专利名称：基于can总线通信的mosfet扩容驱动模块的制作方法
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、抗十扰能力差以及 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T 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^l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。
本实用新型有附图4幅，其中 图1、本实用新型的结构框图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。
图中KCAN物理接口， 2、MCU主控单元，3、光耦隔离单元，4、 MOSFET 驱动输出保护单元，5、数字量输出单元，6、输出反馈单元，7、光耦隔离单元。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例如附图所示，是由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、CAN物理接口单元电路所组成。
所述的MCU主控单元，如图3所示，选用C8051F040单片机。MCU主控 单元通过专用接口 CANTX发出信号，信号通过U17C、 U17B两个反相器整形 后，经光耦U3隔离，传送到专用信号接口芯片U2，再由U2传送到CAN主网 上。MCU接受信号则是由U2将信号处理后，通过U4隔离，U17A整形，送到 MCU的专用接口 CANRX。
所述的CAN物理接口单元，由通信信号的整形处理，通信信号隔离和专用 的接口芯片构成。如图4所示。
所述的隔离驱动单元、MOSFET驱动输出保护单元、反馈单元，控制信号 由中央处理主控单元发出，通过CAN物理接口传送给模块主控单元MCU， MCU 通过处理，将信号送隔离驱动单元，驱动保护芯片U4，由驱动保护芯片U4实 现对双MOSFET Ql及MOSFET Q2的驱动，驱动MOSFET需要有12V 15V 的栅极电压。在这里，驱动信号由同一个驱动保护芯片U4的同一管脚给出，并 且在制做电路板时，要保证这一线路尽量的短，到每个MOSFET的线路等长。 在输出线路上的电阻R6是采样电阻，作用是监视流过MOSFET的电流，若超 过某一界限，电阻R6上的电压超过设定值，此电压信号送往驱动保护芯片U4， 驱动保护芯片U4及时切断对双MOSFET驱动信号，使双MOSFET呈高阻态， 避免MOSFET烧毁。经反馈单元反馈给模块主控单元MCU。再经CAN物理接 口将模块状态发送给中央处理单元处理，从而实现对MOSFET的保护和状态的
监视功能。
权利要求1、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主控单元(2)、MOSFET驱动输出保护单元(4)、输出反馈单元(6)和CAN物理接口单元(1)，以及光耦隔离单元(3)、(7)；其中所述的MOSFET驱动输出保护单元采用双MOSFET并联电路，驱动信号由MCU发出，通过U1B整形，电阻R1降压，将信号送给驱动芯片U4的IN脚，并由其管脚P-U输出，实现对双MOSFET Q1及MOSFET Q2的驱动；短路保护信号取自于输出电路中的电阻R6，反馈给驱动芯片U4的IS脚；所述的反馈单元则由R8和D3构成的整形电路和光耦U3组成，反馈信号经R8、D3、U3和U1C送到MCU；所述的CAN总线物理接口由高速光耦和物理层芯片构成，CAN总线发送信号CANTX经过缓冲驱动光耦，输出信号经过电阻连接到物理层芯片，最终变成差分信号驱动CANH和CANL，总线上的接收信号经过物理层芯片变换成数字信号RXD，RXD输入连接光耦，输出送到缓冲芯片。
2、根据权利要求1所述的基于CAN总线通信的MOSFET扩容驱动模块， 其特征在于由驱动电路同一芯片U4引出的驱动信号到达双MOSFET的G极引 线应尽量短，到每个MOSFET的G极线路要等长。
专利摘要本实用新型公开了一种基于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，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，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。所述的CAN物理接口单元，使该模块能方便地与其他CAN设备互连。本实用新型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。具有结构新颖、简单、布置维护方便，适用于机车及一般工业应用场合等特点，属于一种集经济性与实用性为一体的新型装置。
文档编号H04L12/40GK201327578SQ200820231600
公开日2009年10月14日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者刘维洋, 李砾工, 勇 石 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心