산업 시장은 빠르게 진화하고 있으며, 새로운 기술이 혁신과 효율성에 대한 증가하는 요구 사항을 충족시키고 있습니다. 산업용 애플리케이션은 이더넷, RS-485 및 CAN(컨트롤러 영역 네트워크)을 비롯한 다양한 인터페이스를 사용하여 여러 장비 간에 시간에 민감한 데이터를 통신합니다. 설계자는 사용할 인터페이스를 선택할 때 다양한 목표와 장단점을 고려해야 합니다.
CAN은 가혹하고 잡음이 많은 산업 환경에서 안정적인 데이터 통신을 제공하는 최초의 프로토콜 중 하나이며 그 인기가 높습니다. CAN 프로토콜의 물리적 계층을 제공하는 CAN 트랜시버는 높은 전력 효율, 높은 데이터 속도 및 작은 물리적 크기를 제공하는 동시에 견고하고 안정적이어서 많은 산업용 애플리케이션에 적합한 선택입니다. 이 문서에서 CAN 트랜시버의 이점을 소개하고 산업용 애플리케이션의 효율 극대화에 대한 역할을 설명합니다.
그림 1에서는 일반적으로 CAN 트랜시버를 사용하여 데이터를 제공하는 다양한 산업용 애플리케이션을 보여줍니다.
그림 1 태양광 인버터, UPS(무정전 전원 공급 장치), HVAC 시스템, 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러 및 에너지 저장 시스템이 CAN에 의존합니다산업 환경에서 통신 보장: CAN 트랜시버의 역할
CAN 트랜시버는 센서, 컨트롤러, 액추에이터와 같은 장치가 디지털 신호를 버스에서 장거리 전송할 수 있는 아날로그 차동 신호로 변환함으로써 통신할 수 있게 하기 때문에 산업용 자동화 시스템에서 필수적입니다. 트랜시버는 데이터를 안정적으로 전송하고 네트워크를 전기적 손상으로부터 보호합니다. 그러면 데이터 교환의 효율성이 높아지고 통신이 더 정확해집니다. 따라서 산업용 애플리케이션에서 새로운 CAN 트랜시버를 선택할 때는 안정성, 작은 크기, 낮은 전력 소모가 매우 중요합니다.
산업 환경에서 견고성의 중요성에 대해 이야기해 보겠습니다. 전압 스파이크, 과도 현상 및 정전 방전(ESD)과 같은 전기적 위험은 산업 환경에서 흔히 발생하는 간섭의 원인입니다. 조립 라인, 로봇 및 자동화 시스템과 같이 ESD에 민감한 영역이나 제품에 있는 장치들은 네트워크의 안전을 보장하기 위해 CAN 트랜시버에 ESD 보호 기능을 갖추고 있어야 합니다. CAN 트랜시버에 ESD 보호를 통합하면 오작동 없이 고전압 방전을 견딜 수 있습니다. 또한 산업용 애플리케이션은 긴 CAN 버스 케이블을 사용하는 경우가 많기 때문에 단락 및 과전압 상태와 같은 버스 고장의 위험을 높입니다. 이처럼 확장된 네트워크에 연결된 장비에는 높은 버스 고장 방지 기능을 갖춘 트랜시버가 필요합니다. 이러한 보호 기능이 없으면 이러한 고장이 트랜시버를 손상시키고 전체 네트워크를 통해 전파될 수 있어 통신 중단과 시스템 다운타임이 발생할 수 있습니다.
다양한 제품은 산업용 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러), 모터 드라이브, 원격 센서 및 액추에이터와 같은 현재의 CAN 인터페이스를 사용합니다. 산업용 PLC는 여러 산업용 프로세스를 제어하며 일반적으로 광범위한 센서 네트워크에 연결되어 버스 케이블 길이가 깁니다. 모터 드라이브는 CAN 버스에서 전압 스파이크와 트랜션트를 유발할 수 있는 고전력 모터를 제어합니다. 이러한 두 경우 모두 CAN 트랜시버를 위한 강력한 버스 고장 방지 기능을 갖추고 있는 것이 중요합니다. 원격 센서와 액추에이터는 네트워크 주변부에 위치한 경우가 많기 때문에 환경의 정전기에 노출될 수 있기 때문에 강력한 ESD 보호 기능이 필요합니다.
장거리를 처리할 수 있는 산업 설정에서 접지 전위차 및 공통 모드 잡음이 축적되면 신호 저하가 발생할 수 있습니다. CAN 트랜시버는 전체 네트워크에서 안정적인 신호 전송을 보장하기 위해 더 넓은 공통 모드 범위를 제공합니다. 예를 들어 접지 루프 전류와 공통 모드 잡음을 자주 생성하는 모터 드라이브에는 통신 오류를 최소화하기 위해 더 넓은 공통 모드 범위를 갖춘 트랜시버가 필요합니다. 이는 모터 제어 및 피드백 신호의 데이터 무결성을 개선하기 위한 것입니다.
5V CAN 및 3.3V CAN 트랜시버는 산업용 애플리케이션에서 많이 사용됩니다. 그러나 3.3V CAN 트랜시버는 LDO(저손실 레귤레이터) 제거와 3.3V 마이크로컨트롤러와 5V CAN 트랜시버 간의 레벨 전환 회로 제거와 같은 추가적인 이점을 제공할 수 있습니다. 이 3.3V CAN 트랜시버는 시스템 설계를 간소화하고, 부품 수를 줄이고, 최종 제품을 더 작게 만듭니다. 또한 LDO를 제거하면 전체 시스템 비용을 줄일 수 있습니다. 그림 2에서는 3.3V 마이크로컨트롤러와 3.3V CAN 트랜시버 작동의 일반적인 구성을 보여줍니다.
그림 2 3.3V CAN 트랜시버의 애플리케이션 회로도전력 소모에 있어서는 3.3V CAN 트랜시버가 기존의 5V CAN 트랜시버보다 효율적입니다. 또한 TCAN3414와 같은 3.3V CAN 트랜시버의 셧다운 기능은 전류를 더욱 줄여 배터리 구동 애플리케이션 또는 전력 제한이 엄격한 장치에서 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.
그림 3에서는 하나의 네트워크에서 원활하게 작동하는 3.3V 및 5V CAN 트랜시버를 보여줍니다. TI의 TCAN3413 및 TCAN3414와 같은 3.3V 공급 CAN 트랜시버는 5V CAN 트랜시버와 완전한 상호 운용이 가능합니다. 자세한 내용은 차량용 등급 EMC 인증 3.3V CAN 트랜시버 백서를 참조하십시오.
그림 3 3.3V 및 5V CAN 트랜시버를 지원하는 일반적인 CAN 네트워크마무리
TCAN3413 및 TCAN3414와 같은 3.3V CAN 트랜시버는 설계자가 산업 환경에서 효율적으로 작동하는 안정적인 인터페이스를 구현할 수 있도록 도와줍니다. 산업 환경의 다양한 문제로부터 보호할 수 있는 다양한 기능을 제공합니다. 이러한 장치에는 최대 ±10kV의 버스에서 국제 전기 기술 위원회 IEC-61000-4-2 ESD 보호, ±58V의 높은 버스 고장 방지, ±30V의 넓은 리시버 공통 모드 입력 전압 범위가 포함됩니다. 이러한 기능을 사용하면 안정적인 통신 향상을 위해 설계를 최적화하는 동시에 보드 공간과 시스템 비용을 절약할 수 있습니다.
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