CAN總線接口保護電路設計指南

CAN總線的應用范圍廣，應用環(huán)境相當復雜，一些靜電、浪涌等干擾很容易耦合到總線上，并直接作用于CAN總線接口。為了滿足一些高等級EMC的要求，有必要添加額外的外圍保護電路。

為什么需要保護電路
一般的CAN收發(fā)器芯片ESD、浪涌防護等級較低，如SM1500隔離CAN收發(fā)器雖隔離耐壓為3500VDC，裸機情況下，CAN接口ESD可達6kV，但無法滿足常見的浪涌測試要求。工業(yè)產品對通信接口的EMC等級要求較高，許多應用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級，IEC61000-4-5 浪涌抗擾4級等要求，在此情況下，必需增加必要的保護電路，才能滿足要求。

接口保護及工作原理
1. 推薦電路
圖1為CAN接口推薦保護電路，合理的保護可以極大提升接口的抗干擾能力?？偩€接口保護分三級，一級實現(xiàn)大能量泄放、二級進行電流限制、三級進行電壓鉗位。各級電路各司其職，共同作用達到最佳的保護效果。

圖1 CAN接口推薦保護電路

2. 工作原理——差?；芈?br /> 如圖2，當有差模干擾電壓施加在接口1，2腳時， TVS1響應最快，首先導通，芯片總線引腳CANH、CANL之間的電壓被鉗位。R2、R3電阻限制流過TVS1的電流，防止其過功率損壞。GDT響應最慢，最后導通，泄放掉大部分能量，并將殘壓限制在較低水平。

圖2 差模泄放回路示意

3. 工作原理——共模回路
如圖3，為保證良好的保護效果，通信參考地CANG應在組網后單點接地。 當有共模干擾電壓施加在接口1，2腳時，TVS1響應最快，首先導通，芯片總線引腳與CANG之間的電壓被鉗位。R2、R3電阻限制流過TVS1的電流，防止其過功率損壞。GDT響應最慢，最后導通，泄放掉大部分能量，并將殘壓限制在較低水平。

圖3 共模泄放回路示意

應用注意事項
1. 保護電路要可靠接地
共模干擾需以大地（或保護地）作為泄放回路，保護電路必須可靠接地，否則共模保護部分沒有返回路徑，保護電路失效，可能造成前級芯片或電路損壞，如圖4。

圖4 未接地共模電流路徑

2.盡可能減小引入的電容
CAN總線對總線電容要求極高，應盡可能降低保護電路自身的等效電容。按圖1推薦的電路結構進行設計，保護電路的總差分電容可控制在10pF左右，在提供足夠保護的同時，基本避免了對CAN總線通信造成的影響。

設計實例
1. 設計一個滿足IEC61000-4-5 Class4的保護電路
依據標準，Class4適用于通信互連線在戶外布置的應用場合。
該等級浪涌測試開路電壓4kV，短路電流高達100A。由于CAN線纜為對稱通信線，僅需進行線-地（共模）測試。

• 氣體放電管：通流量可選擇500A，開啟電壓90V，封裝1206。若空間充足，可選擇通流量更大的器件，以達到更好的保護效果。
• 限流電阻：電阻不宜過大，否則會導致信號幅值過低。一般選擇10歐以內，如4.7歐。若TVS管導通電壓為12V，則流過電阻峰值電流約為（90-12）/4.7=16.5A。應選擇可通過峰值電流16.5A的大電流電阻，如繞組電阻、PTC等，切勿選擇普通的金屬膜、碳膜電阻！
• TVS管：導通電壓應高于信號幅值，并低于引腳最大直流耐壓，如12V。峰值電流則應大于2*16.5=33A，如P6KE12CA。
• 二極管：反向耐壓大于TVS最大導通電壓，峰值電流大于16.5A，如1N4007。

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圖5 SM1500與SP00S12典型連接

本文給出的保護電路，僅作為參考設計。實際的總線應用復雜，外圍保護電路也需要根據總線節(jié)點數(shù)、總線長度等因素進行實際調整，才能達到滿意的保護效果。