专利名称：功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法
技术领域：
本发明涉及光电子通讯技术领域，尤其是功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法。
背景技术：
大功率器件(包括晶闸管、IGBT、 MOSFET、 GTO、 IGCT)在电力电子、 电力能源领域有着广泛的应用。随着各种大功率、高电压电力电子装置需求的增 加，多个大功率器件并联或串联应用已是非常普遍的一种方式。
目前大功率器件的应用面临控制信号易受干扰、不易实现与控制回路的安全 电气隔离问题，在多大功率器件并联应用场合，还面临如何提高控制信号到达各 并联或串联功率器件时刻的一致性问题。对于多功率器件并联应用，控制信号到 达各并联功率器件时刻不同步，造成各器件开通时刻不一致，影响均流，易损坏 功率器件;对于多功率器件串联应用，控制信号到达各串联功率器件时刻不同步， 影响均压，易损坏功率器件。因此，在多功率器件并联或串联应用中，控制信号 到达功率器件时刻的同歩性对保护设备提高设备性能有很重要的作用。目前对控
制信号的严格同步问题没有得到解决，传统的解决方法是采用一个电信号源， 然后通过电信号并联输出，并联信号经过变压器隔离后控制功率器件或者经过光 藕隔离后功率放大后控制功率器件。这两种方案存在的缺点是对信号源要求输 出功率大；隔离变压器及光藕参数的分散性，使得经隔离后的信号不同步；控制 信号传输途径受引入干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制 方法，以解决传统技术中对信号源功率要求高，以及信号隔离后不同步，以受干 扰的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于所述方 法的步骤为(1) 将控制系统发出的多路电脉冲信号分别通过金属导线传输至对应的电 光转换单元，所述电光转换单元包括发光二极管，所述金属导线分别连接至发光
二极管的阴极和阳极，所述发光二极管将电脉冲信号转化为光信号并通过光纤输 出；
(2) 所述多个电光转换单元输出的光信号通过光纤分别传输至对应的光分 路器，所述多个光分路器内部各路光信号的通道特性一致，所述光分路器采用无 源光分路器，所述光分路器将传输至的光信号均分为多路并通过光纤输出；所述 多路光分路器与电光转换单元之间的光纤彼此长度接近或一致；
(3) 所述多个光分路器输出的多路光信号分别通过光纤传输至对应的光接 收器，所述多路光分路器和光接收器之间的光纤彼此长度一致，所述光接收器包 括光电二极管，所述光电二极管的阴极与阳极处分别连接有导线，所述光电二极 管将光纤传输的光信号转化为电信号后通过所述导线输出，所述导线分别连接至 运算放大器的同相输入端和反相输入端，所述运算放大器的输出端有导线引出，
所述导线连接至三极管的基极，所述三极管集电极上连接有电阻，所述电阻另一 端同电源连接，所述三极管发射极接地，所述三极管集电极与所述电阻之间的导 线上有金属导线引出，所述金属导线连接至功率器件的接线端；
(4) 所述多个光接收器转换及放大后的电信号通过所述的金属导线传输至 对应的功率器件的接线端。
所述的功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于 所述一个光分路器通过光纤连接有一个或多个电光转换单元。
所述的功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于
所述的光分路器制作成多输入对应多输出方式且信号源冗余即可实现N+l冗余 控制方式。
本发明有效的解决了传统技术在大功率器件控制上的问题，本发明中光分路 器内部各路光信号的通道特性一致，各路光纤长度一致或接近，这两个条件保证 了光传输通道特性的一致性，光接收器与光藕的区别在于不需考虑电压隔离，因 此光接收器的一致性和灵敏性极大的优于光藕。传输通道的一致性及光接收器参 数的一致性，从而保证了到达各功率器件的控制信号时刻同步。本发明将光分路 器制作成多输入对应多输出方式，并在控制系统中增加冗余信号源即可实现N+l冗余控制。
图1是本发明的技术方案示意图。
图2是本发明N+l冗余技术方案示意图。
图3是信号电-光转换原理图。
图4是信号光-电转换原理图。
图5是本发明方案的同步性测试波形(以晶闸管负载为例)。
具体实施例方式
功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，所述方法的步骤为 功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，所述方法的步骤为
(1) 将控制系统发出的多路电脉冲信号分别通过金属导线传输至对应的电 光转换单元，所述电光转换单元包括发光二极管，所述金属导线分别连接至发光 二极管的阴极和阳极，所述发光二极管将电脉冲信号转化为光信号并通过光纤输 出；
