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如何在隔離式 CAN 系統中隔離信號和電源
2021-11-17 來源:深圳市騰恩科技有限公司
隨著信號隔離在許多工業和汽車應用,需要對于隔離電源也有所增加。 好處如果任何一個上的電源都失去了隔離隔離屏障的一側被簡單地短路。 在同時,如果隔離的電力子系統是設計不仔細,影響整個系統電源不良導致溫升等性能傳輸效率、排放導致的數據損壞、等等。 簡化隔離的設計過程CAN 子系統,本文檔提供了各種用于隔離 CAN 的選項(分立式和集成式)信號和電源。
隔離電源的離散實現:
圖 1 顯示了離散隔離的示例用于隔離 CAN 的信號和電源解決方案子系統。 實現了隔離的 CAN 功能使用數字隔離器 ISO7721,它提供了一個每個方向的信道用于傳輸 (TXD) 和接收(RXD)信號,TCAN1042H,故障具有靈活數據速率的受保護 CAN 收發器。
SN6501 器件是推挽變壓器可以結合使用的驅動程序外部變壓器、整流二極管和 LDO產生隔離電源。 根據需要的調節,LDO 可以是可選的。 為了變壓器驅動器電流高達 350 mA變壓器的初級側,SN6501 將足夠了。 如果驅動電流需要更大,則具有 1A 驅動電流的 SN6505A 或 SN6505B 可能是更適合。
通過將圖1中的離散隔離器和CAN替換為隔離CAN設備,可以簡化信號鏈,如圖2所示。隔離電源解決方案與之前的離散實現相同。此設計中的隔離CAN ISO1042設備將設備數量減少了一個,提高了循環時間,并提供了高級別的保護。此解決方案具有以前離散解決方案的所有優點,但沒有其他缺點。
如果有多個隔離的 CAN 設備在系統由同一隔離電源供電供應,這種架構使信號鏈可以使用 LDO 輸出的緊湊部分為所有隔離的 CAN 設備供電。 TIDA-01255是分立器件的詳細參考設計實施,適用于汽車和工業CAN系統。
?此解決方案的優點:
1.由于使用外部變壓器,功率傳輸效率更高(~70-80%)。
2.通過降低變壓器驅動器的開關頻率,可將排放降至最低。
3.使用任何CAN收發器或數字隔離器或單芯片隔離CAN的靈活性。
4.隔離電源能夠為多個隔離CAN收發器提供電流。
?此解決方案的缺點:
1.由于分立元件,電路板空間更大。
2.變壓器體積大,需要更高的高度,這限制了電路板的更緊密堆疊。
3.每個隔離組件都需要單獨認證。
帶集成隔離電源的隔離CAN:
隔離CAN和電源的相同功能可通過ISOW1044實現:一個將所有隔離功能和CAN FD收發器集成到單個20-SOIC封裝中的單個設備,如圖3所示。ISOW1044芯片內部變壓器的集成不僅在X和Y尺寸上節省了空間,而且在Z(高度)尺寸上也節省了空間。此外,ISOW1044包含一個單獨的10 Mbps GPIO通道,有助于從電路板上進一步移除其他數字隔離器或光耦。
?此解決方案的優點:
1.緊湊型解決方案,包括較低的解決方案高度。
2.由于只有一個隔離組件,因此易于認證和設計。
3.減少尋找適當額定值變壓器的負擔。
4.低發射設計確保最終系統能夠滿足CISPR 32輻射發射B級限值線,兩層PCB上只有兩個鐵氧體磁珠。
?此解決方案的缺點:
1.由于采用了片上變壓器,功率傳輸效率限制在47%。
2.由于變壓器是集成的,由于開關頻率較高,因此其發射通常高于離散實施。
3.最適合單個CAN接口主要需要隔離電源的系統,因為該設備僅為內部CAN收發器產生隔離電源,輸出電流高達20 mA。
特例
在離散或集成隔離電源實現中,可能存在3.3 V或5 V不容易為一次側通電的情況。例如,PLC應用可能有24伏電源,而汽車應用可能有12伏電池。在這些情況下,可以在變壓器驅動器SN650x之前添加合適的LDO,如圖4所示,以將電壓降到變壓器驅動器所需的5-V電平。變壓器由高壓電源驅動,選擇匝數比在二次側提供5V,為隔離CAN供電。由于變壓器中心抽頭連接的電壓高于SN650x額定值,因此使用高壓FET保護變壓器驅動器的輸出D1、D2。必須注意調整FET的尺寸,以使RDS(開啟)盡可能低,以減少效率損失。
結論
選擇正確的部件來設計獨立的CAN系統至關重要。離散或集成解決方案的選擇取決于尺寸、設計的簡易性與效率、排放之間的權衡。隔離電源的離散實施提供了更高的功率傳輸效率、更低的排放,而隔離電源的集成解決方案為空間關鍵應用提供了緊湊的解決方案。

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