CAN总线知识介绍及新能源汽车电流传感器调研报告-许超课件

CAN总线知识介绍及新能源汽车电流传感器调研报告

许超2017.4.272024/12/11主要内容:CAN总线知识介绍及与其他各类总线的比较新能源汽车领域电流传感器调研2024/12/12什么是CAN?CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。由德国电气商博世公司在1986年率先提出。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化。现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN协议经过ISO标准化后有两个标准:ISO11898标准和ISO11519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率为125Kbps~1Mbps的高速通信标准，而ISO11519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准。CAN具有很高的可靠性，广泛应用于:汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。2024/12/13CAN总线工作原理CAN总线标准包括物理层、数据链路层,其链路层定义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故障处理的方式。1.当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。2.每组报文开头的11位字符为标识符(ID),定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。3.当一个节点要向其它节点发送数据时,该节点的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片,并处于准备状态；一旦该CAN芯片收到总线分配,就变为发送报文状态,该CAN芯片将要发送的数据组成规定的报文格式发出。此时,网络中其他的节点都处于接收状态,每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。2024/12/14CAN知识-帧种类CAN通信是以以下5种类型的帧进行的:帧类型帧用途数据帧数据帧携带数据从发送器至接收器。总线上传输的大多是这个帧。遥控帧用于接收单元向具有相同

标识符的发送单元请求数据的帧错误帧用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧过载帧用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧间隔帧用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧2024/12/15CAN控制器与收发器CAN总线规范采用了OSI（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，开放式通信系统互联参考模型）的三层网络结构，有三种不同的器件与之相对应。对应物理层的是收发器；对应数据链路层的是CAN控制器；应用层上主要是用户特殊的应用，对应的器件是微控制器。CAN控制器的作用:完成CAN规范所规定的物理层和数据链路层大部分功能。有微处理器接口，易于连接单片机。结构分两种类型，独立CAN控制器或集成CAN控制器的单片机2024/12/16CAN知识-物理层ISO11898标准，物理层特征如图所示:CAN控制器根据CAN_L和CAN_H上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。显性电平对应逻辑:0CAN_H和CAN_L之差为2V左右。隐性电平对应逻辑:1CAN_H和CAN_L之差为0V。显性电平具有优先权,只要有一个单元输出显性电平,总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味,只有所有的单元都输出隐性电平,总线上才为隐性电平（显性电平比隐性电平更强）。另外,在CAN总线的起止端都有一个120Ω的终端电阻,来做阻抗匹配。2024/12/17CAN的特点-11、多主控制。总线空闲时，所有单元都可发送消息，而两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（ID，非地址）决定优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。2、系统柔软性。连接总线的单元，没有类似“地址”的信息(面向内容的编址方案)，因此，可以在不修改软硬件的情况下向CAN总线中加入新节点。3、速度快，距离远。最高1Mbps（距离<40M），最远可达10KM（速率<5Kbps）。4.具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。所有单元都可以检测错误（错误检测功能），检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能），正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。2024/12/18CAN的特点-25、故障封闭功能。CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。6.连接节点多。CAN总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。总结：正是因为CAN协议的这些特点，使得CAN特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。2024/12/19CAN总线与其他常用总线的比较:总线类别通信方式数据线节点通信速度与通信距离应用I2C-两线式串行总线半双工通信两线式-SDA数据线-SCL时钟线理论最大节点127个标准速度：100kbps快速模式：400kbps高速模式：3.4Mbps一般用于短距通信连接微控制器及其外围设备SPI-串行外设接口全双工通信四线式-MISO主入从出-MOSI主出从入-SCLK时钟信号-CS从设备片选信号主从工作方式芯片与芯片之间的通信SPI一般是用于片间通信，不适合设备间通信，SPI最高已达到50Mbps，快于I2C应用于EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器、还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。RS485-串行通讯标准半双工（常用）全双工（不常用）常用的方式为两线式-RX+和TX+并联为Data+-RX-和TX-并联为Data-一般最大支持32个节点用特制的485芯片节点可达128、256、400个10米时，RS485传输速率可达35Mbps通信距离最长1200m时，传输速率可达100Kbps大量的仪器仪表PC与智能设备通讯，视频监控、门禁对讲、楼宇报警等等CAN-控制器局域网络半双工通信两线式-CAN_L和CAN_H数理论上是没有限制最高1Mbps（距离<40M）最远可达10KM（速率<5Kbps）汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备2024/12/110常用的电流检测方法有分流器、电流互感器、霍尔电流传感器、磁通门电流传感器、光学电流传感器等等,但是在新能源汽车领域用的电流传感器最多的是霍尔电流传感器。汽车领域的霍尔电流传感器一般分为一下三种磁平衡式霍尔电流传感器原边电流产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流精确的反映原边电流的变化。直接放大式霍尔电流传感器原边电流产生的磁通聚集在磁路中,并经霍尔元件在气隙处进行检测。霍尔元件的输出电压信号经过处理,在传感器输出端输出标准电压信号,该电压信号精确地反映原边电流变化。磁调制式电流传感器磁调制电流传感器利用高导磁铁芯在内部方波电压激励作用下的交替饱和特性,能够快速将原边电流信号通过等安匝原理快速调制到次边线圈,使次边线圈输出电流能够精确跟随原边电流信号的变化。

