Mengintegrasikan kekuatan modul penerapan perkeretaapian secara efektif dan mudah telah menjadi perhatian besar bagi semakin banyak produsen pasokan listrik. Modul daya tersebut harus dapat beradaptasi dengan sistem atau variasi lingkungan berdasarkan aplikasi spesifik. Dalam hal ini, rentang masukan ultra lebar DC/DC Converter dapat memenuhi persyaratan dan mendukung semua tegangan nominal untuk aplikasi yang ditanggung kereta. Karena lalu lintas kereta api terpapar pada lingkungan yang keras, konverter DC/DC harus disertifikasi dengan standar EN 50155, EN 61373, dan EN 45545-2.
Salah satu contoh yang menyediakan kemampuan beradaptasi ini adalah modul konverter DC/DC EC7BW18-ECRT/EDRT dari Cincon Electronics Co., Ltd. Seri ini menawarkan konverter dengan tegangan input ultra lebar all-in-one dari 10 VDC hingga 160 VDC, tersedia dalam chassis-mount atau chassis-mount dengan opsi DIN-rail. Seri ini memenuhi standar EN 50155 dengan fluktuasi tegangan jangkauan dan mendukung tegangan terdistribusi 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC, dan 110 VDC seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1: Rentang tegangan input EN 50155 (Sumber: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik untuk gambar yang lebih besar.
Mengapa solusi turnkey?
Solusi turnkey 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT Cincon mengintegrasikan modul daya multi-fungsi untuk aplikasi kereta api. (Sumber: Cincon Electronics Co.,Ltd.) Klik untuk gambar yang lebih besar.
Beberapa tantangan paling rumit di sektor perkeretaapian modern yang dihadapi perancang sistem adalah bagaimana menangani interferensi elektromagnetik (EMI), waktu tunggu, dan masalah arus masuk. Mereka harus menghabiskan banyak waktu untuk menghubungkan periferal sirkit ke setiap modul sirkuit untuk sistem kontrol.
Solusi turnkey dengan demikian membantu perancang teknik bebas dari pemilihan sirkuit eksternal, seperti pembatas arus masuk atau filter kebisingan untuk konverter daya sebelum memasangnya. Solusi turnkey ini mencakup komponen bawaan, seperti pembatas arus masuk, filter kebisingan, dan sirkuit penahan, untuk memudahkan perancang sistem untuk berintegrasi ke dalam sistem perkeretaapian. Menggunakan solusi konverter turnkey, perancang sistem menyederhanakan tugas dengan hanya perlu menginstal dan menguji untuk melihat apakah itu dapat bekerja dengan lancar pada peralatan elektronik. Solusi ini juga meminimalkan biaya bill-of-material dengan mengurangi jumlah komponen eksternal. Selain itu, bahkan jika konverter turnkey gagal, itu hanya dapat diganti dalam satu modul.
Gambar 1: Diagram blok EC7BW18-ECRT/EDRT (Sumber: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Sesuai dengan EN 50155
EN 50155 adalah standar Eropa untuk sistem elektronik di rolling stock untuk aplikasi kereta api. Tabel 2 menunjukkan pengujian seperti suhu, kelembaban, getaran, kejut, dan aspek kelistrikan lainnya yang harus dilakukan oleh konverter daya sebelum sertifikasi. Seri EC7BW18-ECRT/EDRT, sebagai contoh, telah diuji di lingkungan yang keras dari sistem yang ditanggung kereta dan disertifikasi untuk aplikasi kereta api.
Tabel 2: Tes EN 50155 (Sumber: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik untuk gambar yang lebih besar.
Pembatas arus masuk
Konverter DC/DC untuk aplikasi kereta api memerlukan a kapasitor di sisi masukan untuk mempertahankan waktu tunggu. Namun, karakteristik transien kapasitor akan memiliki arus masuk yang lebih tinggi. Oleh karena itu, memitigasi arus masuk sangat penting jika hal ini menyebabkan penurunan tegangan pada catu daya front-end atau perlindungan arus berlebih pada catu daya front-end, sehingga tidak ada keluaran dari konverter.
