CN103138538A - 光电转换单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电转换单元，该单元具有一脉冲输入调理电路，脉冲输入调理电路由上桥支路、下桥支路、第一电容、第二电阻、第三电阻、第一二极管和光发射器构成；上桥支路和下桥支路均由第一电阻和稳压二极管串联构成；两第一电阻一端分别连接第二电阻两端，两第一电阻另一端均与两稳压二极管阴极连接；第一电容一端连接在上桥支路的第一电阻和稳压二极管之间，第一电容另一端连接在下桥支路的第一电阻和稳压二极管之间；第三电阻、第一二极管和光发射器分别并联后形成的电路两端分别连接两稳压二极管阳极。本发明采用差分电路实现了TCU与驱动板之间电信号传输向光信号传输的转变，解决了现有技术中传输信号受干扰导致IGBT损坏的技术问题。

Description

光电转换单元

技术领域

本发明涉及一种光电转换技术，尤其涉及一种用于高压大电流IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极型晶体管的光电转换单元，属于光电转换技术领域。

背景技术

在交流传动电力机车环境中，由于高压大电流IGBT的开关，对整个变流柜中其它单元造成严重的电磁干扰，作为直接控制保护IGBT的驱动板，由牵引控制单元Traction Control Unit(以下简称TCU)向驱动板提供输入信号及反馈信号，输入信号和反馈信号的品质对IGBT的控制和保护起到至关重要的作用，如果输入信号受到干扰，直接造成IGBT的损坏，甚至爆炸。如果反馈信号受到干扰，故障信号不能准确传输至TCU，从而导致出现故障时，不能及时对IGBT进行保护。目前，从TCU至驱动板之间的驱动电路通过电缆进行电信号的传输，电信号容易受到电磁干扰；电缆自身存在电感，信号在传输过程中会发生变形；电缆的布局至关重要，造成工艺过程极其复杂。

发明内容

本发明提供一种光电转换单元，用于克服现有技术中的缺陷，解决了现有技术中由TCU向驱动板提供的电信号作为输入信号易受到干扰直接造成IGBT的损坏、甚至爆炸等技术问题，实现增强驱动电路的抗干扰性，提高驱动电路的可靠性，降低故障率，从而大大节省了部件维修成本。

本发明提供的光电转换单元具有一脉冲输入调理电路，所述脉冲输入调理电路由上桥支路、下桥支路、第一电容、第二电阻、第三电阻、第一二极管和光发射器构成；所述上桥支路和下桥支路均由第一电阻和稳压二极管串联构成，且所述第一电阻的一端分均连接第二电阻两端，另一端则各自与稳压二极管阴极连接；第一电容的一端连接在上桥支路的第一电阻和稳压二极管之间，另一端连接在下桥支路的第一电阻和稳压二极管之间；第三电阻、第一二极管和光发射器并联后形成的电路两端分别连接所述上桥支路和下桥支路的稳压二极管阳极。

本发明的技术效果是：通过脉冲输入调理电路把从TCU发出的脉冲控制信号即电信号转换为光信号，通过光纤将光信号作为输入信号传输给驱动板控制IGBT的开关，提高对IGBT的控制和保护，进而降低对整个变流柜中其他单元造成电磁干扰，增强驱动电路的抗干扰性，提高驱动电路的可靠性，降低故障率，从而大大节省了部件维修成本，大大简化了驱动电路布局，节省空间和成本，提高了产品质量和可靠性。

附图说明

图1为本发明光电转换单元实施例一的电路图；

图2为本发明光电转换单元实施例二的电路图；

图3为本发明光电转换单元实施例三的电路图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明提供一种光电转换单元，该光电转换单元具有一脉冲输入调理电路，脉冲输入调理电路由上桥支路、下桥支路、第一电容10、第二电阻12、第三电阻13、第一二极管21和光发射器3构成；上桥支路由上第一电阻11和上稳压二极管4串联构成，下桥支路由下第一电阻11’和下稳压二极管4’构成；上第一电阻11一端和下第一电阻11’一端分别连接第二电阻12两端，上第一电阻11另一端与上稳压二极管4阴极连接，下第一电阻11’另一端与下稳压二极管4’阴极连接；第一电容10一个基板连接在上第一电阻11和上稳压二极管4之间，第一电容10另一个基板连接在下第一电阻11’和下稳压二极管4’之间；第三电阻13、第一二极管21和光发射器3并联后形成的电路两端分别连接上稳压二极管4阳极和下稳压二极管4’阳极。光发射器3由壳体和设在该壳体内的发光二极管30构成，该壳体上设有用于连接光纤的发射孔(图中未示)和至少一个用于将光发射器固定在驱动板上的插脚31。发射孔通过光纤与驱动板连接把发光二极管30发出的光信号传输给驱动板。

该实施例中，上桥支路的输入端a和下桥支路的输入端b分别与TCU连接，用于接收TCU发出的驱动脉冲信号，TCU发出的上桥臂的脉冲接入上桥支路的输入端a，TCU发出的同一桥臂的下桥臂的脉冲接入下桥支路的输入端b，这种差分方式的接法，有助于抑制线路传输过程中的共模干扰，经过脉冲输入调理电路，通过光发射器3转换为光信号，然后通过光纤传输至驱动板，保证IGBT的可靠开通与关断。其原理为：

