集成解決了鐵路行業(yè)的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

將功率模塊有效且輕松地集成到鐵路應(yīng)用中已成為越來越多的電源制造商非常關(guān)心的問題。這種電源模塊應(yīng)該能夠適應(yīng)基于特定應(yīng)用的系統(tǒng)或環(huán)境變化。在這方面，超寬輸入范圍的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以滿足車載應(yīng)用的要求并支持所有標(biāo)稱電壓。由于軌道交通暴露在惡劣的環(huán)境中，DC/DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)通過 EN 50155、EN 61373 和 EN 45545-2 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。

提供這種適應(yīng)性的一個(gè)例子是 Cincon Electronics Co., Ltd. 的EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊。該系列提供的轉(zhuǎn)換器具有 10 VDC 至 160 VDC 的一體化超寬輸入電壓，可用于底盤安裝或帶有 DIN 導(dǎo)軌選項(xiàng)的底盤安裝。該系列符合 EN 50155 標(biāo)準(zhǔn)的波動(dòng)電壓范圍，支持 24 VDC、36 VDC、48 VDC、72 VDC、96 VDC 和 110 VDC 的分布式電壓，如表 1所示。

表 1：EN 50155 輸入電壓范圍（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

為什么選擇交鑰匙解決方案

Cincon 的 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT 交鑰匙解決方案集成了適用于鐵路應(yīng)用的多功能電源模塊。（來源：Cincon Electronics Co.,Ltd.） 。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)代鐵路部門面臨的一些最復(fù)雜的挑戰(zhàn)是如何處理電磁干擾 (EMI)、保持時(shí)間和浪涌電流問題。他們必須花費(fèi)大量時(shí)間將外圍電路連接到控制系統(tǒng)的每個(gè)電路模塊。

因此，交鑰匙解決方案可幫助工程設(shè)計(jì)人員在安裝之前無需選擇外部電路，例如電源轉(zhuǎn)換器的浪涌電流限制器或噪聲濾波器。該交鑰匙解決方案包括內(nèi)置組件，例如浪涌電流限制器、噪聲濾波器和保持電路，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更容易集成到鐵路系統(tǒng)中。使用交鑰匙轉(zhuǎn)換器解決方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員只需在電子設(shè)備上進(jìn)行安裝和測(cè)試以查看它是否可以順利工作，從而簡(jiǎn)化任務(wù)。該解決方案還通過減少外部組件的數(shù)量來最大限度地降低物料清單成本。此外，即使交鑰匙轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，也可以在一個(gè)模塊中進(jìn)行更換。

圖 1：EC7BW18-ECRT/EDRT 框圖（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）

符合 EN 50155

EN 50155 是用于鐵路應(yīng)用的機(jī)車車輛電子系統(tǒng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。表 2顯示了電源轉(zhuǎn)換器在認(rèn)證前必須經(jīng)過的溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊和其他電氣方面的測(cè)試。以 EC7BW18-ECRT/EDRT 系列為例，已經(jīng)在惡劣的車載系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行了測(cè)試，并通過了鐵路應(yīng)用的認(rèn)證。

表 2：EN 50155 測(cè)試（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

浪涌電流限制器

用于鐵路應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要在輸入側(cè)使用電容器來維持保持時(shí)間。盡管如此，電容器的瞬態(tài)特性將具有更高的浪涌電流。因此，減輕浪涌電流至關(guān)重要，以防它導(dǎo)致前端電源電壓下降或前端電源過流保護(hù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器無輸出。

為了解決這些問題，EC7BW18-ECRT/EDRT 系列采用內(nèi)置有源浪涌限制器，可提供更高的效率。它也較少受環(huán)境溫度的影響。下圖為使用兩組 EC7BW18-72S05-ECRT 測(cè)試在相同輸入電壓 36 VDC 下的不同浪涌電流數(shù)據(jù)。使用有源浪涌電流限制器，圖 2中的浪涌電流為 3.12 A ，而圖 3中，未使用浪涌電流限制器時(shí)，浪涌電流為 27.6 A。如果輸入電壓變得更高，則浪涌電流會(huì)更大。

圖 2（左）帶有浪涌電流限制器，圖 3（右）沒有浪涌電流限制器。CH1 為輸入電壓，CH2 為輸入電流，CH3 為輸出電壓。（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

保持電路

鐵路電力系統(tǒng)由于受到發(fā)電機(jī)、電池、受電弓之間切換的影響，很可能會(huì)出現(xiàn)供電電壓短時(shí)間的波動(dòng)。這種情況可能導(dǎo)致短期開路或短路。

EN 50155 電源測(cè)試基于電壓供應(yīng)中斷和電源轉(zhuǎn)換，分為不同的性能等級(jí)：

供電中斷：

S1 類：無電壓中斷。沒有要求性能標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)備應(yīng)在電壓中斷后繼續(xù)按規(guī)定運(yùn)行。

S2 級(jí)：中斷時(shí)間為 10 毫秒，性能標(biāo)準(zhǔn) A

S3 級(jí)：中斷時(shí)間為 20 毫秒，性能標(biāo)準(zhǔn) A

供應(yīng)轉(zhuǎn)換：

C1 類：在 100 毫秒內(nèi)以 0.6* Vin（無中斷）。性能標(biāo)準(zhǔn) A

C2 類：在輸入電壓為 30 毫秒的電源中斷期間。性能標(biāo)準(zhǔn) B

根據(jù) S2、S3 和 C2 的要求，必須在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)增加一個(gè)電容器。電容值可由下式推導(dǎo)：

該公式表明，在相同的保持時(shí)間和較低的電壓輸入下，所需的電容值越大。

EC7BW18-ECRT/EDRT 提供了滿足 S2、S3 和 C2 要求的內(nèi)置保持電路。下圖顯示了兩組 EC7BW18-72S05-ECRT 之間的保持時(shí)間數(shù)據(jù)，有和沒有保持電路。它們都具有相同的 24 VDC 輸入電壓。然而，使用內(nèi)置保持電路的測(cè)試保持時(shí)間為 13 ms（圖 4），而沒有保持電路的測(cè)試保持時(shí)間為 0.88 ms（圖 5）。

圖 4（左）有保持電路，圖 5（右）沒有保持電路。CH1 是輸入電壓，CH2 是輸出電壓。（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

高度集成的電源模塊包括 EMI 保護(hù)、浪涌電流限制器和保持電路。通過 EN 50155、EN 50121-3-2 和 EN 45545-2 標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)，交鑰匙解決方案為鐵路行業(yè)提供了多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。它提供10 VDC至160 VDC的超寬輸入電壓范圍，適用于不同地區(qū)的各種電壓參數(shù)。此外，16:1輸入隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器適用于車載軌道設(shè)備，因?yàn)檐壍老到y(tǒng)電壓變化較大。

本示例交鑰匙轉(zhuǎn)換器中包含的保持電路可在緊急情況下充當(dāng)緩沖器，盡管輸入電壓丟失。此外，EMI 濾波器可減輕足夠的輻射水平，并提高對(duì)鐵路機(jī)車車輛上運(yùn)行的易受影響的電氣和電子設(shè)備的干擾的抗擾度。同時(shí)，高達(dá) 88% 的高效率可實(shí)現(xiàn) -40°C 至 100°C 的工作溫度范圍。因此，功能豐富的交鑰匙轉(zhuǎn)換器解決方案可以解決電源設(shè)計(jì)的棘手問題并提高鐵路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

審核編輯 黃昊宇