Harting_IGBT Modul

(Bild: Harting)

Eckdaten

Gemeinsam mit Schienenfahrzeugherstellern hat Harting ein Übertragungsprinzip entwickelt, das die Transceiver des Controllerboards in ein steckbares Modul verlagert. Das Active-Optical-POF-Modul integriert die optische Schnittstelle nach dem Prinzip „elektrisch stecken und optisch übertragen“. Diese servicefreundliche Lösung aus dem Bahnbereich soll zukünftig auch für industrielle Anwendungen adaptiert werden.

Bei konstanten Geschwindigkeiten ist die Steuerungstechnik von Elektromotoren recht einfach. Oftmals ist jedoch eine Drehzahlregelung der Motoren erforderlich. Bei größeren Leistungsklassen, wie beispielsweise bei der Traktionskontrolle in Zügen oder bei Antriebsmotoren in Schiffen, wird die Drehzahlregelung mit IGBT-Halbleitern realisiert. Diese können große Lasten mit sehr geringen Steuerleistungen schalten. Da die Isolations- und Spannungsanforderungen sehr hoch sind, übertragen Kunststofflichtwellenleiter (POF) die zur IGBT-Ansteuerung notwendigen Signale. POF-Fasern sorgen für eine störungsfreie und galvanisch getrennte Signalübertragung. Aktuell sind pro Phase zwei IGBT-Driverboards erforderlich. Um einen dreiphasigen Motor anzusteuern, werden also sechs IGBT-Driverboards benötigt.

IGBTs für den Bahnbereich

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Vergleich des steckbaren Moduls von Harting (oben) und der bisherigen Lösung, in der einzelne Fasern Controller- und Driverboard miteinander verbinden. Harting

Insbesondere im Bahnbereich werden IGBTs redundant ausgeführt, damit bei einem Ausfall eines IGBTs das Controllerboard die Funktion auf das redundante Bauteil übertragen kann und die Funktion des Systems gewährleistet ist. Dies hat eine Verdoppelung der optischen Übertragungstrecken zur Folge. Bisher verbinden einzelne Fasern Controller- und Driverboard. In den Transceivern der Leiterkarte erfolgt die elektro-optische Umwandlung der Signale, wobei optische Elemente die Verbindung zu den Fasern herstellen. Jede optische Faser besitzt sowohl auf dem Driver- als auch auf dem Controllerboard einen einzelnen Anschluss, in dem sich die Transceiver befinden. Mit dieser Lösung benötigen alle Sende- und Empfangselemente auf dem Controllerboard viel Platz. Dadurch erhöht sich die Größe des Boards unnötig.

Ein weiteres Manko besteht darin, dass im Servicefall und bei der Installation jede POF-Faser einzeln mit Driver- und Controllerboard verbunden werden muss. Sender und Empfänger dürfen nicht vertauscht werden. Um die Qualität der Faserstirnfläche zu garantieren, werden vorkonfektionierte Kabel eingesetzt, die der Kunde auch vor Ort individuell montieren kann.

Zwar sind die üblicherweise verwendeten optischen Elemente für den industriellen Einsatz mit erweitertem Temperaturbereich und erhöhten Vibrationen entwickelt, sie bieten jedoch nur eine einfache Zugentlastung für die Fasern. Wichtig ist es, die optische Schnittstelle vor Schmutz zu schützen. Im ungeschützten Zustand sind Schutzklappen erforderlich. Es ist auch nicht möglich, ein Controllerboard nachträglich mit optischen Elementen zu bestücken, da diese nicht reflowfähig sind. Bei einem defekten Transceiver, muss das Board von all seinen Kontakten getrennt, ausgetauscht und neu verbunden werden.

 

Auf der nächsten Seite informieren wir Sie über das Übertragungsprinzip, das Harting gemeinsam mit Schienenfahrzeugherstellern entwickelt hat.

Gemeinsam mit Schienenfahrzeugherstellern hat Harting ein Übertragungsprinzip entwickelt, das die Transceiver des Controllerboards in ein steckbares Modul verlagert. Damit integriert diese Lösung die optische Schnittstelle nach dem Prinzip „elektrisch stecken und optisch übertragen“. Für das elektrische Stecken und als Systemgehäuse verwendet Harting Lösungen aus der DIN41612-Baureihe.

Gerade oder gewinkelt

Das DIN-Gehäuse aus Zinkdruckguss erfüllt die hohen Anforderungen des Bahnmarktes hinsichtlich Robustheit und EMV. Es bietet die Möglichkeit, die Kabel gerade oder gewinkelt zu führen, was einen guten Knickschutz und Zugentlastung für die Fasern bedeutet. Zudem kann die Leiterkarte im DIN-Gehäuse bei Bedarf Serienwiderstände und Abstützkondensatoren aufnehmen, um die optischen Elemente fehlerfrei anzusteuern und Störungen auszuschließen. Auch dem Verschleiß durch Mikrovibrationen widerstehen die Kontakte der DIN-41612-Baureihe. Somit sind sie für Bahnanwendungen getestet und zugelassen.

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Zukünftige Lösungen für schnelles Plug & Play – DIN 41612 und D-Sub-Gehäuse machen es möglich. Harting

Mit dem Active-Optical-POF-Modul hat der Kunde die Möglichkeit, gleichzeitig bis zu 16 optische Kanäle auf kleinstem Raum zu kontaktieren. Installation und Service vereinfachen sich. Zudem bietet Harting nach Kundenwunsch konfektionierte und geprüfte Systeme. Die Integration der optischen Schnittstellen in einen schnell wechselbaren Steckverbinder macht den Service der Controllerboards schneller, einfacher und kostengünstiger.

Bis zu 16 optische Kanäle

Ferner unterstützt das System Datenraten von bis zu 50 MBit/s. Als Versorgungsspannungen sind sowohl 3,3 als auch 5 V möglich. Die Anpassung erfolgt schrittweise. Im ersten Schritt werden die neuen DIN-Anschlüsse nur auf den Controllerboards verbaut. Um einen einfachen Wechsel zum neuen System zu ermöglichen, bleiben die IGBT-Driverboards zunächst unverändert. Geplant ist es, das Prinzip des Controllerboards auf das IGBT-Driverboard zu übertragen. Auch dort ließe sich ein bidirektionales optisches Stecken und elektrisches Übertragen mithilfe eines kompakten D-Sub-Gehäuses realisieren. Das Ergebnis ist ein beidseitiges Active-Optical-Cable zur IGBT-Ansteuerung. So kann eine robuste und servicefreundliche Lösung aus dem Bahnbereich zukünftig auch für industrielle Anwendungen adaptiert werden.

 

Rainer Bussmann

Harting_BussmannRainer_Face
Senior Product Manager Interface Connectors Fibre Optic / Medical / har-link

Vincenzo Romeo

Technical Editor

(ah)

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