Untuk mengatasi masalah ini, Seri EC7BW18-ECRT/EDRT mengadopsi pembatas lonjakan aktif bawaan yang menawarkan efisiensi lebih tinggi. Itu juga kurang dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Grafik di bawah ini menunjukkan perbedaan data arus masuk dengan tegangan input yang sama 36 VDC melalui pengujian menggunakan dua set EC7BW18-72S05-ECRT. Dengan pembatas arus lonjakan aktif, arus lonjakan adalah 3.12 A in Gambar 2, Sementara Gambar 3, tanpa pembatas arus masuk, adalah 27.6 A. Jika tegangan input menjadi lebih tinggi, arus masuk akan lebih besar.
Gambar 2 (kiri) dengan pembatas arus masuk dan Gambar 3 (kanan) tanpa pembatas arus masuk. CH1 adalah tegangan input, CH2 adalah arus input, dan CH3 adalah tegangan output. (Sumber: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik untuk gambar yang lebih besar.
Sirkuit penahan
Sistem tenaga kereta api cenderung memiliki fluktuasi tegangan suplai untuk waktu yang singkat karena dipengaruhi oleh sakelar antara generator, baterai, dan pantograf. Situasi dapat menyebabkan sirkuit terbuka jangka pendek atau sirkuit pendek.
Tes catu daya EN 50155, berdasarkan gangguan suplai tegangan dan pergantian suplai, diklasifikasikan ke dalam kelas kinerja yang berbeda:
Gangguan suplai tegangan:
- Kelas S1: Tidak ada gangguan tegangan. Tidak ada kriteria kinerja yang diminta tetapi perlengkapan harus terus beroperasi seperti yang ditentukan setelah gangguan tegangan.
- Kelas S2: Waktu interupsi 10 ms, kriteria kinerja A
- Kelas S3: Waktu interupsi 20 ms, kriteria kinerja A
Pergantian pasokan:
- Kelas C1: Pada 0.6* Vin selama 100 ms (tanpa gangguan). Kriteria kinerja A
- Kelas C2: Selama jeda suplai 30 ms menyatakan di Vin. Kriteria kinerja B
Sesuai dengan persyaratan S2, S3, dan C2, penting untuk menambahkan kapasitor di sisi input konverter DC/DC. Nilai kapasitansi dapat disimpulkan dengan rumus sebagai berikut:
Rumus menunjukkan bahwa dengan waktu penahanan yang sama dan input tegangan yang lebih rendah, semakin besar nilai kapasitansi yang dibutuhkan.
EC7BW18-ECRT/EDRT menyediakan sirkuit penahan bawaan yang memenuhi persyaratan S2, S3, dan C2. Grafik di bawah ini menunjukkan angka waktu penahanan antara dua set EC7BW18-72S05-ECRT, dengan dan tanpa sirkuit penahan. Keduanya memiliki tegangan input yang sama yaitu 24 VDC. Namun, waktu penahanan untuk pengujian dengan sirkuit penahan bawaan adalah 13 ms (Gambar 4), dibandingkan dengan 0.88 ms tanpa sirkuit penahan (Gambar 5).
Gambar 4 (kiri) dengan sirkuit penahan dan Gambar 5 (kanan) tanpa sirkuit penahan. CH1 adalah tegangan input dan CH2 adalah tegangan output. (Sumber: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik untuk gambar yang lebih besar.
Modul daya yang sangat terintegrasi mencakup perlindungan EMI, pembatas arus masuk, dan sirkuit penahan. Disetujui oleh standar EN 50155, EN 50121-3-2, dan EN 45545-2, solusi turnkey menawarkan beberapa keuntungan bagi industri perkeretaapian. Ini memberikan rentang tegangan input ultra lebar 10 VDC hingga 160 VDC, cocok untuk semua jenis parameter tegangan di berbagai area. Selain itu, konverter DC/DC terisolasi input 16:1 dapat diterapkan pada peralatan rel terpasang, karena variabilitas tegangan sistem rel lebih besar.
Sirkuit penahan, termasuk dalam contoh konverter turnkey ini, bertindak sebagai penyangga selama keadaan darurat meskipun tegangan inputnya hilang. Selain itu, filter EMI mengurangi tingkat emisi yang cukup dan meningkatkan kekebalan terhadap gangguan dari peralatan listrik dan elektronik yang rentan yang dioperasikan pada rolling stock kereta api. Sementara itu, efisiensi tinggi hingga 88% memungkinkan rentang suhu pengoperasian -40 ° C hingga 100 ° C. Jadi solusi konverter turnkey yang kaya fitur dapat memecahkan masalah rumit desain daya dan meningkatkan stabilitas sistem perkeretaapian.