A cosa serve il CAN bus negli alimentatori? [GUIDA 2023]

Nei sistemi di alimentazione tradizionali, il controllo delle funzioni ed il monitoraggio dello stato si realizzano attraverso alcune modalità comuni.

La programmazione della tensione in uscita di solito avviene utilizzando una fonte di corrente continua esterna.

Il metodo più comune per visualizzare lo stato è tramite l'uso di indicatori LED, dei relè o segnale "Power Good" che informano l'utente o il controllore che la tensione in uscita della sorgente di alimentazione è pronta.

Questi metodi soddisfano le esigenze della maggior parte delle applicazioni, ma non di tutte.

Con l'avanzamento della tecnologia e dell'automazione, ora è cresciuta la necessità di elaborare più informazioni sui prodotti contemporaneamente.

Ecco quindi che entrano in gioco i protocolli PMBus e CAN bus; vediamo le principali differenze.

Protocollo PMBus

Il bus di gestione dell'alimentazione (PMBus) comunica tramite comandi utilizzando due linee bidirezionali, Serial Data Line (SDA) e Serial Clock Line (SCL), il che significa che richiede solo tre fili di segnale (incluso un filo GND) collegati tra i dispositivi. Ad esempio, per ottenere il controllo e il monitoraggio del sistema con più alimentatori, un'unità di controllo (master) può comunicare con ciascun alimentatore (slave) tramite il bus.

Questo metodo riduce significativamente il volume dei cablaggi di controllo e segnale, con conseguente minor incidenza di guasti ai circuiti, maggiore controllabilità del sistema e installazione semplificata. Il PMBus è stato utilizzato in vari campi, tra cui l'automazione industriale e le telecomunicazioni.

Vantaggio: Poiché il protocollo è libero, gli sviluppatori possono facilmente incorporare PMBus nei loro sistemi.

Svantaggio: Bassa immunità alle interferenze elettriche, che lo rende adatto solo alla comunicazione a breve distanza.

Schema di un PMBUs

Protocollo CAN Bus

La Controller Area Network (CANBus), che utilizza il metodo di segnalazione differenziale (CANH e CANL), è stata inizialmente progettata per l'industria automobilistica per sostituire cablaggi complessi. CANBus sta diventando sempre più popolare in una varietà di industrie, tra cui i sistemi di produzione e automazione, grazie alla sua alta immunità alle interferenze elettriche e alla capacità di autodiagnosticare e riparare gli errori di dati.

Vantaggio: Eccellente resistenza alle interferenze elettriche.

Svantaggio: Alcuni produttori di alimentatori (tra cui Mean Well) definiscono solo una parte del protocollo per cui potrebbero essere necessarie modifiche durante l'implementazione nel sistema finale.

Schema di un CAN bus National Synchrotron Radiation Research Center - CANBus

Esempio applicazione CAN Bus

Ecco un progetto della National Synchrotron Radiation Research Center di Taiwan da 96 kW, dove vengono utilizzati più set di sistemi di alimentazione ad alta potenza. L'output del sistema di alimentazione viene utilizzato per alimentare cluster di amplificatori di potenza radiofonica a stato solido, che generano energia ad alta frequenza per accelerare gli elettroni quasi alla velocità della luce. Per abbinare la potenza RF richiesta dall'anello di stoccaggio e ottenere la migliore efficienza energetica, la tensione di uscita del sistema di alimentazione deve essere regolabile tra 42 V cc e 54 V cc nella gamma di modulazione per ogni punto di funzionamento con un livello di potenza RF specifico.

Gli alimentatori programmabili con funzione di comunicazione non solo semplificano il controllo e il monitoraggio complesso, ma sono tutti adatti per applicazioni che richiedono un controllo e un monitoraggio intelligenti.

Mean Well offre modelli adatti a vari usi, tra cui RSP-1600/RSP-2000 e DPU-3200 per applicazioni generali, RCP-1600/RCP-2000 e DRP-3200 per installazioni a rack e UHP-1500/UHP-2500, PHP-3500/PHP-3500-HV per applicazioni senza ventola o raffreddate ad acqua.