二:新能源汽车领域电流传感器调研

2024/12/111电流传感器国外相关公司产品:品牌

型号

产地

参数设计原理图片LEM莱姆电子HAH1BVS/01瑞士测量范围

:±300A精度:

3%

供电电压:+5v工作温度TA-40℃～+125℃重量：39gOpenloopHallEffect

（开环霍尔效应）CAB300-C/SP3瑞士测量范围

:±350A精度:

0.1%

供电电压:8v-16

v工作温度TA-40℃～+125℃重量：67gFluxgate（磁通门电流传感器）DHABS/33瑞士测量范围：±750A

精度1%

供电电压：+5v工作温度TA-40℃～+125℃重量：82gOpenloopHallEffect

（开环霍尔效应）2024/12/112品牌

型号

产地

参数设计原理图片Honeywell霍尼韦尔CSCA-A-B15B02美国测量范围

:±600A精度:

2%

供电电压:±15(±5%)V绝缘耐压：3KV/50Hz/1min工作温度TA-10℃～+80℃响应时间：3~10us霍尔效应开环电流传感器CSNS300M-002S美国测量范围

:±300A精度:

≤±0.75%

供电电压:±12to±18Vdc±5%绝缘耐压：6KV/50Hz/1min工作温度：TA-40℃～85℃响应时间：≤0.5µs霍尔效应闭环电流传感器基于磁场平衡原理CSNK500M美国测量范围：±500A

精度：优于±0.50%供电电压:±15~18VDC（±5%）绝缘耐压：6KV/50Hz/1min工作温度TA-40℃～+85℃响应时间：优于1μs基于磁补偿原理2024/12/113电流传感器国内相关公司产品:品牌

型号

公司

参数设计原理图片昱恩YNC-T5上海昱恩科技有限公司测量范围:±500A精度:±1%

电源电压:±12V--±15V

工作温度：TA-40℃～+125℃绝缘耐压：3KV/50Hz/1min重量：65g开环型霍尔电流传感器YNC-DC(2V)测量范围:±800A精度:±1%

电源电压VC：+5V（±5%）工作温度：TA-40℃～+125℃绝缘耐压：3KV/50Hz/1min重量：25g开环型霍尔电流传感器YNC-LH测量范围:±500A精度:±0.4%

电源电压VC：（±5%）±15V--±24V工作温度：TA-40℃～+125℃绝缘耐压：6KV/50Hz/1min重量：280g基于磁平衡闭环型霍尔电流传感器2024/12/114品牌

型号

公司

参数设计原理图片中国中车NACA.500M-S5/SP1VA宁波中车时代传感技术有限公司测量范围:±500A精度:±1%

电源电压5VDC工作温度：TA-40℃～+125℃绝缘耐压：2KV/50Hz/1min响应时间：3~10us重量：<=55g直接放大式霍尔电流传感器NACF.850J-S5/V测量范围:±850A精度:±1%

电源电压VC：+5V（±5%）工作温度：TA-40℃～+125℃绝缘耐压：6KV/50Hz/1min响应时间：3~10us重量：55g直接放大式霍尔电流传感器NACL.1000-S1测量范围:±1000A精度:±0.5%

电源电压VC：+5V（±5%）工作温度：TA-40℃～+125℃隔离电压：15KV/50Hz/1min响应时间：1us重量：270g基于磁平衡霍尔电流传感器2024/12/115品牌

型号

公司

参数设计原理图片森社CHK-600Y4北京森社电子有限公司测量范围:±600A精度:±1%

电源电压5VDC工作温度：TA-10℃～+70℃绝缘耐压：5KV/50Hz/1min响应时间：<=10us重量：110开环霍尔直测式原理CHF-400F/5v测量范围:±40