当脉冲正极接上桥支路的输入端a，脉冲负极接下桥支路的输入端b时，电流的路径为：上桥支路的输入端a-＞上第一电阻11-＞上稳压二极管4-＞光发射器3-＞下稳压二极管4’-＞下第一电阻11’-＞下桥支路的输入端b，在此种情况下，上稳压二极管4起稳压二极管作用，下稳压二极管4’起二极管作用，光发射器3中发光二极管30发光；当上桥支路的输入端a脉冲由正转为负，下桥支路的输入端b脉冲由负转为正时，由于光发射器3自身存在电容，该电容存储的电荷通过第三电阻13进行释放，当电荷释放完毕后，电流的路径为：下桥支路的输入端b-＞下第一电阻11’-＞下稳压二极管4’-＞第一二极管21-＞上稳压二极管4-＞上第一电阻11-＞上桥支路的输入端a，此时，发光二极管30熄灭；当上桥支路的输入端a脉冲由负转为正，下桥支路的输入端b脉冲由正转为负时，由于第一二极管21自身存在电容，该电容存储的电荷通过第三电阻13进行释放，当电荷释放完毕后，电流的路径为：上桥支路的输入端a-＞上第一电阻11-＞上稳压二极管4-＞光发射器3-＞下稳压二极管4’-＞下第一电阻11’-＞下桥支路的输入端b，这即为一个循环过程。其中上第一电阻11与第一电容10或下第一电阻11’与第一电容10构成滤波回路，对输入的脉冲信号进行滤波。

通过脉冲输入调理电路把从TCU发出的脉冲控制信号即电信号转换为光信号，通过光纤将光信号作为输入信号传输给驱动板控制IGBT的开关，提高对IGBT的控制和保护，进而降低对整个变流柜中其他单元造成电磁干扰，增强驱动电路的抗干扰性，提高驱动电路的可靠性，降低故障率，从而大大节省了部件维修成本，大大简化了驱动电路的布局，节省空间和成本，提高了产品质量和可靠性。

实施例二

如图2所示，在实施例一的基础上，光电转换单元还具有一驱动板反馈调理电路，驱动板反馈调理电路由光接收器5、电源6、第二电容20、第三电容30、第四电阻14、第五电阻15和功率金氧半场效晶体管驱动器7(即功率MOSFET驱动器，用于电平转换)连接构成，其中，光接收器设有供电端51、输出端52和用于接收驱动板输出的光信号的输入端53，供电端51的正极和负极之间串联电源6和第二电容20，输出端52依次串联第四电阻14、功率金氧半场效晶体管驱动器7和第五电阻15，第四电阻14与功率金氧半场效晶体管驱动器7之间连接第三电容30的一端，第三电容30的另一端接地。

光接收器5用于将通过输入端接收到的来自驱动板的光信号转换成电信号并经输出端输出，电源6用于通过供电端51向光接收器5提供电源，第二电容20用于电源的滤波，第三电容30与第四电阻14构成滤波电路对光接收器5经输出端52输出的电信号进行滤波，再经功率金氧半场效晶体管驱动器7进行电平转换，经第五电阻15的一端8反馈给TCU以监控驱动板故障，从而能及时对IGBT进行保护。第五电阻15用于使输出电信号的电流与TCU相匹配。

该实施例中的中驱动板反馈调理电路用于将驱动板输出的光信号转换为电信号反馈给TCU，提高了反馈信号的准确度和免受干扰的能力，并及时对IGBT的保护。

实施例三

作为实施例二的优选实施方式，如图3所示，第四电阻14两端还并联有第二二极管22，第二二极管22的阳极连接光接收器5的输出端52，第二二极管22的阴极连接第三电容30。

当光接收器5输出的信号由低电平跳变到高电平时，信号经过第二二极管22，能减小信号传输中能量的损失，保持经过第二二极管22前后信号的一致性，进一步提高信号的准确性；当光接收器5输出的信号由高电平跳变到低电平时，信号经过第四电阻14进行放电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种光电转换单元，其特征在于，所述光电转换单元具有一脉冲输入调理电路，所述脉冲输入调理电路由上桥支路、下桥支路、第一电容、第二电阻、第三电阻、第一二极管和光发射器构成；所述上桥支路和下桥支路均由第一电阻和稳压二极管串联构成，且所述第一电阻的一端均连接第二电阻两端，另一端则各自与稳压二极管阴极连接；第一电容的一端连接在上桥支路的第一电阻和稳压二极管之间，另一端连接在下桥支路的第一电阻和稳压二极管之间；第三电阻、第一二极管和光发射器并联后形成的电路两端分别连接所述上桥支路和下桥支路的稳压二极管阳极。

2.根据权利要求1所述的光电转换单元，所述光电转换单元还具有一驱动板反馈调理电路，所述驱动板反馈调理电路由光接收器、电源、第二电容、第三电容、第四电阻、第五电阻和功率金氧半场效晶体管驱动器连接构成，其中，光接收器设有供电端和输出端，供电端的正极和负极之间串联电源和第二电容，输出端依次串联第四电阻、功率金氧半场效晶体管驱动器和第五电阻，所述第四电阻与功率金氧半场效晶体管驱动器之间连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的光电转换单元，其特征在于，所述第四电阻两端还并联有第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述光接收器的输出端，第二二极管的阴极连接第三电容。

4.根据权利要求1或2或3所述的光电转换单元，其特征在于，所述光发射器由壳体和设在该壳体内的发光二极管构成，该壳体上设有用于连接光纤的发射孔。

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