Integrando el poder módulo de forma eficaz y sin esfuerzo en aplicaciones ferroviarias ha sido una gran preocupación para un número cada vez mayor de fabricantes de fuentes de alimentación. Dichos módulos de potencia deben poder adaptarse al sistema o a las variaciones ambientales según las aplicaciones específicas. En este sentido, un rango de entrada CC/CC ultra amplio convertidor puede satisfacer los requisitos y admitir todos los voltajes nominales para aplicaciones en trenes. Dado que el tráfico ferroviario está expuesto a entornos hostiles, el convertidor CC / CC debe estar certificado según las normas EN 50155, EN 61373 y EN 45545-2.
Un ejemplo que proporciona esta adaptabilidad es el módulo convertidor CC / CC EC7BW18-ECRT / EDRT de Cincon Electronics Co., Ltd. La serie ofrece convertidores con voltajes de entrada ultraanchos todo en uno de 10 V CC a 160 V CC, disponibles en montaje en chasis o montaje en chasis con opciones de carril DIN. La serie cumple con la norma EN 50155 con la fluctuación voltaje y admite voltajes distribuidos de 24 VCC, 36 VCC, 48 VCC, 72 VCC, 96 VCC y 110 VCC, como se muestra en Tabla 1.
Tabla 1: Rango de voltaje de entrada EN 50155 (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.) Haga clic para ampliar la imagen.
Por qué una solución llave en mano
La solución llave en mano EC20BW7-ECRT / EDRT de 18 W de Cincon integra el módulo de potencia multifuncional para aplicaciones ferroviarias. (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.) Haga clic para ampliar la imagen.
Algunos de los desafíos más complicados en el sector ferroviario moderno que enfrentan los diseñadores de sistemas es cómo manejar la interferencia electromagnética (EMI), el tiempo de espera y los problemas de corrientes de irrupción. Deben dedicar mucho tiempo a conectar el periférico circuito a cada módulo de circuito para el sistema de control.
Una solución llave en mano ayuda a los diseñadores de ingeniería a no tener que seleccionar circuitos externos, como el limitador de corriente de entrada o el filtro de ruido para el convertidor de potencia antes de montarlos. Esta solución llave en mano incluye componentes integrados, como el limitador de corriente de entrada, el filtro de ruido y el circuito de retención, para facilitar a los diseñadores de sistemas la integración en el sistema ferroviario. Al utilizar la solución de conversión llave en mano, los diseñadores de sistemas simplifican la tarea al solo necesitar instalar y probar para ver si puede funcionar sin problemas en el aparato electrónico. La solución también minimiza los costos de la lista de materiales al reducir la cantidad de componentes externos. Además, incluso si el convertidor llave en mano falla, solo se puede reemplazar en un módulo.
Figura 1: Diagrama de bloques del EC7BW18-ECRT / EDRT (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Cumple con EN 50155
EN 50155 es una norma europea para sistemas electrónicos en material rodante para aplicaciones ferroviarias. Tabla 2 muestra las pruebas como temperatura, humedad, vibración, choque y otros aspectos eléctricos que el convertidor de potencia debe someterse antes de la certificación. La serie EC7BW18-ECRT / EDRT, como ejemplo, se ha examinado en un entorno hostil de un sistema de transporte por tren y se ha certificado para las aplicaciones ferroviarias.
Tabla 2: Pruebas EN 50155 (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.) Haga clic para ampliar la imagen.
Limitador de corriente de irrupción
El convertidor DC/DC para aplicaciones ferroviarias requiere un condensador en el lado de entrada para mantener el tiempo de espera. Aún así, las características transitorias del condensador tendrán corrientes de entrada más altas. Por lo tanto, mitigar la corriente de irrupción es esencial en caso de que provoque una caída de voltaje en la fuente de alimentación frontal o la protección contra sobrecorriente de la fuente de alimentación frontal, lo que resulta en que no haya salida del convertidor.
