【选型】高压变频器和高压SVG级联功率单元选用国产光纤收发器替换安华高，性能及可靠性不输进口

时间： 2022-05-31 来源：世强

技术问答

高压变频器和SVG工作电压均在10kV及以上，目前国内制造商均采用多单元串联形式实现低电压控制，产生输出可调的高电压电源。其中功率单元作为核心控制部件，一台整机大概用到24个单元或120个单元，整机的主控系统与功率单元相距较远，信号的发送与接收通过光纤收发器实现，用量较大。早期的收发器都是采用国际知名品牌安华高HFBR-1521Z和HFBR-2521Z，其几乎处于垄断地位。由于一些特殊现场环境恶劣（高温、高湿或高粉尘），其光纤收发器应用中偶尔会出现信号传输异常中断，传输光功率不足现象。且发射器的工作电流需几十mA，消耗较大的电源功率。

近几年，随着国产光纤技术的快速发展，同时中美贸易战的加剧，为降低进口安华高光纤收发器的采购风险和成本压力，引入国产品牌势在必行。通过多方调研和技术对比，最终选择浙江飞尔康（FIRECOMMS）光纤收发器作为试用。根据应用需求，飞尔康光纤收发器选择型号为FT10MHLR和FR05MHIR。光纤发射器采用飞尔康10M速率代替安化高5M速率，基于三点：

a.公司级联产品主控与单元通信时最高速率达到4M（安华高5M在远距离传输时信号脉宽异常丢失，选择高一档）,保证足够通信速率余量；

b.飞尔康现有可兼容的光纤发射器，5M速率的相比10M速率的光功率偏低（同驱动电流条件）；

c.飞尔康10M速率的在成本上相比安华高5M的有明显优势。光纤接收器的替换主要保证参数接近即可。

在笔者公司的高压变频器和高压SVG级联功率单元降成本项目推进中进行首次尝试验证。

下面对两个品牌的光纤收发器从参数和测试结果进行全面对比分析，具体如下:

一、规格书关键参数对比分析

表1：光纤发射器参数对比

总结：光纤发射器在数据传输速率、传输距离、工作电流，工作温度指标方面飞尔康表现优。

表2 光纤接收器参数对比

总结：光纤接收器在工作温度、上升下降时间、内部工艺结构(安华高采用三极管电流型控制，飞尔康采用推挽MOS电压型控制)上飞尔康表现优。

二、试验数据对比分析

(1)不同驱动电阻功率衰减比测试对比

图1 光纤发射电路

图2 光纤接收电路

测试条件：使用一块功率单元板，下载特殊程序，使用一根爱鑫光纤（16m，缩线芯3mm）既做发射又做接收，改变不同驱动电阻，测试其衰减比。

总结：远距离且光纤缩线芯条件下，安华高HFBR-1521Z需较大的电流才工作，飞尔康FT10MHLR较小工作电流稳定工作，电源功耗低。

(2)信号传输失真度测试对比（CH1：接收信号 CH2:发射信号）

图3 安华高收发器信号波形图4 飞尔康收发器信号波形

同条件下测试记录比较一个周期的脉宽宽度，数据如下：

小结：光纤发射信号脉宽与光纤接收信号脉宽的差值数据可看出：安华高的脉宽差值范围20ns-35ns之间，飞尔康的脉宽差值范围0-24ns之间。脉宽差值越小，说明信号在传输过程中的损耗较低，更能在接收端完好还原输入信号的波形状态。从这方面看，安华高发射与接收信号脉宽差值偏大点。

(3)高温高湿环境运行测试

主控与功率单元板组成最小工作系统，一组通信采用飞尔康收发器，另一组通信采用安华高收发器，光纤长度25m，功率单元板（全面三防涂覆处理）置于高温高湿箱内（设置高温75℃，高湿85%），主控置于外部，通电连续运行，进行异常监测，运行时间3小时左右，安华高通信故障，飞尔康持续工作。连续运行24小时正常。

由此可断定，在极端高温高湿环境时，光纤发射器由于水汽渗入内部，导致较大的光损，发射器输出的光功率就显示不足，导致光纤接收器侧的信号出现波形脉宽变窄或丢死。安华高发射器光功率与驱动电流成正比，需要较大的功率提供，飞尔康发射器采用低功耗光源发射，较小的驱动电流可以输出较大的光功率，在极端环境中，发射端-光纤-接收端产生的光损增大时，也有较大的功率余量来克服，可保证正常工作。

基于以上测试数据和分析，飞尔康光纤收发器在高压级联产品订单中小批量推广应用，主要在35kV SVG多单元通信和两台设备并机主从控制方面验证（并机主从通信距离40m），即使在恶劣环境（如潮湿或粉尘较大现场）出现故障的几率同比大幅降低，现已批量使用。其次设计方面不需要做PCB改版，可以兼容替换，成本和供货周期上均有更好保证，再次证明国产光纤技术并不比进口差。

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