Den CAN bus galvanisch trennen – Was ist der Vorteil, wenn dennoch das CAN-Interface zerstört werden kann?

Die galvanische Trennung im CAN-Interface soll den CAN-Controller und auch den PC vor Hochspannungsereignissen am Bus schützen. Unter gewissen Umständen können die Spannungsunterschiede in einem CAN-Netzwerk weit über die Spezifikation hinausgehen. Dies kann nicht nur den CAN-Transceiver und den CAN-Controller in der Schnittstelle zerstören, es kann auch Auswirkungen auf die PC-Hardware haben. Im Falle einer Überspannung an einer PC-Karte kann diese, z. B. via PCI oder PCIe, auf das Motherboard wirken und auch dieses zerstören. In seltenen Fällen haben wir auch erlebt, dass USB-Host-Controller durch solche Effekte zerstört wurden.

Mit einer galvanischen Trennung haben Sie möglicherweise einen Defekt an Ihrer CAN-Schnittstelle (in den meisten Fällen der CAN-Transceiver), Ihr wesentlich teureres Host-System wird jedoch geschützt.

Gründe, warum auch galvanisch isolierte Geräte beschädigt werden können

Den CAN bus galvanisch trennen bedeutet nicht, dass diese Trennung zwischen Bus und CAN-Transceiver erfolgt, sondern zwischen CAN-Transceiver und CAN-Controller. Grund ist, dass der CAN-Transceiver die verstärkende Komponente ist, die die Spannungspegel für den CAN-Bus bereitstellt (ähnlich MAX232 bei serieller RS232-Kommunikation).

CAN-Transceiver haben eine gewisse Toleranz, die unter Berücksichtigung der für CAN definierten Spannungswerte recht hoch ist. Nach ISO 11898-2: -3 V bis +16 V (bis +32 V für Fahrzeuge mit 24 V Spannungsversorgung). CAN-Transceiver-Datenblätter geben oft bis zu 36 V an.

Wenn auf dem Bus eine Spannungsdifferenz vorliegt welche diese Toleranz übersteigt, dann kann der CAN-Transceiver zerstört oder beschädigt werden.

Quellen für Hochspannungsdifferenzen

CAN-GND wird nicht als gemeinsamer Referenzspannungspegel für die CAN-Signale verwendet

• CAN-Hi und CAN-Lo werden immer mit CAN-GND verglichen.
• Wenn Anwender den CAN bus galvanisch trennen, dann ist CAN-GND erforderlich. Andernfalls ist das Potential frei schwebend.
• Wenn Geräte über unabhängige Stromversorgungen verfügen, dann kann CAN-GND unterschiedliche Pegel haben. Dies bedeutet, dass Strom auf CAN-GND fließt. Die Spannungsdifferenz wird in der Regel größer, je länger die Kabellänge zwischen den Geräten ist. Selbst bei kurzen Leitungen können jedoch Gleichtaktprobleme auftreten.

• 1 m CAN-Kabel zwischen PC und Slave-Gerät.
• Zwei unabhängige Stromversorgungen.
• 1,45 V Potentialdifferenz zwischen den GND-Pegeln dieser Geräte.

EMI-Probleme, wie Induktion durch Antriebe, Wechselrichter oder andere Maschinen mit Hochspannung oder hohen Frequenzen

• Geschirmte und verdrillte Leitungen verwenden.
• CAN (oder Datenkabel im Allgemeinen) sollten nicht zu nah an Netzkabeln oder kritischen EMI-Geräten geführt werden.
• Schild- und Groundkonzept muss sorgfältig geplant werden.