本發(fā)明涉及一種can總線過(guò)壓保護(hù)電路，尤其是一種非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

can是controllerareanetwork的縮寫(xiě)（以下稱(chēng)為can），是iso國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類(lèi)型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。

為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)lan，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，面向汽車(chē)的can通信協(xié)議被開(kāi)發(fā)出，此后，can通過(guò)iso11898及iso11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

can總線以其高性能和高可靠性，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和工業(yè)控制局域網(wǎng)，它實(shí)現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信。

對(duì)于提高can總線節(jié)點(diǎn)的可靠性而言，最常見(jiàn)的方法就是采用隔離收發(fā)器將總線和控制電路進(jìn)行電氣隔離，將高壓干擾阻隔在控制系統(tǒng)之外，有效地保證控制系統(tǒng)及人身安全。不僅如此，電氣隔離還可以有效防止形成地環(huán)路，抑制由接地電勢(shì)差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾，且共模電壓全部由隔離帶承受，保證總線在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無(wú)差錯(cuò)運(yùn)行。

但是電氣隔離在提高can總線可靠性的同時(shí)，還帶來(lái)了通訊回路成本的大幅增加，無(wú)論是傳統(tǒng)的光電隔離還是比較先進(jìn)的磁隔離，都是如此，所以對(duì)于一些低成本但又需要高可靠性的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，隔離方案并不適用。

此外，為了滿足隔離電壓的絕緣要求，在pcb和產(chǎn)品布局中需要保證一定的爬電距離和空氣間隙，這又意味著產(chǎn)品體積的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，在低成本非隔離can總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一些過(guò)壓保護(hù)電路，對(duì)于can總線信號(hào)上最常見(jiàn)的高壓干擾和系統(tǒng)噪聲進(jìn)行了去全面的抑制和保護(hù)，避免控制系統(tǒng)和總線收發(fā)器因遭受過(guò)壓干擾或沖擊而導(dǎo)致通訊中斷甚至硬件損壞，大大提高了can總線通訊的可靠性。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，包括can總線收發(fā)器及與其連接的高、低位總線信號(hào)線，還包括連接在所述can總線收發(fā)器和高、低位總線信號(hào)線之間的

匹配及濾波電路，用于各節(jié)點(diǎn)間的阻抗匹配及過(guò)濾共模的電磁干擾；

以及，過(guò)壓保護(hù)電路，至少用于將總線共模電壓采樣后與參考電壓進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)比對(duì)結(jié)果切斷或自恢復(fù)can總線收發(fā)器和高、低位總線信號(hào)線之間的總線信號(hào)傳輸。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述匹配及濾波電路包括共模電感、第一匹配電阻和第二匹配電阻，所述共模電感的2腳接高位總線信號(hào)線，其1腳接所述過(guò)壓保護(hù)電路及第一匹配電阻的一端，所述第一匹配電阻的另一端通過(guò)電容接地；所述共模電感的3腳接低位總線信號(hào)線，其4腳接所述過(guò)壓保護(hù)電路及第二匹配電阻的一端，所述第二匹配電阻的另一端通過(guò)所述電容接地。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述過(guò)壓保護(hù)電路包括二級(jí)保護(hù)電路，所述二級(jí)保護(hù)電路包括

