Die Kraft integrieren Modulen Die effiziente und mühelose Integration in Bahnanwendungen ist für immer mehr Hersteller von Stromversorgungen ein großes Anliegen. Solche Leistungsmodule sollten je nach Anwendungsfall an das System oder Umgebungsschwankungen anpassbar sein. In dieser Hinsicht ein Ultra-Wide-Eingangsbereich DC/DC Konverter können die Anforderungen erfüllen und alle Nennspannungen für bahngebundene Anwendungen unterstützen. Da der Bahnverkehr rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, sollte der DC/DC-Wandler nach den Normen EN 50155, EN 61373 und EN 45545-2 zertifiziert sein.
Ein Beispiel für diese Anpassungsfähigkeit ist das DC/DC-Wandlermodul EC7BW18-ECRT/EDRT von Cincon Electronics Co., Ltd. Die Serie bietet Wandler mit All-in-One-Ultraweit-Eingangsspannungen von 10 VDC bis 160 VDC, erhältlich in Chassismontage oder Chassismontage mit DIN-Schienen-Optionen. Die Serie erfüllt die Norm EN 50155 mit der Fluktuation Spannung und unterstützt verteilte Spannungen von 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC und 110 VDC, wie in . gezeigt Tabelle 1.
Tabelle 1: Eingangsspannungsbereich nach EN 50155 (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klicken Sie für eine größere Abbildung.
Warum eine schlüsselfertige Lösung
Die schlüsselfertige 20-W-EC7BW18-ECRT/EDRT-Lösung von Cincon integriert das multifunktionale Leistungsmodul für Bahnanwendungen. (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klicken Sie für ein größeres Bild.
Einige der kompliziertesten Herausforderungen im modernen Eisenbahnsektor, denen sich Systementwickler gegenübersehen, sind der Umgang mit elektromagnetischen Störungen (EMI), Überbrückungszeiten und Einschaltstromproblemen. Sie müssen viel Zeit damit verbringen, das Peripheriegerät anzuschließen Schaltung zu jedem Schaltungsmodul für das Steuerungssystem.
Eine schlüsselfertige Lösung hilft Ingenieuren somit, externe Schaltungen wie den Einschaltstrombegrenzer oder den Entstörfilter für den Stromrichter vor der Montage nicht auswählen zu müssen. Diese schlüsselfertige Lösung umfasst integrierte Komponenten wie Einschaltstrombegrenzer, Rauschfilter und Überbrückungsschaltung, um Systementwicklern die Integration in das Bahnsystem zu erleichtern. Mit der schlüsselfertigen Konverterlösung vereinfachen Systemdesigner die Aufgabe, indem sie nur installieren und testen müssen, ob sie reibungslos an den elektronischen Geräten funktioniert. Die Lösung minimiert auch die Stücklistenkosten durch die Reduzierung der Anzahl externer Komponenten. Außerdem kann der schlüsselfertige Konverter selbst bei Ausfall in nur einem Modul ausgetauscht werden.
Abbildung 1: Blockschaltbild des EC7BW18-ECRT/EDRT (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Entspricht EN 50155
EN 50155 ist eine europäische Norm für elektronische Systeme in Schienenfahrzeugen für Bahnanwendungen. Tabelle 2 zeigt die Tests wie Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Schock und andere elektrische Aspekte, die der Stromrichter vor der Zertifizierung durchlaufen muss. Als Beispiel wurde die EC7BW18-ECRT/EDRT-Serie in einer rauen Umgebung eines zuggebundenen Systems untersucht und für die Bahnanwendungen zertifiziert.
Tabelle 2: EN 50155-Tests (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klicken Sie für ein größeres Bild.
Einschaltstrombegrenzer
Der DC/DC-Wandler für Bahnanwendungen erfordert a Kondensator auf der Eingangsseite, um die Überbrückungszeit einzuhalten. Dennoch führen die Übergangseigenschaften des Kondensators zu höheren Einschaltströmen. Die Abschwächung des Einschaltstroms ist daher unerlässlich, falls er einen Spannungsabfall im Front-End-Netzteil oder im Überstromschutz des Front-End-Netzteils verursacht, was dazu führt, dass der Wandler keine Ausgabe mehr liefert.
Um diese Probleme anzugehen, verwendet die EC7BW18-ECRT/EDRT-Serie einen integrierten aktiven Einschaltstrombegrenzer, der eine höhere Effizienz bietet. Es wird auch weniger von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Die folgenden Grafiken zeigen die unterschiedlichen Daten des Einschaltstroms bei gleicher Eingangsspannung von 36 VDC bei Tests mit zwei Sätzen des EC7BW18-72S05-ECRT. Mit dem aktiven Einschaltstrombegrenzer beträgt der Einschaltstrom 3.12 A in Figure 2, während Figure 3, ohne den Einschaltstrombegrenzer, beträgt 27.6 A. Wenn die Eingangsspannung höher wird, wird der Einschaltstrom größer.
