[实用新型]基于CAN总线通信的MOSFET扩容驱动模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于CAN总线通信的MOSFET扩容驱动模块，主要应用于铁路列车网络控制系统的数字量输出单元，也可应用于一般工业用数字量输出。

背景技术

CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达5Kbit/s的数据传输速率。CAN协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。如果禁止CAN2.0B，则CAN控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。这为控制驱动输出提供了一种通过网络通信远程控制的方法。将每一个模块设定为一个网络节点，就近安装在被控对象附近，传输对象信息，这样可以节省大量的连接电缆和其它硬件设备，简化系统结构，提高系统的功能冗余性和可扩展性，从而提高网络控制系统的整体性能。近年来随着工业自动化领域的快速发展，工业现场总线由于其可靠性高、成本低、故障率低等优点使得其应用越来越广泛，出于成本和通信性能的考虑，CAN总线在工业现场总线中占有很大的比重，尤其是在铁路机车、轻轨、地铁等轨道交通领域。

同样在现代机车中，由于触点式的数字量输出的可靠性高，开关容量大等特点被广泛使用。不过也存在着一定的局限性。1、触点是机械式的使用寿命有限。2、触点式数字量输出的控制绕圈的抗干扰能力差。3、触点式数字量输出的产品通用性差。大功率直流负载断开时拉弧现象易使触点烧结，若选择更大容量的继电器，在小功率负载时，容易造成触点氧化，影响导通质量。

随着电力电子技术的迅速发展，功率MOSFET以其高频性能好、开关损耗小、输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单等优点在机车的数字量输出装置中得到了广泛的应用。但是，功率MOSFET容量有限及短路保护困难也成了亟待解决的问题。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的MOSFET扩容驱动及短路保护装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

本实用新型的目的是研究设计一种基于CAN总线通信的MOSFET扩容驱动模块，旨在解决机车控制中机械式触点的使用寿命有限、抗干扰能力差以及功率MOSFET元件容量有限及短路保护困难等问题，实现通过网络通信方式远程控制驱动单元。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种基于CAN总线通信的MOSFET扩容驱动模块，其特征在于包括MCU模块主控单元、隔离驱动单元、MOSFET驱动输出保护单元、反馈单元和CAN物理接口单元；其中所述的MOSFET驱动输出保护单元采用双MOSFET并联电路，接在光耦U2和取样电阻R6之间；输出信号由中央处理单元发出，通过CAN物理接口传送给模块主控单元MCU，双MOSFET的驱动信号来自于驱动电路同一芯片U4的同一输出端，由输出端接入MOSFET的G、D极，二条G极引线应尽量短且等长；短路保护信号取自于输出电路中的电阻R6，反馈给驱动电路U4的IS脚，并通过驱动保护电路检测MOSFET的电流，监测MOSFET的短路状态，以便短路发生时及时切除MOSFET驱动电压，使两个MOSFET呈现高阻态，再反馈给模块主控单元MCU，发送给中央处理单元处理，从而实现对MOSFET的保护和状态的监视。

所述的中央处理单元电路，由门电路及隔离光耦构成。

所述的驱动保护电路由驱动电路及反馈电路电阻R6组成。

所述的模块主控单元MCU由C8051F040单片机及外围电路构成。

所述的CAN物理接口使该模块与其他CAN设备互连。

与现有技术中常用的单管MOSFET输出单元及触点式输出单元相比较，本实用新型的优势在于，具有网络通信容量大、可靠性高、占用空间小等特点。通过采用两管并联实现扩容，能够满足机车中数字量输出的容量需求。其大批量投入市场，将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本实用新型有附图4幅，其中：

图1、本实用新型的结构框图；

图2、双管MOSFET驱动保护单元的电路图；

图3、C8051F040原理图；

图4、CAN物理接口图。