過(guò)壓檢測(cè)電路，用于將總線共模電壓采樣后與參考電壓進(jìn)行比對(duì)并輸出高或低電平；

及過(guò)壓關(guān)斷電路，用于根據(jù)所述過(guò)壓檢測(cè)電路輸出的低或高電平切斷或自恢復(fù)can總線收發(fā)器和高、低位總線信號(hào)線之間的總線信號(hào)傳輸。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述過(guò)壓檢測(cè)電路包括第一二極管、第二二極管、第一采樣電阻、第二采樣電阻、比較器及參考電壓，所述第一二極管和第二二極管的陽(yáng)極分別接所述共模電感的1腳及4腳，它們的陰極分別通過(guò)串聯(lián)的第一采樣電阻及第二采樣電阻接地，所述第一采樣電阻和第二采樣電阻的連接端接所述比機(jī)器的反向輸入端，所述比較器的正向輸入端接所述參考電壓，所述比較器的輸出端通過(guò)電阻接5v電源端以及輸出高或低電平信號(hào)給所述過(guò)壓關(guān)斷電路。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述比機(jī)器的輸出端還連接處理器，并向其發(fā)送過(guò)壓報(bào)警信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述過(guò)壓關(guān)斷電路包括第一mos管、第二mos管、第一柵極電阻、第二柵極電阻、第一穩(wěn)壓二極管及第二穩(wěn)壓管，所述第一mos管和第二mos管的漏極分別接所述共模電感的1腳和4腳，它們的源極分別接所述can總線收發(fā)器的canh引腳和canl引腳，它們的柵極分別接第一柵極電阻及第二柵極電阻的一端，所述第一柵極電阻和第二柵極電阻的另一端均連接所述比較器的輸出端，且所述第一mos管的源極和柵極之間連接所述第一穩(wěn)壓二極管,所述第二mos管的源極和柵極之間分別連接所述第二穩(wěn)壓二極管。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述第一mos管和第二mos管是小功率n溝通mos管。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述過(guò)壓保護(hù)電路還包括一級(jí)吸收電路，所述一級(jí)吸收電路包括兩條將總線共模電壓鉗位于設(shè)定電壓的tvs管鉗位電路，每個(gè)所述tvs管鉗位電路包括tvs管、rc并聯(lián)電路，一個(gè)所述tvs管的一端接所述共模電感的1腳，另一個(gè)tvs管的一端接共模電感的4腳，它們的另一端串接rc并聯(lián)電路后接入?yún)⒖嫉亍?/p>

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述tvs管的鉗位電壓小于所述參考電壓小于所述can總線收發(fā)器的最大耐受總線電平。

優(yōu)選的，所述的非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，其中：所述非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路至少應(yīng)用于低壓電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的can總線通訊模塊。

本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，電路簡(jiǎn)單，通過(guò)匹配及濾波電路進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)間的阻抗匹配及過(guò)濾共模的電磁干擾，結(jié)合二級(jí)過(guò)壓保護(hù)電路，在總線出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓或大能量沖擊時(shí)，將can總線收發(fā)器從總線上斷開(kāi)，避免其損壞，送二對(duì)后續(xù)控制電路進(jìn)行保護(hù)，無(wú)需采用can總線電氣隔離（光電隔離或者磁隔離）方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)can總線收發(fā)器及后續(xù)電路的非隔離過(guò)壓保護(hù)，省去了隔離元件的成本，實(shí)現(xiàn)了低成本的can總線過(guò)壓保護(hù)方案，同時(shí)節(jié)省了隔離元件所需的安裝空間等，降低了pcb和產(chǎn)品布局的難度，有利于減小產(chǎn)品的體積。

本發(fā)明進(jìn)一步結(jié)合一級(jí)吸收電路，對(duì)于瞬間小能量沖擊有很快的響應(yīng)速度和一定的吸收能力，兩級(jí)過(guò)壓保護(hù)措施，分別針對(duì)瞬間小能量沖擊和長(zhǎng)時(shí)間大能量過(guò)壓提供了具有針對(duì)性的吸收和保護(hù)電路，保護(hù)更為全面和有效，可靠性更佳，并且都具有自恢復(fù)功能，具有一定的自適應(yīng)性。

通過(guò)對(duì)第一mos管和第二mos管的優(yōu)選，減小有利于總線信號(hào)的衰減。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

本發(fā)明揭示了非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路，至少應(yīng)用于低壓電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制器的can總線通訊模塊，如附圖1、附圖2所示，所述非隔離can總線過(guò)壓保護(hù)電路包括can總線收發(fā)器u2及與其連接的高位總線信號(hào)線can_h、低位總線信號(hào)線can_l，所述can總線收發(fā)器u2的vcc引腳接5v電源端+5v，其vref引腳為空，其rxd引腳和txd引腳接控制端的can_rxd端和can_txd端，其gnd引腳和s引腳接地，其can引腳和canl引腳和高、低位總線信號(hào)線can_h、can_l之間還連接有匹配及濾波電路1，用于各節(jié)點(diǎn)間的阻抗匹配及過(guò)濾共模的電磁干擾；

以及，過(guò)壓保護(hù)電路2，至少用于將總線共模電壓采樣后與參考電壓進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)比對(duì)結(jié)果切斷或自恢復(fù)can總線收發(fā)器u2和高、低位總線信號(hào)線can_h、can_l之間的總線信號(hào)傳輸。其中，所述總線共模電壓是指高位總線信號(hào)線can_h端相對(duì)于參考地的電壓以及低位總線信號(hào)線can_l端相對(duì)于參考地的電壓，而總線差模電壓是指高位總線信號(hào)線can_h端相對(duì)于低位總線信號(hào)線can_l端的壓差。

