一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置的制作方法

本发明属于高压大功率igbt控制技术领域，涉及一种功率装置，尤其是一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置。

背景技术：

随着电子技术和动车交流技术的发展，以及高压大功率igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)在功率模块上的广泛应用，功率单元作为整个变流器的核心部件，也正朝着高频、小型化、智能化、高可靠性的方向发展。牵引逆变功率模块在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点。大功率牵引变流器多采取控制单元产生高频pwm脉冲控制igbt的开通和关断，通过igbt的开通和关断实现逆变，将直流转变为交流以驱动电机工作,但电源设备变换功率越大，电磁干扰也相应增大。

igbt开关频率大小的确定需要考虑工作电路噪声大小、开关管的电压、电流尖峰、驱动波形的干扰情况，功率越大，控制精度要求愈高。然而，牵引逆变功率模块能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备的干扰性较强，尤其对其空间距离较近的控制单元、驱动板，以电磁感应方式和静电感应方式产生电流、电压干扰信号，进而影响变流器的正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置。采用光纤来实现tcu和牵引逆变功率模块驱动板之间信号的传输，光纤不会形成电磁感应回路，从而达到减少功率模块对控制单元的干扰的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置，包括控制单元tcu-1、牵引逆变功率模块驱动板、设置于所述tcu及所述牵引逆变功率模块驱动板之间的信号传输线束；所述信号传输线束包括多根光纤，其中，所述tcu发出的驱动控制信号通过所述多根光纤传输至所述牵引逆变功率模块驱动板，所述牵引逆变功率模块驱动板采集的状态反馈信号通过所述多根光纤传输至所述tcu。

可选地，所述信号传输线束包括第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤，其中，所述第一光纤及所述第二光纤用于传输所述驱动控制信号，所述第三光纤及所述第四光纤用于传输所述状态反馈信号。

可选地，所述第一光纤的一端与所述tcu的触发信号连接，所述第一光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的驱动信号连接；所述第二光纤的一端与所述tcu的触发信号连接，所述第二光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的驱动信号连接；所述第三光纤的一端与所述tcu的状态反馈连接，所述第三光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的反馈信号连接；所述第四光纤的一端与所述tcu的状态反馈连接，所述第四光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的反馈信号连接；其中，所述驱动控制信号包括所述触发信号和所述状态反馈，所述状态反馈信号包括所述驱动信号和所述反馈信号。

可选地，所述信号传输线束还包括套设在所述多根光纤外的硅树脂套管。

可选地，所述信号传输线束还包括光纤连接器，所述光纤连接器配有压接环、尾管和防尘帽。

可选地，所述多根光纤采用hfbr系列光纤，所述光纤连接器采用hfbr系列连接器。

可选地，所述驱动控制信号包括以下至少之一：驱动时间、关断时间、死区时间；所述状态反馈信号包括以下至少之一：过电压信号、过电流信号、过热信号、负载短路信号。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用光纤利用光信号实现tcu和牵引逆变功率模块驱动板之间的驱动控制信号及状态反馈信号的传输，以实现信号高速、准确、可靠的传输，并且光纤不会形成电磁感应回路，因此会有效减少功率模块对控制单元的干扰，从而提高系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置的结构示意图；

图2为本发明的一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置的电路原理图。

其中：1为tcu(tractioncontrolunit，牵引控制单元)；2为牵引逆变功率模块驱动板；3为信号传输线束；4为光纤；5为光纤连接器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

本发明实施例所的一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置，如图1所示，该装置包括控制单元tcu-11、牵引逆变功率模块驱动板2、设置于所述tcu1及所述牵引逆变功率模块驱动板2之间的信号传输线束3；所述信号传输线束3包括多根光纤，其中，所述tcu1发出的驱动控制信号通过所述多根光纤传输至所述牵引逆变功率模块驱动板2，所述牵引逆变功率模块驱动板2采集的状态反馈信号通过所述多根光纤传输至所述tcu1。

本实施例采用光纤来实现tcu和牵引逆变功率模块驱动板之间信号的传输。所述驱动控制信号包括以下至少之一：驱动时间、关断时间、死区时间；所述状态反馈信号包括以下至少之一：过电压信号、过电流信号、过热信号、负载短路信号等故障检测信号。