(2) 所述多个电光转换单元输出的光信号通过光纤分别传输至对应的光分
路器，所述一个光分路器通过光纤连接有一个或多个电光转换单元。所述多个光
分路器内部各路光信号的通道特性一致，所述光分路器采用无源光分路器，所述
光分路器将传输至的光信号均分为多路并通过光纤输出；所述多路光分路器与电 光转换单元之间的光纤彼此长度接近或一致；
(3) 所述多个光分路器输出的多路光信号分别通过光纤传输至对应的光接 收器，所述多路光分路器和光接收器之间的光纤彼此长度一致，所述光接收器包 括光电二极管，所述光电二极管的阴极与阳极处分别连接有导线，所述光电二极 管将光纤传输的光信号转化为电信号后通过所述导线输出，所述导线分别连接至 运算放大器的同相输入端和反相输入端，所述运算放大器的输出端有导线引出， 所述导线连接至三极管的基极，所述三极管集电极上连接有电阻，所述电阻另一 端同电源连接，所述三极管发射极接地，所述三极管集电极与所述电阻之间的导 线上有金属导线引出，所述金属导线连接至功率器件的接线端；
(4) 所述多个光接收器转换及放大后的电信号通过所述的金属导线传输至 对应的功率器件的接线端。所述的功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于 所述的光分路器制作成多输入对应多输出方式且信号源冗余即可实现N+l冗余 控制方式。
将控制系统中发出的控制电脉冲信号转换成光信号，利用具有高绝缘特性的 光纤来传输该控制信号，对功率器件并联、串联应用中，用光分路器将一个光信 号分成多路光信号，然后在功率器件端将光控制信号转换成满足要求的电脉冲信 号。由于光纤具有优秀的绝缘特性，因此本发明方案具有优良的电气隔离性能； 由于光传输受电磁干扰的影响可忽略，因此本发明中信号传输不受电磁干扰。信 号源是一个光发送器，功率极小(一般不大于0.5W)，小功率使得控制系统可靠 性提高。信号源的光经过光分路器将一个信号源平均的分成多路光信号，然后通 过等长的光纤将光信号传输到各功率器件的控制板，控制板上的光接收器将信号 转换成电信号后功率放大并控制功率器件。
权利要求
1、功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于所述方法的步骤为(1)将控制系统发出的多路电脉冲信号分别通过金属导线传输至对应的电光转换单元，所述电光转换单元包括发光二极管，所述金属导线分别连接至发光二极管的阴极和阳极，所述发光二极管将电脉冲信号转化为光信号并通过光纤输出；(2)所述多个电光转换单元输出的光信号通过光纤分别传输至对应的光分路器，所述多个光分路器内部各路光信号的通道特性一致，所述光分路器采用无源光分路器，所述光分路器将传输至的光信号均分为多路并通过光纤输出；所述多路光分路器与电光转换单元之间的光纤彼此长度接近或一致；(3)所述多个光分路器输出的多路光信号分别通过光纤传输至对应的光接收器，所述多路光分路器和光接收器之间的光纤彼此长度一致，所述光接收器包括光电二极管，所述光电二极管的阴极与阳极处分别连接有导线，所述光电二极管将光纤传输的光信号转化为电信号后通过所述导线输出，所述导线分别连接至运算放大器的同相输入端和反相输入端，所述运算放大器的输出端有导线引出，所述导线连接至三极管的基极，所述三极管集电极上连接有电阻，所述电阻另一端同电源连接，所述三极管发射极接地，所述三极管集电极与所述电阻之间的导线上有金属导线引出，所述金属导线连接至功率器件的接线端；(4)所述多个光接收器转换及放大后的电信号通过所述的金属导线传输至对应的功率器件的接线端。
2、 根据权利要求1所述的功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制 方法，其特征在于所述一个光分路器通过光纤连接有一个或多个电光转换单元。
3、 根据权利要求1所述的功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，其特征在于所述的光分路器制作成多输入对应多输出方式且信号源冗余即可实现N+1冗余控制方式。
全文摘要
本发明公开了一种功率器件并联或串联应用的冗余-同步-隔离控制方法，采用的光分路器内部各路光信号的通道特性一致，各路光纤长度一致或接近，这两个条件保证了光传输通道特性的一致性，光接收器与光耦的区别在于不需考虑电压隔离，因此光接收器的一致性和灵敏性极大的优于光耦。传输通道的一致性及光接收器参数的一致性，从而保证了到达各功率器件的控制信号时刻同步。本发明将光分路器制作成多输入对应多输出方式，并在控制系统中增加冗余信号源即可实现N+1冗余控制。
文档编号H04B10/12GK101576639SQ200910116450
公开日2009年11月11日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者鹏 傅, 黄连生 申请人:中国科学院等离子体物理研究所