Intégrer le pouvoir module de manière efficace et sans effort dans les applications ferroviaires est une préoccupation majeure pour un nombre croissant de fabricants d'alimentations électriques. Ces modules de puissance doivent être adaptables au système ou aux variations environnementales en fonction des applications spécifiques. À cet égard, une plage d'entrée ultra-large DC/DC convertisseur peut satisfaire aux exigences et supporter toutes les tensions nominales pour les applications embarquées. Le trafic ferroviaire étant exposé à des environnements difficiles, le convertisseur DC/DC doit être certifié conforme aux normes EN 50155, EN 61373 et EN 45545-2.
Un exemple qui offre cette adaptabilité est le module convertisseur DC/DC EC7BW18-ECRT/EDRT de Cincon Electronics Co., Ltd. La série propose des convertisseurs avec des tensions d'entrée ultra-larges tout-en-un de 10 VDC à 160 VDC, disponibles en montage sur châssis ou montage sur châssis avec options de rail DIN. La série répond à la norme EN 50155 avec la fluctuation Tension et prend en charge les tensions distribuées de 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC et 110 VDC comme indiqué dans Tableau 1.
Tableau 1 : Plage de tension d'entrée EN 50155 (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.) Cliquez pour agrandir l'image.
Pourquoi une solution clé en main
La solution clé en main 20 W EC7BW18-ECRT/EDRT de Cincon intègre le module d'alimentation multifonctionnel pour les applications ferroviaires. (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.) Cliquez pour une image plus grande.
Certains des défis les plus complexes du secteur ferroviaire moderne auxquels les concepteurs de systèmes sont confrontés sont la gestion des interférences électromagnétiques (EMI), le temps de maintien et les problèmes de courant d'appel. Ils doivent passer beaucoup de temps à connecter le périphérique circuit à chaque module de circuit pour le système de contrôle.
Une solution clé en main permet ainsi aux ingénieurs de s'affranchir de la sélection de circuits externes, tels que le limiteur de courant d'appel ou le filtre antiparasite du convertisseur de puissance avant de les monter. Cette solution clé en main comprend des composants intégrés, tels que le limiteur de courant d'appel, le filtre antiparasite et le circuit de retenue, pour faciliter l'intégration des concepteurs de systèmes dans le système ferroviaire. En utilisant la solution de convertisseur clé en main, les concepteurs de systèmes simplifient la tâche en n'ayant qu'à installer et tester pour voir s'il peut fonctionner correctement sur l'appareil électronique. La solution minimise également les coûts de nomenclature en réduisant le nombre de composants externes. De plus, même si le convertisseur clé en main tombe en panne, il peut être simplement remplacé dans un module.
Figure 1 : Schéma fonctionnel de l'EC7BW18-ECRT/EDRT (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.)
Conforme à la norme EN 50155
EN 50155 est une norme européenne pour les systèmes électroniques dans le matériel roulant pour les applications ferroviaires. Tableau 2 montre les tests tels que la température, l'humidité, les vibrations, les chocs et d'autres aspects électriques que le convertisseur de puissance doit subir avant la certification. La série EC7BW18-ECRT/EDRT, par exemple, a été examinée dans un environnement difficile d'un système embarqué et certifiée pour les applications ferroviaires.
Tableau 2 : tests EN 50155 (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.) Cliquez pour agrandir l'image.
Limiteur de courant d'appel
Le convertisseur DC/DC pour applications ferroviaires nécessite un condensateur côté entrée pour maintenir le temps de maintien. Néanmoins, les caractéristiques transitoires du condensateur auront des courants d'appel plus élevés. L'atténuation du courant d'appel est donc essentielle au cas où il provoquerait une chute de tension dans l'alimentation frontale ou la protection contre les surintensités de l'alimentation frontale, entraînant une absence de sortie du convertisseur.