本实施例的电路原理图如图2所示，其中，对于牵引逆变功率模块中的igbt来说，每块igbt驱动板(即上述的牵引逆变功率模块驱动板)有独立的驱动控制信号和状态反馈信号。tcu1和每个igbt驱动板(例如图2中的驱动板h1bb1b)之间有4根光纤4(即上述的第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤)传输信号，其中两根(即上述的第一光纤、第二光纤)用于传输tcu发出的igbt控制信号，另外两根(即上述的第三光纤、第四光纤)用于传输驱动板采集的反馈给tcu1的状态反馈信号。牵引逆变功率模块一个桥臂由两个igbt驱动，整个模块由三个桥臂组成，因此模块有6块igbt驱动板，共需24根光纤，用于传输tcu1和驱动板之间控制信号及状态信号(图2仅示出一组桥臂)。

可选地，所述第一光纤的一端与所述tcu的触发信号连接，所述第一光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的驱动信号连接；所述第二光纤的一端与所述tcu的触发信号连接，所述第二光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的驱动信号连接；所述第三光纤的一端与所述tcu的状态反馈连接，所述第三光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的反馈信号连接；所述第四光纤的一端与所述tcu的状态反馈连接，所述第四光纤的另一端与所述牵引逆变功率模块驱动板的反馈信号连接；其中，所述驱动控制信号包括所述触发信号和所述状态反馈，所述状态反馈信号包括所述驱动信号和所述反馈信号。

在实际应用中，在布线时，1、保证光纤的动态(安装敷设时)弯曲半径大于10倍的光纤外径，静态(敷设后)弯曲半径大于20倍的光纤外径；2、光信号的强度随着安装中光纤弯曲有一定程度的衰减，因此在器件之间应减少弯曲数，同一根光纤的最多弯曲数量为10个；3、光纤线束在敷设时应捋顺、平直，不得有交叉、缠绕现象。敷设时应控制光缆的敷设张力，避免使光纤受到过度的外力(弯曲、侧压、牵拉、冲击等)；4、光纤敷设布置时，应尽量远离发热器件(如发热电阻)。

可选地，仍如图2所示，所述信号传输线束还包括光纤连接器5，所述光纤连接器5配有压接环、尾管和防尘帽。

具体地，光纤连接器与控制电路连接，一方面将控制信号连接到驱动板，另一方面将故障反馈信号传递给控制电路。

进一步地，所述多根光纤采用hfbr系列光纤，所述光纤连接器采用hfbr系列连接器。

其中，采用hfbr系列的光纤和连接器，此类光纤具有质量轻、弯曲半径好、抗阻燃、抗拉伸和抗压扁能力的特点；光纤连接器配有压接环、尾管和防尘帽，压接环对压接光纤时具有一定的缓冲作用，避免损坏挤压光纤，影响信号的传输，防尘帽是防止异物进入而降低信号的传递，尾管保证了光纤在连接时不会出现对折及弯曲半径过小，光纤连接为锁紧式连接，防脱并耐剧烈振动与冲击。

可选地，所述信号传输线束还包括套设在所述多根光纤外的硅树脂套管。

本实施例可以采用绝缘强度为10kv的硅树脂套管，不仅要满足系统要求的电气强度，同时要有足够的机械强度，对光纤线束起到固定和支撑的作用。

本实施例的信号传输线束主要可以由以下几部分组成：

1、12个连接器(带有焊接引脚、压接环、防尘帽、尾管)；

2、12根光纤(每4根光纤控制1个igbt驱动单元)；

3、绝缘强度为10kv的硅树脂套管；

4、相关附件(标签等)。

本实施例的一种基于光纤信号传输的牵引逆变功率装置，采用光纤利用光信号实现tcu和牵引逆变功率模块驱动板之间的驱动控制信号及状态反馈信号的传输，有利于提高系统的抗干扰能力，从而提高系统的可靠性，同时简化了线路布局，节省了模块空间；光纤连接器采用hfbr系列连接器，含有压接环、尾管和防尘帽，既确保连接的可靠性，又便于安装、维修及更换，降低维修成本；采用hfbr系列光纤，降低了igbt和复合母排散热引起温度过高的风险系数，同时减轻了模块的重量；采用绝缘强度为10kv的硅树脂套管，具备了系统要求的电气强度和足够的机械强度，并且具有良好的热稳定性。