试电流IT(通常为1mA)时的电压,表示TVS管导通的标志电压;
•  峰值电流IPP:TVS管允许通过的10/1000μs或8/20μs波的最大峰值电流。超过这个电流可能造成永久性损坏。由于功率限制,击穿电压高的管子允许通过的峰值电流越小;
•  CJ:TVS管的结电容比ESD器件大很多,单向的比双向的大,结电容会影响TVS管的响应时间,用于通讯总线时会限制总线带宽。

选型考虑参数:VC、IPP、CJ

二、气体放电管

•  直流击穿电压VDC:在放电管上施加100V/s上升斜率的电压时,导致放电管击穿的电压值,这是放电管的标称电压值,该参数分散性较大;

•  脉冲击穿电压VSI:在放电管上施加1kV/μs上升斜率的电压时,导致放电管击穿的电压值。冲击放电电流ID:分为8/20μs波和10/1000μs波冲击放电电流两种。
选型考虑:VDC、ID。

TVS管及气体放电管等器件手册中通常会给出两种电流波的测试参数。8/20μs波和10/1000μs波,两者的主要区别是持续时间及峰值电流,8/20μs峰值电流为kA级别,10/1000μs峰值电流为A级别。持续时间分别如图2、图3所示。

如何提升CAN总线浪涌防护?图2 8/20μs电流波
如何提升CAN总线浪涌防护?图3 10/1000μs电流波

三、PTC电阻

在浪涌防护电路中PTC电阻起到限流分压作用,既防止TVS管过流损坏,也抬升电压以使气体放电管导通。PTC特性如下图4所示。

如何提升CAN总线浪涌防护?图4 PTC电阻特性

•  最大工作电压VMAX:最高允许温度下,PTC电阻能够持续承受的最大电压;
•  保持电流Ihold:使PTC阻值稳定在工作点阻值时的电流;
•  触发电流Itrip:能够使电阻阻值呈现阶跃增加的最小电流;
•  额定零功率电阻Rn:PTC在常温下的初始电阻;
•  开关温度TC:阻值呈现阶跃增加的温度,此时阻值为最小阻值的2倍。

选型考虑:Rn、Itrip、Ihold。

四、抗浪涌一体化方案

在使用器件自主搭建时,不仅要考虑板内器件布局,还需要合理的选取器件的耐压值,稍微有些设计不当,就可能达不到预估标准;在生产阶段还可能受人工所干预,影响一致性,这可谓费时伤神啊。ZLG致远电子推出了整体的抗浪涌一体化方案。

1、CTM系列 总线保护器

总线保护器将浪涌防护器件全部集于一体,可用于各种信号传输系统,抑制雷击、浪涌、过压等 有害信号,对设备信号端口进行保护。本产品尤为适合 CAN、RS-485 等通信领域的浪涌防护。搭配ZLG致远电子的CTM系列隔离模块,可全面提升总线的浪涌防护能力,推荐外围应用图如下图5所示。

如何提升CAN总线浪涌防护?图5 浪涌测试电路

2、高防护等级隔离模块

CTM1051(A)HP系列是致远电子有限公司最新推出的高防护等级隔离CAN收发器,符合国际ISO11898-2标准,静电防护等级可达接触±8kV,空气放电±15kV,浪涌防护可达±4kV隔离CAN解决方案,具体如下图6所示,能够适用于各种恶劣的工业现场环境。应用简便,即插即用,应用原理图如下图7所示。

如何提升CAN总线浪涌防护?图6 CTM1051(A)HP的EMC性能
如何提升CAN总线浪涌防护?图7 应用原理图 
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