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如何为轨道应用选择DC-DC转换器

2022年6月21日 作者 Ron Stull - 7 分钟阅读

如何为轨道应用选择DC-DC转换器

介绍

过去,大多数电力轨道应用都要通过位于主机车中的110 V电池供应直流电。因此,要为车厢提供照明,就必须沿着列车全长敷设电缆。

由于电池也连接了开关设备、继电器,以及起动电机等其他重型电气负载,因此电缆电压经常受到压降和瞬态峰值以及电磁和射频干扰 (EMI/RFI) 的影响。乘客大多并不在意这些影响,但车厢照明亮度的不时变化除外。

现代列车的技术先进性远高于前代列车,现已纳入多种高级安全功能,使用了多个低压传感器和执行器。此外,现代轨道乘客希望他们的旅行体验中也要纳入空调、无线通信、完善的信息娱乐功能等舒适设施。如果没有多个电源提供恒定的直流电压水平,而不受外部电气噪声源的干扰,则无法确保安全性和舒适性。在这篇博文中,我们详细探讨了在轨道应用中使用DC-DC转换器所需遵守的一些具体要求。

轨道电力标准

EN 50155 - 轨道应用 - 轨道车辆 - 电子设备标准适用于供应给轨道行业的电气设备,并且已被大多数轨道设备制造商采用。它涉及电池供电系统和低压电源,这些电源系统直接(或间接)连接到触点系统,并覆盖控制、调节、保护和电源应用。电力车载电子设备中的DC-DC转换器必须在下列各个方面符合EN 50155标准:

输入电压范围

轨道应用中主要使用的电池电压为24 V、48 V、72 V、96 V和100 V。多种车载系统需求导致不可避免地出现骤降和电涌,因而此类电压水平差异巨大。EN 50155规定,这些值可以高达其标称值的0.7至1.25倍,而且相当于标称值0.6至1.4倍(持续时间长达100 ms)的更大幅度瞬态变化也是可接受的。

EN50155电压范围
图1:EN50155电压范围

电磁兼容性

电气设备的电磁兼容性 (EMC) 要求取决于其与外部环境的连接方式。这些接口称为端口(图 1)。不同的端口具有不同的EMC要求。

机车电气接口(端口)
图2:机车电气接口(端口)

对于电池端口,在9 kHz~150 kHz的频率范围内没有传导发射限制。这一EMC要求同样适用于电池基准、信号和通信、过程测量和控制端口,并已在EN 50121-3-2中指定。抗干扰测试要求详见EN 50121-3-2中的规定。

机械冲击和振动

电子设备必须能够承受列车在常规运行中经历的冲击和振动程度,而不会降低性能。这种程度可由列车供应商定义。或者,必须符合EN 61373 1类B级(表1)要求。

性能 EN50155 / IEC61373
振动频率 类别 < 0.3kg 5-150Hz 5g
冲击 纵轴/横轴/垂轴5g/3g/3g 30mS/30mS/30mS
表1:冲击和振动测试

温度和湿度

电子设备必须基于一系列不同的温度等级(表2)进行设计,以完全符合其规格。

  • 乘客和驾驶员车厢涵盖在OT1和OT2级(标准参考温度为+25°C)标准中。
  • OT3和OT4级则涵盖机柜中的设备(标准参考温度为+45°C)。
  • OT3是默认级别。
级别 工作温度范围 (°C)
OT1 -25至55
OT2 -40至55
OT3 -25至70
OT4 -40至70
OT5 -25至85
OT6 -40至85
表2:温度测试

隔离电压

这些规格确保电源内的导体具备充足的电气绝缘和物理间距,从而不会产生漏电流和电弧。这一测试由两部分组成:

  1. 在500 Vdc时执行的绝缘电阻测量。所需的绝缘电阻下限为20兆欧。

  2. 第二部分是耐压测试(表3)。电压水平缓慢增加(通常在10秒内),直至达到上限值。根据测试目的,电压可维持十秒或一分钟。
车辆电池 (V) 绝缘要求 VAC(50Hz) / DC
24 500/750
48 500/750
72 - 125 1000/1500
125 - 315 1500/2200
表3:绝缘和耐压测试

获得认证的电源解决方案

CUI Inc.的PRQE系列隔离式DC-DC转换器完全满足EN 50121-3-2的EMC测试要求,可用于确保系统符合轨道应用EN 50155要求。

EN50155电压范围
图3:PRQE系列50 W和75 W四分之一砖型DC-DC 转换器

这些四分之一砖型转换器还通过了EN 62368-1认证,提供多种功率等级,包括50 W和75 W。这些设备采用完全密封的铝合金材质金属盒,底部为黑色塑料,并且达到UL 94V-0阻燃等级。能效高达94%,具有超宽4:1输入范围,并提供过流、过压和短路保护。

PRQ系列转换器采用带或不带散热器或底板的DIP封装。除了轨道应用外,该系列还非常适合数据、电信、机器人和工业应用,适用于任何需要以紧凑型封装设备获得大功率的领域。

类别: 产品选择安全与合规


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Ron Stull

Ron Stull

电源系统工程师

Ron Stull自2009年加入CUI以来,在模拟和数字电源以及AC-DC和DC-DC功率转换方面积累了丰富的知识和经验。他在CUI的工程团队中发挥重要作用,其职责包括应用支持、测试和验证以及设计。在从事电力工程工作之余,Ron会与他的妻子一起弹吉他、跑步和参加户外旅行,他们的目标是游遍所有美国国家公园。

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