Pour résoudre ces problèmes, la série EC7BW18-ECRT/EDRT adopte un limiteur d'appel actif intégré qui offre une efficacité supérieure. Elle est également moins influencée par la température ambiante. Les graphiques ci-dessous indiquent les différentes données du courant d'appel avec la même tension d'entrée de 36 VDC via des tests utilisant deux ensembles de EC7BW18-72S05-ECRT. Avec le limiteur de courant d'appel actif, le courant d'appel est de 3.12 A dans Figure 2, tandis que Figure 3, sans limiteur de courant d'appel, est de 27.6 A. Si la tension d'entrée augmente, le courant d'appel sera plus important.
Figure 2 (à gauche) avec un limiteur de courant d'appel et Figure 3 (à droite) sans limiteur de courant d'appel. CH1 est la tension d'entrée, CH2 est le courant d'entrée et CH3 est la tension de sortie. (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.) Cliquez pour une image plus grande.
Circuit de hold-up
Les systèmes électriques ferroviaires sont susceptibles d'avoir des fluctuations de la tension d'alimentation pendant une courte période car ils sont impactés par le commutateur entre le générateur, la batterie et le pantographe. Les situations peuvent conduire à un circuit ouvert à court terme ou à un court-circuit.
Le test d'alimentation électrique EN 50155, basé sur les interruptions d'alimentation en tension et la commutation d'alimentation, est classé en différentes classes de performance :
Interruptions de l'alimentation en tension :
- Classe S1 : Pas de coupure de tension. Aucun critère de performance n'est demandé mais l'équipement doit continuer à fonctionner comme spécifié après la coupure de tension.
- Classe S2 : Temps d'interruption de 10 ms, critère de performance A
- Classe S3 : Temps d'interruption de 20 ms, critère de performance A
Changement d'alimentation :
- Classe C1 : A 0.6* Vin pendant 100 ms (sans interruptions). Critère de performance A
- Classe C2 : Lors d'une coupure d'alimentation de 30 ms indiquant au Vin. Critère de performance B
Conformément aux exigences de S2, S3 et C2, il est essentiel d'ajouter un condensateur à l'entrée du convertisseur DC/DC. La valeur de la capacité peut être déduite par la formule suivante :
La formule révèle qu'avec le même temps de maintien et les entrées de tension inférieures, plus la valeur de capacité requise est élevée.
L'EC7BW18-ECRT/EDRT fournit un circuit anti-agression intégré qui répond aux exigences de S2, S3 et C2. Les graphiques ci-dessous montrent les valeurs de temps de rétention entre deux ensembles de EC7BW18-72S05-ECRT, avec et sans circuit de rétention. Ils ont tous deux la même tension d'entrée de 24 VDC. Cependant, le temps de maintien pour le test avec un circuit de maintien intégré est de 13 ms (Figure 4), contre 0.88 ms sans circuit anti-agression (Figure 5).
Figure 4 (à gauche) avec un circuit de retenue et Figure 5 (à droite) sans circuit de retenue. CH1 est la tension d'entrée et CH2 est la tension de sortie. (Source : Cincon Electronics Co., Ltd.) Cliquez pour une image plus grande.
Les modules d'alimentation hautement intégrés incluent la protection EMI, le limiteur de courant d'appel et le circuit de maintien. Homologuée par les normes EN 50155, EN 50121-3-2 et EN 45545-2, une solution clé en main offre plusieurs avantages pour l'industrie ferroviaire. Il fournit une plage de tension d'entrée ultra-large de 10 VDC à 160 VDC, adaptée à toutes sortes de paramètres de tension dans les différentes zones. De plus, le convertisseur CC/CC isolé à entrée 16:1 est applicable à l'appareil ferroviaire embarqué, car la variabilité de la tension du système ferroviaire est plus importante.
Le circuit hold-up, inclus dans cet exemple de convertisseur clé en main, agit comme un tampon lors d'une urgence malgré une perte de tension d'entrée. De plus, le filtre EMI atténue un niveau d'émission suffisant et augmente l'immunité contre les interférences provenant d'appareils électriques et électroniques sensibles exploités sur le matériel roulant ferroviaire. Pendant ce temps, le rendement élevé jusqu'à 88 % permet une plage de températures de fonctionnement de -40°C à 100°C. Ainsi, une solution de convertisseur clé en main riche en fonctionnalités peut résoudre le problème épineux de la conception de l'alimentation et augmenter la stabilité du système ferroviaire.