專利名稱：基于can總線通信的mosfet擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊，主要 應(yīng)用于鐵路列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸出單元，也可應(yīng)用于一般工業(yè)用數(shù)字 量輸出。
背景技術(shù)：
CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率， 高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km 時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)5Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN協(xié)議的2.0A版本規(guī)定 CAN控制器必須有一個(gè)11位的標(biāo)志符。同時(shí)，在2.0B版本中規(guī)定，CAN控制 器的標(biāo)志符長(zhǎng)度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器可以 發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文或29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展格式報(bào)文。如果 禁止CAN2.0B，則CAN控制器只能發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文， 而忽略擴(kuò)展格式的報(bào)文結(jié)構(gòu)，但不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這為控制驅(qū)動(dòng)輸出提供了一種 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信遠(yuǎn)程控制的方法。將每一個(gè)模塊設(shè)定為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，就近安裝 在被控對(duì)象附近，傳輸對(duì)象信息，這樣可以節(jié)省大量的連接電纜和其它硬件設(shè) 備，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的功能冗余性和可擴(kuò)展性，從而提高網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)的整體性能。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的快速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線由于其 可靠性高、成本低、故障率低等優(yōu)點(diǎn)使得其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，出于成本和通信 性能的考慮，CAN總線在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線中占有很大的比重，尤其是在鐵路機(jī)車、 輕軌、地鐵等軌道交通領(lǐng)域。
同樣在現(xiàn)代機(jī)車中，由于觸點(diǎn)式的數(shù)字量輸出的可靠性高，開(kāi)關(guān)容量大等 特點(diǎn)被廣泛使用。不過(guò)也存在著一定的局限性。1、觸點(diǎn)是機(jī)械式的使用壽命有 限。2、觸點(diǎn)式數(shù)字量輸出的控制繞圈的抗干擾能力差。3、觸點(diǎn)式數(shù)字量輸出 的產(chǎn)品通用性差。大功率直流負(fù)載斷開(kāi)時(shí)拉弧現(xiàn)象易使觸點(diǎn)燒結(jié)，若選擇更大 容量的繼電器，在小功率負(fù)載時(shí)，容易造成觸點(diǎn)氧化，影響導(dǎo)通質(zhì)量。
隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，功率MOSFET以其高頻性能好、開(kāi)關(guān)損耗 小、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)車的數(shù)字量輸出裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，功率MOSFET容量有限及短路保護(hù)困難也成了亟 待解決的問(wèn)題。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)一種新型的 MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)及短路保護(hù)裝置，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題是十分 必要的。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是研究設(shè)計(jì)一種基于CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū) 動(dòng)模塊，旨在解決機(jī)車控制中機(jī)械式觸點(diǎn)的使用壽命有限、抗十?dāng)_能力差以及 功率MOSFET元件容量有限及短路保護(hù)困難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信方式遠(yuǎn) 程控制驅(qū)動(dòng)單元。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的-
一種基T CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于包括MCU 模塊主控單元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元、反饋單元和CAN 物理接口單元；其中所述的MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元采用雙MOSFET并聯(lián)電 路，接在光耦U2和取樣電阻R6之間；輸出信號(hào)由中央處理單元發(fā)出，通過(guò)CAN 物理接口傳送給模塊主控單元MCU，雙MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)自于驅(qū)動(dòng)電路 同一芯片U4的同一輸出端，由輸出端接入MOSFET的G、 D極，二條G極引 線應(yīng)盡量短且等長(zhǎng)；短路保護(hù)信號(hào)取自于輸出電路中的電阻R6，反饋給驅(qū)動(dòng)電 路U4的IS腳，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路檢測(cè)MOSFET的電流，監(jiān)測(cè)MOSFET的 短路狀態(tài)，以便短路發(fā)生時(shí)及時(shí)切除MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓，使兩個(gè)MOSFET呈現(xiàn) 高阻態(tài)，再反饋給模塊主控單元MCU，發(fā)送給中央處理單元處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) MOSFET的保護(hù)和狀態(tài)的監(jiān)視。
所述的中央處理單元電路，由門電路及隔離光耦構(gòu)成。 所述的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路由驅(qū)動(dòng)電路及反饋電路電阻R6組成。 所述的模塊主控單元MCU由C8051F040單片機(jī)及外圍電路構(gòu)成。 所述的CAN物理接口使該模塊與其他CAN設(shè)備互連。 與現(xiàn)有技術(shù)中常用的單管MOSFET輸出單元及觸點(diǎn)式輸出單元相比較，本 實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于，具有網(wǎng)絡(luò)通信容量大、可靠性高、占用空間小等特點(diǎn)。 通過(guò)采用兩管并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，能夠滿足^l車中數(shù)字量輸出的容量需求。其大批 量投入市場(chǎng)，將產(chǎn)生積極的社會(huì)效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