Para abordar estos problemas, la serie EC7BW18-ECRT / EDRT adopta un limitador de irrupción activo incorporado que ofrece una mayor eficiencia. También está menos influenciado por la temperatura ambiente. Los gráficos a continuación indican los diferentes datos de la corriente de irrupción con el mismo voltaje de entrada de 36 VCC mediante pruebas utilizando dos juegos de EC7BW18-72S05-ECRT. Con el limitador de corriente de irrupción activo, la corriente de irrupción es de 3.12 A en Figura 2 y XNUMX, mientras Figura 3 y XNUMX, sin el limitador de corriente de irrupción, es de 27.6 A. Si el voltaje de entrada aumenta, la corriente de irrupción será mayor.
Figura 2 (izquierda) con un limitador de corriente de irrupción y Figura 3 (derecha) sin un limitador de corriente de irrupción. CH1 es el voltaje de entrada, CH2 es la corriente de entrada y CH3 es el voltaje de salida. (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.) Haga clic para ampliar la imagen.
Circuito de atraco
Es probable que los sistemas de energía ferroviaria tengan fluctuaciones en el voltaje de suministro durante un período corto porque se ven afectados por el cambio entre el generador, la batería y el pantógrafo. Las situaciones pueden provocar un cortocircuito o un circuito abierto a corto plazo.
La prueba de suministro de energía EN 50155, basada en interrupciones del suministro de voltaje y cambio de suministro, se clasifica en diferentes clases de rendimiento:
Interrupciones de suministro de voltaje:
- Clase S1: Sin interrupción de voltaje. No se solicita ningún criterio de rendimiento, pero el equipo seguirá funcionando como se especifica después de la interrupción de la tensión.
- Clase S2: tiempo de interrupción de 10 ms, criterio de rendimiento A
- Clase S3: tiempo de interrupción de 20 ms, criterio de rendimiento A
Cambio de suministro:
- Clase C1: A 0.6 * Vin durante 100 ms (sin interrupciones). Criterio de desempeño A
- Clase C2: Durante una interrupción del suministro de 30 ms indicando Vin. Criterio de desempeño B
De acuerdo con los requisitos de S2, S3 y C2, es esencial agregar un capacitor en el lado de entrada del convertidor CC / CC. El valor de capacitancia se puede deducir mediante la fórmula de la siguiente manera:
La fórmula revela que con el mismo tiempo de retención y las entradas de voltaje más bajas, mayor es el valor de capacitancia requerido.
El EC7BW18-ECRT / EDRT proporciona un circuito de retención integrado que cumple con los requisitos de S2, S3 y C2. Los gráficos a continuación muestran las cifras de tiempo de retención entre dos conjuntos de EC7BW18-72S05-ECRT, con y sin circuito de retención. Ambos tienen el mismo voltaje de entrada de 24 VCC. Sin embargo, el tiempo de espera para la prueba con un circuito de espera incorporado es de 13 ms (Figura 4 y XNUMX), en comparación con 0.88 ms sin un circuito de retención (Figura 5 y XNUMX).
Figura 4 (izquierda) con circuito de retención y Figura 5 (derecha) sin circuito de retención. CH1 es el voltaje de entrada y CH2 es el voltaje de salida. (Fuente: Cincon Electronics Co., Ltd.) Haga clic para ampliar la imagen.
Los módulos de potencia altamente integrados incluyen la protección EMI, el limitador de corriente de entrada y el circuito de retención. Aprobado por las normas EN 50155, EN 50121-3-2 y EN 45545-2, una solución llave en mano ofrece varias ventajas para la industria ferroviaria. Proporciona un rango de voltaje de entrada ultra amplio de 10 VCC a 160 VCC, adecuado para todo tipo de parámetros de voltaje en las diferentes áreas. Además, el convertidor CC / CC aislado de entrada 16: 1 es aplicable al aparato de riel a bordo, ya que la variabilidad de voltaje del sistema de riel es mayor.
El circuito de retención, incluido en este ejemplo de convertidor llave en mano, actúa como un amortiguador durante una emergencia a pesar de una pérdida de voltaje de entrada. Además, el filtro EMI mitiga un nivel suficiente de emisión y aumenta la inmunidad contra la interferencia de aparatos eléctricos y electrónicos susceptibles operados en el material rodante ferroviario. Mientras tanto, la alta eficiencia de hasta el 88% permite un rango de temperatura de funcionamiento de -40 ° C a 100 ° C. Por lo tanto, una solución de convertidor llave en mano rica en funciones puede resolver el espinoso problema del diseño de energía y aumentar la estabilidad del sistema ferroviario.