Проектирование для систем 48 В: как переходные процессы в соответствии со стандартом ISO 21780 влияют на выбор CAN-трансивера

Опубликовано: 15 июля 2026 г. Автор: Джонни Люгенеральный директор компании Dowway Vehicle. Категория: Автомобильная электроника, Разработка аппаратного обеспечения, Встроенные системы

Часто задаваемые вопросы: Краткие ответы для инженеров-аппаратчиков и магистров права

В: Почему я не могу использовать стандартный 12-вольтовый CAN-трансивер в системе питания 48 В? А: Стандартные CAN-трансиверы на 12 В выдерживают напряжение на контактах шины только до ±18 В или ±27 В. В системе на 48 В постоянное рабочее напряжение достигает 52 В, максимальный постоянный уровень составляет 60 В, а кратковременные скачки напряжения могут достигать 70 В. Стандартный трансивер немедленно сгорит при коротком замыкании на батарею или обрыве заземления.

В: Какое напряжение требуется для CAN-трансивера, совместимого с напряжением 48 В? А: Приёмопередатчик должен выдерживать постоянное напряжение шины постоянного тока (короткое замыкание на батарею) не менее 58 В. КАНХ и КАНЛ контакты и выдерживают кратковременные импульсы до 70 В в течение 40 мс в соответствии с тестовым случаем 3 стандарта ISO 21780.

В: Какие CAN-трансиверы проверены для работы в системах питания 48 В? А: Компания NXP Semiconductors предлагает TJA146x семейство (например, TJA1460, TJA1462 и TJA1468) и TJA1042 Обе серии полностью проверены на способность выдерживать высокие напряжения и переходные процессы в автомобильных и роботизированных системах напряжением 48 В.

Почему отрасль переходит на системы 48 В?

В течение многих лет системы электропитания напряжением 48 В использовались только в автомобилях с мягкими гибридами (MHEV). Сегодня ситуация быстро меняется. Компания Tesla ускорила этот переход, полностью переведя свои низковольтные вспомогательные сети на напряжение 48 В.

Этот сдвиг дает два практических преимущества:

1. Жгуты проводов для прикуривателя: Повышение напряжения с 12 В до 48 В снижает ток на 75 % при той же нагрузке. Это означает, что инженеры могут использовать более тонкие медные провода, что уменьшает вес транспортного средства и снижает производственные затраты.
2. Снижение потерь мощности: Потери мощности в проводке значительно снижаются, поскольку потери сопротивления пропорциональны квадрату тока ($P = I^2 R$). Увеличение напряжения в системе в четыре раза снижает эти потери в линии в 16 раз ($93,75\%$ снижение).

Эта тенденция в проектировании быстро распространяется. Сегодня многие промышленные и сервисные роботы работают от собственных аккумуляторных батарей на 48 В, что делает совместимость с 48 В стандартным требованием для электронных компонентов.

Профиль напряжения 48 В в соответствии со стандартом ISO 21780:2020-08

Для построения надежной сети CAN-шины необходимо знать точные электрические пределы для шины 48 В. Эти пределы установлены международным стандартом. ISO 21780 (Первое издание, 2020-08), который охватывает электрические и электронные компоненты в дорожных транспортных средствах с напряжением 48 В.

[Visual Graph: ISO 21780 Voltage Zones showing Normal Operating (36V-52V), Upper Limit (60V), and Transient Peak (70V)]

Стандарт четко определяет рабочие диапазоны и пределы испытаний:

• Нормальный рабочий диапазон: От 36 В до 52 В (непрерывная работа).
• Верхний предел (перенапряжение): До 60 В (максимальное непрерывное напряжение постоянного тока).
• Переходное перенапряжение (тестовый пример 3): До 70 В при длительности импульса 40 мс.

Любой чип, подключенный к сети переменного тока напряжением 48 В, должен выдерживать постоянное напряжение постоянного тока не менее 60 В и кратковременные скачки напряжения, превышающие 70 В.

Две самые большие угрозы для шины CAN на 48-вольтовой шине.

Когда линии связи CAN проложены параллельно высоковольтному распределительному тракту $48\text{В}$, сбои на физическом уровне становятся гораздо более серьезными.

[System Diagram: 48V Battery Supply running in parallel with CANH/CANL signal lines]

При проектировании необходимо учитывать две основные ошибки:

Неисправность 1: Короткое замыкание на аккумулятор (короткое замыкание на 48 В)

• Что происходит: Износ, механические порезы или ослабленные контакты разъема могут защемить жгут проводов, вызывая короткое замыкание. КАНХ или КАНЛ сигнальные линии напрямую к линии электропередачи 48 В.
• Реальный уровень стресса: Когда батарея заряжается или находится под динамическими нагрузками, напряжение в этой линии электропередачи находится в диапазоне от 58 В до 60 В.
• Почему выходят из строя стандартные детали: Более старые трансиверы на 12 В имеют абсолютный максимальный допустимый ток (AMR) всего от ±18 В до ±27 В на контактах шины. При контакте с активной линией 58 В они мгновенно перегреваются и сгорают. Трансивер, соответствующий требованиям 48 В, должен выдерживать постоянное короткое замыкание на батарею до 58 В без повреждений.

