摘要 ：隨著分布式電力系統(tǒng)的廣泛應用，其通信系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性受到了前所未有的挑戰(zhàn)。CAN總線通信技術以其卓越的抗干擾性能和可靠性，在眾多通信技術中脫穎而出，成為解決分布式電力系統(tǒng)通信問題的關鍵。本文深入剖析了CAN總線通信技術的抗干擾原理，詳細探討了電磁兼容性設計對提升分布式電力系統(tǒng)通信穩(wěn)定性的重要作用，并結合實際案例，全面展示了CAN總線通信技術在分布式電力系統(tǒng)中的應用效果，為該領域的通信技術發(fā)展提供了有力的參考。

一、引言

分布式電力系統(tǒng)通過整合多種小型發(fā)電單元與負載節(jié)點，實現了電力的靈活分配與高效利用。然而，其復雜的電磁環(huán)境給通信系統(tǒng)帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。通信鏈路的不穩(wěn)定不僅會導致數據丟失和錯誤，還可能引發(fā)系統(tǒng)運行故障，影響整個電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，尋找一種能夠在高噪聲環(huán)境下穩(wěn)定通信的技術至關重要。CAN總線通信技術憑借其獨特的抗干擾能力和高可靠性，成為分布式電力系統(tǒng)通信的理想選擇。

二、CAN總線通信技術的基本原理

（一）CAN總線概述

控制器局域網絡CAN（Controller Area Network）是一種多主控制器的串行通信協議，最初由Bosch公司開發(fā)，用于汽車電子控制單元之間的通信。如今，其應用已拓展至工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、智能家居等多個領域。CAN總線采用差分傳輸方式，具有較強的抗干擾能力，能夠在高噪聲環(huán)境下穩(wěn)定工作。其主要特點包括多主控制器結構、高抗干擾能力、靈活的數據速率以及強大的錯誤檢測和處理機制。CANFD（CAN with Flexible Data-Rate）是傳統(tǒng)CAN總線的升級協議，通過提升通信速率和擴展數據容量滿足現代工業(yè)及自動駕駛等領域的高性能需求。

（二）CAN總線的物理層特性

根據ISO11898標準，CAN總線的物理層特性是其抗干擾能力的關鍵。差分傳輸通過CAN_H和CAN_L兩條信號線傳輸差分信號，有效抑制共模噪聲?？偩€終端匹配通過在總線兩端添加匹配電阻（通常為120Ω），減少信號反射。

（三）CAN總線的抗干擾機制

差分傳輸能夠有效抑制共模噪聲，提高信號的抗干擾能力。非歸零編碼（NRZ）通過位填充技術避免長串相同電平，確保信號的同步性和抗干擾性。錯誤檢測和處理機制通過循環(huán)冗余校驗（CRC）、位填充和幀格式校驗等，確保數據傳輸的可靠性。

三、分布式電力系統(tǒng)中的電磁干擾問題

分布式電力系統(tǒng)中存在多種電磁干擾源，主要包括高電壓和大電流設備、電力電子設備、電機和驅動器以及環(huán)境噪聲。這些干擾源產生的高頻電磁噪聲、開關噪聲和電磁輻射，會對通信系統(tǒng)造成嚴重干擾，影響數據傳輸的穩(wěn)定性和可靠性。

四、CAN總線在分布式電力系統(tǒng)中的抗干擾能力

（一）CAN總線的抗干擾特性

差分傳輸有效抑制共模噪聲，提高信號的抗干擾能力?？偩€終端匹配減少信號反射，確保信號完整性。錯誤檢測和處理機制通過CRC、位填充等，確保數據傳輸的可靠性。電磁兼容性設計通過屏蔽、濾波和接地等措施，進一步提高抗干擾能力。

（二）CAN總線在高噪聲環(huán)境下的應用

在分布式電力系統(tǒng)中，CAN總線被廣泛應用于逆變器與控制器之間的通信、儲能系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信以及分布式發(fā)電單元之間的協調控制。這些應用充分體現了CAN總線在高噪聲環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。例如，某分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)采用了CAN總線技術，通過CAN總線連接逆變器、控制器和儲能系統(tǒng)，實現了高效、穩(wěn)定的通信，確保了系統(tǒng)的正常運行。