具體來(lái)說(shuō)，如附圖2所示，所述匹配及濾波電路1包括最靠近總線出口的共模電感l(wèi)1、第一匹配電阻r3和第二匹配電阻r4，所述共模電感l(wèi)1用于過(guò)濾共模的電磁干擾信號(hào)，并且抑制高速信號(hào)產(chǎn)生的電磁輻射向外發(fā)射，所述第一匹配電阻r3和第二匹配電阻r4用于各節(jié)點(diǎn)間的阻抗匹配，所述共模電感l(wèi)1的2腳接高位總線信號(hào)線can_h，其1腳接所述過(guò)壓保護(hù)電路2及第一匹配電阻r3的一端，所述第一匹配電阻r3的另一端通過(guò)電容c3接地；所述共模電感l(wèi)1的3腳接低位總線信號(hào)線can_l，其4腳接所述過(guò)壓保護(hù)電路2及第二匹配電阻r4的一端，所述第二匹配電阻的另一端通過(guò)所述電容c3接地。

如附圖1、附圖2所示，所述過(guò)壓保護(hù)電路2包括一級(jí)吸收電路22，所述一級(jí)吸收電路22用于將總線共模電壓鉗位在設(shè)定電壓，其包括兩條將總線共模電壓鉗位于設(shè)定電壓的tvs管鉗位電路，每個(gè)所述tvs管鉗位電路包括一tvs管及rc并聯(lián)電路，所述tvs管d1的一端接所述共模電感l(wèi)1的1腳，所述tvs管d1的另一端串接由電阻r1和電容c1構(gòu)成的rc并聯(lián)電路后接入?yún)⒖嫉?，所述tvs管d2的一端接共模電感l(wèi)1的4腳，所述tvs管d2的另一端串接由電阻r2和電容c2構(gòu)成的rc并聯(lián)電路后接入?yún)⒖嫉亍?/p>

其中所述tvs管d1、d2的鉗位電壓應(yīng)比總線收發(fā)器的耐受電壓略低一點(diǎn)，例如，若總線收發(fā)器所能承受的最高總線電壓為15v，則應(yīng)選擇鉗位電壓為12v左右的tvs管，從而有效保護(hù)總線收發(fā)器。

之所以設(shè)置所述一級(jí)吸收電路，是因?yàn)閏an總線電平狀態(tài)分為顯性和隱性，其中顯性電平時(shí)can_h=3.5v，can_l=1.5v；隱性電平時(shí)can_h=can_l=2.5v，所以常見(jiàn)的can總線信號(hào)共模電壓應(yīng)不超過(guò)5v，雖然主流的can總線收發(fā)器所能耐受的總線電平都要比高很多，最低的也能承受12v，最高甚至到40v，其中所述can總線收發(fā)器的最大耐受總線電平是指can總線收發(fā)器所能承受的最大總線共模電壓，即can總線收發(fā)器的canh引腳和canl引腳所能承受的最大電壓。

但是，由于存在瞬態(tài)高壓尖峰脈沖沖擊，因此需要充分利用tvs管具有極快響應(yīng)速度（亞納秒級(jí)）這個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)總線共模電壓高于tvs管的鉗位電壓時(shí)，它能以極快的速度將超過(guò)鉗位電壓的部分吸收掉，并把電壓就鉗制在鉗位電壓上，從而起到保護(hù)can總線收發(fā)器的和后端控制電路的作用。

雖然所述一級(jí)吸收電路對(duì)總線上出現(xiàn)的瞬間小能量沖擊和干擾有很好的抑制作用，但是對(duì)于總線上出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓或者大能量沖擊卻沒(méi)有太大的效果，此時(shí)就需要另外的電路來(lái)進(jìn)行保護(hù)，對(duì)應(yīng)的所述過(guò)壓保護(hù)電路2還包括二級(jí)保護(hù)電路21。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，如附圖1、附圖2所示，所述二級(jí)保護(hù)電路包括21

過(guò)壓檢測(cè)電路211，用于將總線共模電壓采樣后與參考電壓進(jìn)行比對(duì)并輸出高或低電平；

及過(guò)壓關(guān)斷電路212，用于根據(jù)所述過(guò)壓檢測(cè)電路211輸出的低或高電平切斷或自恢復(fù)can總線收發(fā)器u2和高、低位總線信號(hào)線can_h、低can_l之間的總線信號(hào)傳輸。