Approfondimento CAN bus

Il sistema CAN-bus, conosciuto come Controller Area Network, rappresenta uno standard seriale progettato per stabilire connessioni tra varie unità di controllo elettronico, come sensori e centraline. Questo standard, originariamente concepito in Germania negli anni '80 dall'azienda Robert Bosch GmbH, ha trovato la sua prima applicazione nell'industria automobilistica.

La caratteristica distintiva del protocollo CAN-bus è la sua capacità di operare in ambienti notoriamente ostili, caratterizzati da forti interferenze elettromagnetiche.

Attualmente, il suo utilizzo si è esteso a molteplici applicazioni industriali embedded, dove la necessità di garantire una notevole resilienza alle interferenze rimane un requisito fondamentale.

La comunicazione basata sul protocollo CAN è regolamentata dalla norma ISO 11898-1 (2015) e si struttura in un livello di scambio dati (data link layer) che, a sua volta, è composto da uno strato "logico" denominato Logical Link Control (LLC) e uno strato inferiore noto come Media Access Control (MAC). Inoltre, è possibile aggiungere strati aggiuntivi, come gli strati "fisici," in base alle esigenze e alle decisioni del progettista di rete.

Come funziona un CAN bus?

Il termine "bus" fa riferimento a una serie di canali di comunicazione utilizzati per lo scambio di dati e informazioni tra dispositivi e componenti all'interno di un sistema informatico o elettronico. Un bus fornisce la possibilità di connettere diversi dispositivi tra loro, utilizzando sia una modalità di trasmissione parallela (come ISA, PCI, AGP...) che seriale (come SATA, SPI, PCI Express, USB, PROFIBUS, CAN...).

Nel contesto della rete CAN bus, sono definiti quattro tipi distinti di messaggi o frame, ciascuno con una capacità massima di 94 bit e una specifica priorità (Arbitration Field).

• Frame di dati: Questi costituiscono il tipo di messaggio più comune e sono utilizzati per la trasmissione dei dati. Sono composti da vari campi, tra cui il campo di arbitrato, il campo di riconoscimento, il campo dati e il campo CRC.
• Frame di errore: Questo tipo di messaggio è speciale e viene inviato quando un nodo rileva un errore durante la comunicazione.
• Frame di sovraccarico: Questi frame sono molto simili ai frame di errore e vengono trasmessi da un nodo quando diventa troppo occupato. Tuttavia, con l'evolversi dei controller CAN sempre più intelligenti, questo tipo di frame è utilizzato meno frequentemente.
• Frame remoto: Questo tipo di frame è poco comune e di solito viene utilizzato per richiedere informazioni da un identificatore specifico.

Quali sono i vantaggi del protocollo can bus?

I suoi vantaggi principali e le sue peculiarità sono:

• Affidabilità: La probabilità di perdita di dati durante la trasmissione dei messaggi è virtualmente nulla. Grazie alle diverse opzioni per il rilevamento degli errori, lo standard CAN-bus si rivela particolarmente adatto per applicazioni che richiedono un alto livello di sicurezza e robustezza.
• Economicità: La riduzione di peso, cablaggio e costi di produzione rappresenta l'obiettivo principale alla base della creazione dello standard CAN-bus nell'ambito dell'industria automobilistica. Ciò semplifica non solo l'installazione ma anche la manutenzione.
• Flessibilità: Il protocollo CAN-bus si basa sulla comunicazione tramite messaggi invece che sulle specifiche dei dispositivi nella rete. Questo aspetto consente di aggiungere e integrare nuovi dispositivi elettronici senza richiedere una programmazione dedicata.
• Velocità: La condivisione dei dati in tempo reale tra i nodi della rete e la capacità di elaborare dati in modo condiviso conferiscono un'elevata velocità all'intera rete.
• Efficienza: La possibilità di gestire il grado di priorità basato sugli ID dei messaggi permette di mantenere un flusso di gestione dei vari frame fluido ed efficiente, garantendo l'efficienza globale della rete.

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