本實(shí)用新型有附圖4幅，其中 圖1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖2、雙管MOSFET驅(qū)動(dòng)保護(hù)單元的電路圖； 圖3、 C8051F040原理圖； 圖4 、 CAN物理接口圖。
圖中KCAN物理接口， 2、MCU主控單元，3、光耦隔離單元，4、 MOSFET 驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元，5、數(shù)字量輸出單元，6、輸出反饋單元，7、光耦隔離單元。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施例如附圖所示，是由MCU模塊主控單元、隔離驅(qū)動(dòng) 單元、MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元、反饋單元、CAN物理接口單元電路所組成。
所述的MCU主控單元，如圖3所示，選用C8051F040單片機(jī)。MCU主控 單元通過(guò)專用接口 CANTX發(fā)出信號(hào)，信號(hào)通過(guò)U17C、 U17B兩個(gè)反相器整形 后，經(jīng)光耦U3隔離，傳送到專用信號(hào)接口芯片U2，再由U2傳送到CAN主網(wǎng) 上。MCU接受信號(hào)則是由U2將信號(hào)處理后，通過(guò)U4隔離，U17A整形，送到 MCU的專用接口 CANRX。
所述的CAN物理接口單元，由通信信號(hào)的整形處理，通信信號(hào)隔離和專用 的接口芯片構(gòu)成。如圖4所示。
所述的隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元、反饋單元，控制信號(hào) 由中央處理主控單元發(fā)出，通過(guò)CAN物理接口傳送給模塊主控單元MCU， MCU 通過(guò)處理，將信號(hào)送隔離驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片U4，由驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片U4實(shí) 現(xiàn)對(duì)雙MOSFET Ql及MOSFET Q2的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)MOSFET需要有12V 15V 的柵極電壓。在這里，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由同一個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片U4的同一管腳給出，并 且在制做電路板時(shí)，要保證這一線路盡量的短，到每個(gè)MOSFET的線路等長(zhǎng)。 在輸出線路上的電阻R6是采樣電阻，作用是監(jiān)視流過(guò)MOSFET的電流，若超 過(guò)某一界限，電阻R6上的電壓超過(guò)設(shè)定值，此電壓信號(hào)送往驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片U4， 驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片U4及時(shí)切斷對(duì)雙MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使雙MOSFET呈高阻態(tài)， 避免MOSFET燒毀。經(jīng)反饋單元反饋給模塊主控單元MCU。再經(jīng)CAN物理接 口將模塊狀態(tài)發(fā)送給中央處理單元處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET的保護(hù)和狀態(tài)的
監(jiān)視功能。
權(quán)利要求1、一種基于CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于包括MCU主控單元(2)、MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元(4)、輸出反饋單元(6)和CAN物理接口單元(1)，以及光耦隔離單元(3)、(7)；其中所述的MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元采用雙MOSFET并聯(lián)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由MCU發(fā)出，通過(guò)U1B整形，電阻R1降壓，將信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)芯片U4的IN腳，并由其管腳P-U輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙MOSFET Q1及MOSFET Q2的驅(qū)動(dòng)；短路保護(hù)信號(hào)取自于輸出電路中的電阻R6，反饋給驅(qū)動(dòng)芯片U4的IS腳；所述的反饋單元?jiǎng)t由R8和D3構(gòu)成的整形電路和光耦U3組成，反饋信號(hào)經(jīng)R8、D3、U3和U1C送到MCU；所述的CAN總線物理接口由高速光耦和物理層芯片構(gòu)成，CAN總線發(fā)送信號(hào)CANTX經(jīng)過(guò)緩沖驅(qū)動(dòng)光耦，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻連接到物理層芯片，最終變成差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)CANH和CANL，總線上的接收信號(hào)經(jīng)過(guò)物理層芯片變換成數(shù)字信號(hào)RXD，RXD輸入連接光耦，輸出送到緩沖芯片。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊， 其特征在于由驅(qū)動(dòng)電路同一芯片U4引出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)雙MOSFET的G極引 線應(yīng)盡量短，到每個(gè)MOSFET的G極線路要等長(zhǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于CAN總線通信的MOSFET擴(kuò)容驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于包括MCU主控單元、隔離驅(qū)動(dòng)單元、MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元、反饋單元和CAN物理接口單元；其中所述的MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出保護(hù)單元采用雙MOSFET并聯(lián)電路，雙MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)自于驅(qū)動(dòng)電路同一芯片U4的同一輸出端，短路保護(hù)信號(hào)取自于輸出電路中的電阻R6，反饋給驅(qū)動(dòng)電路。所述的CAN物理接口單元，使該模塊能方便地與其他CAN設(shè)備互連。本實(shí)用新型采用兩管并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，能夠滿足機(jī)車中數(shù)字量輸出的容量需求。具有結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單、布置維護(hù)方便，適用于機(jī)車及一般工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合等特點(diǎn)，屬于一種集經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性為一體的新型裝置。
文檔編號(hào)H04L12/40GK201327578SQ200820231600
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者劉維洋, 李礫工, 勇 石 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心