所述過(guò)壓檢測(cè)電路211包括第一二極管d3、第二二極管d4、第一采樣電阻r5、第二采樣電阻r6、比較器u1及參考電壓，所述第一二極管d3和第二二極管d4的陽(yáng)極分別接所述共模電感l(wèi)1的1腳及4腳，它們的陰極分別通過(guò)串聯(lián)的第一采樣電阻r5及第二采樣電阻r6接地，所述第一采樣電阻和第二采樣電阻的連接端接所述比機(jī)器u1的反向輸入端，所述比較器u1的正向輸入端接所述參考電壓，所述參考電壓可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，例如2v，3.3v，5v等，所述比較器u1的輸出端通過(guò)電阻r9接5v電源端+5v以及輸出高或低電平信號(hào)給所述過(guò)壓關(guān)斷電路212，并且所述比機(jī)器u1的輸出端還連接處理器，并向其發(fā)送過(guò)壓報(bào)警信號(hào)。

其中，所述第一二極管d3和第二二極管d4將總線共模電壓引入由第一采樣電阻r5和第二采樣電阻r6組成的采樣電路，生產(chǎn)一電壓信號(hào)輸送給所述比較器u1，所述比較器u1與預(yù)先設(shè)定的參考電壓進(jìn)行電壓比較。

通過(guò)改變采樣電阻r5和r6的阻值可以調(diào)整總線過(guò)壓關(guān)斷的門(mén)限電壓，一般這個(gè)限值要比過(guò)壓吸收電路中tvs管的鉗位電壓稍高，但小于所述can總線收發(fā)器的最大耐受總線電平。

當(dāng)總線共模電壓在額定范圍內(nèi)時(shí)，即小于參考電壓時(shí)，所述比較器u1輸出為高電平；但如果總線電壓超過(guò)設(shè)定的門(mén)限電壓，即大于參考電壓時(shí)，所述比較器u1就會(huì)輸出低電平的總線關(guān)斷信號(hào)給過(guò)壓關(guān)斷電路，并同時(shí)產(chǎn)生總線過(guò)壓報(bào)警信號(hào)給處理器做相應(yīng)的軟件處理。

進(jìn)一步，所述過(guò)壓關(guān)斷電路212包括第一mos管q1、第二mos管q2、第一柵極電阻r7、第二柵極電阻r8、第一穩(wěn)壓二極管d5及第二穩(wěn)壓管d6，所述第一mos管q1和第二mos管q2的漏極分別接所述共模電感的1腳和4腳，它們的源極分別接所述can總線收發(fā)器u2的canh引腳和canl引腳，它們的柵極分別接第一柵極電阻r7及第二柵極電阻r8的一端，所述第一柵極電阻r7和第二柵極電阻r8的另一端均連接所述比較器u1的輸出端，且所述第一mos管q1的源極和柵極之間連接所述第一穩(wěn)壓二極管d5,所述第二mos管q2的源極和柵極之間分別連接所述第二穩(wěn)壓二極管d6。

所述第一mos管q1、第二mos管q2采用小功率n溝道m(xù)os管作為總線信號(hào)傳輸開(kāi)關(guān)，這樣，在開(kāi)通時(shí)，讓所述第一mos管q1、第二mos管q2工作在非完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是柵源極電壓vgs稍微低一點(diǎn)，漏極電流id也會(huì)小一點(diǎn)，從而使柵源極電壓vds最多只有零點(diǎn)幾伏的壓降，保證總線信號(hào)的衰減很小，所述第一柵極電阻r7和第二柵極電阻r8用于限制第一mos管q1、第二mos管q2的柵極電流，所述第一穩(wěn)壓二極管d5和第二穩(wěn)壓二極管d6用于限制第一mos管q1、第二mos管q2的柵源極電壓。

當(dāng)can總線電平出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓時(shí)，所述過(guò)壓檢測(cè)電路211輸出低電平，此時(shí)所述第一mos管q1、第二mos管q2就會(huì)關(guān)斷，從而切斷所述can總線收發(fā)器u2和高、低位總線信號(hào)線can_h、can_l之間的總線信號(hào)傳輸，該節(jié)點(diǎn)的can總線收發(fā)器從can總線結(jié)構(gòu)中斷開(kāi)，避免遭受總線上過(guò)壓沖擊，直至所述過(guò)壓檢測(cè)電路211檢測(cè)總線共模電壓再次回到額定范圍內(nèi)，即小于參考電壓時(shí)，所述比較器輸出為高電平，所述第一mos管q1、第二mos管q2再次開(kāi)通，所述can總線收發(fā)器u2和高、低位總線信號(hào)線can_h、can_l之間的總線信號(hào)傳輸恢復(fù)正常傳輸。

本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。