五、電磁兼容性設計優(yōu)化分布式電力系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性

（一）電磁兼容性設計的基本原則

電磁兼容性（EMC）設計旨在確保設備在復雜的電磁環(huán)境中正常工作，同時不對其它設備產生干擾。其基本原則包括屏蔽、濾波、接地和布線優(yōu)化。屏蔽通過金屬外殼或屏蔽層隔離電磁干擾；濾波通過濾波器抑制高頻噪聲；接地采用合理的接地設計，減少地線阻抗和共模噪聲；布線優(yōu)化通過合理的布線方式，減少信號線之間的耦合。

（二）電磁兼容性設計在分布式電力系統(tǒng)中的應用

在分布式電力系統(tǒng)中，通過屏蔽、濾波、接地優(yōu)化和布線優(yōu)化等措施，可以有效提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。例如，在CAN總線外層添加屏蔽層，減少電磁輻射和外部干擾；在CAN總線接口處添加濾波器，抑制高頻噪聲；采用單點接地或混合接地方式，減少地線阻抗和共模噪聲；將CAN總線信號線與高電壓、大電流線纜分開布置，減少耦合。

（三）CAN總線收發(fā)器的電磁兼容性設計

以國科安芯的ASM1042CAN收發(fā)器為例，其電磁兼容性設計包括ESD保護、總線故障保護、低功耗待機模式和熱關斷保護。這些設計確保了收發(fā)器在復雜電磁環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。具體參數如下：

支持±15kVESD保護（HBM）和±1500V組件充電模型（CDM），確保在高噪聲環(huán)境下的抗靜電能力。

總線故障保護支持±70V，確保在極端電壓條件下的可靠性。

低功耗待機模式和熱關斷保護功能，進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性。

六、應用分析

（一）汽車內部網絡通信

隨著汽車電子技術的不斷發(fā)展，車輛上配備的電子控制單元（ECU）數量日益增多。這些ECU需要頻繁地進行高速數據交換，以實現各種復雜的功能，如自動駕駛輔助系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性控制、信息娛樂系統(tǒng)等。例如，特斯拉在其能源存儲系統(tǒng)中采用了CANFD技術進行設備間的通信。通過CANFD總線，系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控電池狀態(tài)，并根據需要進行充放電控制。這種高效、可靠的通信方案不僅提高了系統(tǒng)的運行效率，還增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，確保了能源存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（二）工業(yè)自動化中機器人控制系統(tǒng)的應用

在工業(yè)自動化領域，機器人控制系統(tǒng)需要高速、準確的數據傳輸，以確保機器人動作的同步和精確。在工業(yè)自動化中，恩智浦（NXP）的TJA1042TK/3芯片被用于連接汽車制造工廠的生產線工業(yè)機器人和PLC控制器，通過其CANFD接口連接裝配機器人和傳感器，確保了設備之間的實時協同和高效運行。其低功耗特性和抗干擾能力使其能夠在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作，滿足工業(yè)自動化的高實時性和高可靠性需求。

（三）醫(yī)療設備中的CAN總線應用

在醫(yī)療設備中，病人監(jiān)護設備的實時數據傳輸是至關重要的。這些設備需要持續(xù)監(jiān)測病人的生命體征，如心率、血壓、血氧飽和度等，并將這些數據實時傳輸給醫(yī)護人員。在醫(yī)療設備中，Microchip的ATA650x系列CANFD系統(tǒng)基礎芯片（SBC）被廣泛應用于設備的通信和控制，以實現高效、可靠的數據傳輸。ATA650x芯片集成了高速CAN收發(fā)器和5VLDO，支持高達5Mbps的傳輸速率，并符合ISO26262功能安全標準。該芯片被用于醫(yī)療設備中的傳感器和控制器之間的通信，確保設備之間的實時數據傳輸和協同工作。此外，ATA650x的緊湊設計和低設計復雜性使其非常適合空間受限的醫(yī)療設備應用。

七、結論與展望

CAN總線通信技術憑借其高抗干擾能力和可靠性，在分布式電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。通過電磁兼容性設計優(yōu)化，可以進一步提高其在高噪聲環(huán)境下的通信穩(wěn)定性。未來，隨著分布式電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，CAN總線通信技術將在智能電網、儲能系統(tǒng)等領域發(fā)揮更加重要的作用。

隨著分布式電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大和技術不斷進步，對通信技術的要求也將越來越高。CAN總線通信技術雖然在抗干擾和可靠性方面表現出色，但仍需不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。例如，進一步提高數據傳輸速率、降低功耗、增強網絡安全防護等，以滿足未來分布式電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。同時，結合其他通信技術（如無線通信、光纖通信等），構建更加靈活、高效、可靠的通信網絡，也是未來的發(fā)展方向之一。

審核編輯 黃宇