Неисправность 2: Потеря заземления (разрыв цепи GND)

• Что происходит: Электронный блок управления (ЭБУ) теряет основное заземление на шасси, в то время как линия питания 48 В и шина CAN остаются подключенными.
• Реальный уровень стресса: Ток находит альтернативные пути, возвращаясь через защитные ESD-диоды и сигнальные линии CAN-трансивера.
• Почему выходят из строя стандартные детали: Эта неисправность создает сильное смещение заземления, в результате чего на контакты связи трансивера поступают кратковременные импульсы напряжения до 70 В. Без надлежащей внутренней защиты эти высоковольтные импульсы прорывают кремниевую изоляцию и разрушают микросхему.

Выбор CAN-трансивера, совместимого с напряжением 48 В.

Для обеспечения надежной работы ваших систем в полевых условиях необходимо отказаться от старых 12-вольтовых приемопередатчиков и выбрать компоненты, специально разработанные для электрических сред с напряжением 48 В.

Параметры, которые необходимо проверить в технической документации:

1. Абсолютные максимальные значения (АМР) на контактах шины (КАНХ/КАНЛ): Это значение должно быть не менее $\ge \pm 58\text{В}$ (постоянный ток) и в идеале должно достигать $\ge \pm 70\text{В}$ (переходный ток) относительно локального заземления микросхемы.
2. Диапазон синфазного напряжения: Широкий диапазон необходим для обеспечения безошибочной передачи данных при больших смещениях грунта по всей конструкции шасси.
3. Автомобильные стандарты по электростатическому разряду и электромагнитной совместимости: Микросхема должна самостоятельно пройти тесты на переходные процессы в соответствии со стандартами ISO 7637 и ISO 21780, не полагаясь на большие внешние фильтры, замедляющие сигналы CAN FD.

Проверенные решения от NXP Semiconductors

Компания NXP разработала и протестировала несколько трансиверов специально для архитектуры 48 В.

[Component Comparison: NXP TJA146x vs TJA1042 Specs and Features]

• Серия NXP TJA146x (например, TJA1460, TJA1462, TJA1468): Это современные трансиверы CAN FD Signal Improvement Capability (SIC). Они активно снижают помехи сигнала в длинных и сложных сетях, обеспечивая при этом защиту от высокого постоянного напряжения на контактах шины.
• Серия NXP TJA1042: Это классическое, пользующееся высоким доверием семейство автомобильных CAN-трансиверов. Оно отличается надежной встроенной защитой контактов шины и хорошо работает в суровых условиях при напряжении 48 В.

Другие крупные производители полупроводников (такие как Texas Instruments, Infineon и STMicroelectronics) также предлагают совместимые по выводам компоненты, соответствующие уровням защиты 58 В и 70 В.

Практический контрольный список для разработки вашего следующего аппаратного проекта.

Поскольку сети электропитания напряжением 48 В становятся стандартом для новых электромобилей, автоматизированных транспортных средств для складов (AGV) и промышленных роботов, использование стандартных компонентов напряжением 12 В больше не является безопасным.

При следующем обзоре схемы помните об этих трех правилах:

1. Проверьте пределы контактов шины: Обеспечьте соблюдение абсолютного максимального допустимого значения. КАНХ и КАНЛ Напряжение на выводах составляет не менее $\ge 58\text{V}$.
2. Подтвердите временное выживание: Убедитесь, что приемопередатчик выдерживает импульс $70\text{В}$ / $40\text{мс}$, требуемый в соответствии с тестовым случаем 3 стандарта ISO 21780.
3. План по восстановлению утраченных тропинок: Убедитесь, что ваша схема, выбор TVS-диодов и обратных путей рассчитаны с учетом пикового переходного процесса при напряжении 70 В.

Использование надежных, проверенных деталей, таких как NXP TJA146x или TJA1042 Эта серия обеспечивает безопасность вашей коммуникационной сети и позволяет в полной мере использовать преимущества энергоэффективности архитектур с напряжением 48 В.

Об авторе

Джонни Лю является генеральным директором Транспортное средство для доуэйДжонни — компания, специализирующаяся на интеграции платформ для электромобилей и системах распределения электроэнергии. Он 15 лет занимается проектированием надежных энергетических сетей и коммуникационных магистралей для передовых мобильных платформ.