Bild 2 (links) mit Einschaltstrombegrenzer und Bild 3 (rechts) ohne Einschaltstrombegrenzer. CH1 ist die Eingangsspannung, CH2 ist der Eingangsstrom und CH3 ist die Ausgangsspannung. (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klicken Sie für ein größeres Bild.
Überfallschaltung
Bei Bahnstromnetzen ist es wahrscheinlich, dass kurzzeitig Schwankungen der Versorgungsspannung auftreten, da sie durch die Umschaltung zwischen Generator, Batterie und Stromabnehmer beeinflusst werden. Die Situationen können zu einem kurzzeitigen Leerlauf oder Kurzschluss führen.
Der Stromversorgungstest nach EN 50155, basierend auf Unterbrechungen der Spannungsversorgung und Netzumschaltung, wird in verschiedene Leistungsklassen eingeteilt:
Unterbrechungen der Spannungsversorgung:
- Klasse S1: Keine Spannungsunterbrechung. Es wird kein Leistungskriterium verlangt, aber das Gerät muss nach der Spannungsunterbrechung wie angegeben weiterarbeiten.
- Klasse S2: Unterbrechungszeit von 10 ms, Leistungskriterium A
- Klasse S3: Unterbrechungszeit von 20 ms, Leistungskriterium A
Versorgungsumstellung:
- Klasse C1: Bei 0.6* Vin während 100 ms (ohne Unterbrechungen). Leistungskriterium A
- Klasse C2: Während einer Versorgungspause von 30 ms mit Angabe von Vin. Leistungskriterium B
Gemäß den Anforderungen von S2, S3 und C2 ist es wichtig, einen Kondensator an der Eingangsseite des DC/DC-Wandlers hinzuzufügen. Der Kapazitätswert kann durch die Formel wie folgt abgeleitet werden:
Die Formel zeigt, dass bei gleicher Haltezeit und niedrigeren Spannungseingängen der erforderliche Kapazitätswert umso größer ist.
Der EC7BW18-ECRT/EDRT bietet eine integrierte Überbrückungsschaltung, die die Anforderungen von S2, S3 und C2 erfüllt. Die folgenden Grafiken zeigen die Werte der Überbrückungszeit zwischen zwei Sätzen des EC7BW18-72S05-ECRT mit und ohne Überbrückungsschaltung. Beide haben die gleiche Eingangsspannung von 24 VDC. Die Überbrückungszeit für den Test mit eingebauter Überbrückungsschaltung beträgt jedoch 13 ms (Figure 4), verglichen mit 0.88 ms ohne Überbrückungsschaltung (Figure 5).
Abbildung 4 (links) mit Überfallschaltung und Abbildung 5 (rechts) ohne Überfallschaltung. CH1 ist die Eingangsspannung und CH2 ist die Ausgangsspannung. (Quelle: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klicken Sie für ein größeres Bild.
Hochintegrierte Leistungsmodule umfassen den EMI-Schutz, den Einschaltstrombegrenzer und die Überbrückungsschaltung. Zugelassen nach den Normen EN 50155, EN 50121-3-2 und EN 45545-2 bietet eine schlüsselfertige Lösung mehrere Vorteile für die Bahnindustrie. Es bietet einen ultraweiten Eingangsspannungsbereich von 10 VDC bis 160 VDC, der für alle Arten von Spannungsparametern in den verschiedenen Bereichen geeignet ist. Darüber hinaus ist der isolierte DC/DC-Wandler mit 16:1-Eingang auf die fahrzeugseitige Schienenvorrichtung anwendbar, da die Spannungsvariabilität des Schienensystems größer ist.
Die Überbrückungsschaltung, die in diesem schlüsselfertigen Beispielumrichter enthalten ist, fungiert als Puffer im Notfall trotz eines Verlusts der Eingangsspannung. Darüber hinaus verringert der EMI-Filter ein ausreichendes Emissionsniveau und erhöht die Immunität gegen Störungen durch anfällige elektrische und elektronische Geräte, die auf Schienenfahrzeugen betrieben werden. Der hohe Wirkungsgrad von bis zu 88% ermöglicht einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis 100°C. Somit kann eine funktionsreiche schlüsselfertige Umrichterlösung das heikle Problem der Energieauslegung lösen und die Stabilität des Bahnsystems erhöhen.