Integrare il potere modulo l'integrazione efficace e senza sforzo nelle applicazioni ferroviarie è stata una grande preoccupazione per un numero crescente di produttori di alimentatori. Tali moduli di potenza dovrebbero essere adattabili al sistema o alle variazioni ambientali in base alle applicazioni specifiche. A questo proposito, un intervallo di ingresso DC/DC ultra ampio convertitore può soddisfare i requisiti e supportare tutte le tensioni nominali per le applicazioni a bordo treno. Poiché il traffico ferroviario è esposto ad ambienti difficili, il convertitore DC/DC deve essere certificato secondo gli standard EN 50155, EN 61373 e EN 45545-2.
Un esempio che fornisce questa adattabilità è il modulo convertitore DC/DC EC7BW18-ECRT/EDRT di Cincon Electronics Co., Ltd. La serie offre convertitori con tensioni di ingresso ultra-wide all-in-one da 10 VDC a 160 VDC, disponibili in montaggio su chassis o montaggio su chassis con opzioni su guida DIN. La serie soddisfa la norma EN 50155 con la fluttuazione voltaggio gamma e supporta tensioni distribuite di 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC e 110 VDC come mostrato in Tabella 1.
Tabella 1: Intervallo di tensione di ingresso EN 50155 (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Fare clic per un'immagine più grande.
Perché una soluzione chiavi in mano
La soluzione chiavi in mano EC20BW7-ECRT/EDRT da 18 W di Cincon integra il modulo di alimentazione multifunzionale per applicazioni ferroviarie. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Fare clic per ingrandire l'immagine.
Alcune delle sfide più complicate nel moderno settore ferroviario che i progettisti di sistemi devono affrontare è come gestire le interferenze elettromagnetiche (EMI), i tempi di attesa e i problemi di corrente di spunto. Devono dedicare molto tempo al collegamento della periferica circuito a ciascun modulo di circuito per il sistema di controllo.
Una soluzione chiavi in mano aiuta quindi i progettisti di ingegneria a essere liberi dalla selezione di circuiti esterni, come il limitatore di corrente di spunto o il filtro antirumore per il convertitore di potenza prima di montarli. Questa soluzione chiavi in mano include componenti integrati, come il limitatore di corrente di spunto, il filtro antirumore e il circuito di ritenuta, per facilitare l'integrazione dei progettisti nel sistema ferroviario. Utilizzando la soluzione di conversione chiavi in mano, i progettisti di sistemi semplificano l'attività, semplicemente installando e testando per vedere se può funzionare senza problemi sull'apparato elettronico. La soluzione riduce anche i costi della distinta base riducendo il numero di componenti esterni. Inoltre, anche se il convertitore chiavi in mano si guasta, può essere semplicemente sostituito in un unico modulo.
Figura 1: Schema a blocchi dell'EC7BW18-ECRT/EDRT (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Conforme a EN 50155
La EN 50155 è una norma europea per i sistemi elettronici nel materiale rotabile per applicazioni ferroviarie. Tabella 2 mostra i test come temperatura, umidità, vibrazioni, urti e altri aspetti elettrici a cui il convertitore di potenza deve essere sottoposto prima della certificazione. La serie EC7BW18-ECRT/EDRT, ad esempio, è stata esaminata in un ambiente difficile di un sistema a bordo treno e certificata per le applicazioni ferroviarie.
Tabella 2: test EN 50155 (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Fare clic per un'immagine più grande.
Limitatore di corrente di spunto
Il convertitore DC/DC per applicazioni ferroviarie richiede a condensatore sul lato di ingresso per mantenere il tempo di mantenimento. Tuttavia, le caratteristiche transitorie del condensatore avranno correnti di spunto più elevate. La mitigazione della corrente di spunto è quindi essenziale nel caso in cui causi una caduta di tensione nell'alimentatore front-end o la protezione da sovracorrente dell'alimentatore front-end, con conseguente assenza di uscita dal convertitore.
Per affrontare questi problemi, la serie EC7BW18-ECRT/EDRT adotta un limitatore di spunto attivo integrato che offre una maggiore efficienza. Inoltre è meno influenzato dalla temperatura ambiente. I grafici sottostanti indicano i diversi dati della corrente di spunto con la stessa tensione di ingresso di 36 VDC tramite test utilizzando due set dell'EC7BW18-72S05-ECRT. Con il limitatore di corrente di spunto attivo, la corrente di spunto è 3.12 A in Figure 2 mentre la lavorazione del prodotto finito avviene negli stabilimenti del nostro partner Figure 3 , senza il limitatore di corrente di spunto, è 27.6 A. Se la tensione di ingresso aumenta, la corrente di spunto sarà maggiore.
Figura 2 (a sinistra) con limitatore di corrente di spunto e Figura 3 (a destra) senza limitatore di corrente di spunto. CH1 è la tensione di ingresso, CH2 è la corrente di ingresso e CH3 è la tensione di uscita. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Fare clic per ingrandire l'immagine.
Circuito antifurto
È probabile che i sistemi di alimentazione ferroviari subiscano fluttuazioni della tensione di alimentazione per un breve periodo perché sono influenzati dall'interruttore tra il generatore, la batteria e il pantografo. Le situazioni possono portare a un circuito aperto a breve termine oa un cortocircuito.
Il test di alimentazione EN 50155, basato su interruzioni dell'alimentazione di tensione e commutazione dell'alimentazione, è classificato in diverse classi di prestazioni:
Interruzioni dell'alimentazione di tensione:
- Classe S1: Nessuna interruzione di tensione. Non è richiesto alcun criterio di prestazione, ma l'apparecchiatura deve continuare a funzionare come specificato dopo l'interruzione della tensione.
- Classe S2: tempo di interruzione di 10 ms, criterio di prestazione A
- Classe S3: tempo di interruzione di 20 ms, criterio di prestazione A
Cambio fornitura:
- Classe C1: A 0.6* Vin per 100 ms (senza interruzioni). Criterio di prestazione A
- Classe C2: Durante un'interruzione dell'alimentazione di 30 ms affermando a Vin. Criterio di prestazione B
In conformità con i requisiti di S2, S3 e C2, è essenziale aggiungere un condensatore sul lato di ingresso del convertitore CC/CC. Il valore della capacità può essere dedotto dalla formula come segue:
La formula rivela che a parità di tempo di mantenimento e minori ingressi di tensione, maggiore è il valore di capacità richiesto.
L'EC7BW18-ECRT/EDRT fornisce un circuito di mantenimento integrato che soddisfa i requisiti di S2, S3 e C2. I grafici seguenti mostrano le cifre del tempo di mantenimento tra due serie dell'EC7BW18-72S05-ECRT, con e senza circuito di mantenimento. Entrambi hanno la stessa tensione di ingresso di 24 VDC. Tuttavia, il tempo di attesa per il test con circuito di mantenimento integrato è di 13 ms (Figure 4 ), rispetto a 0.88 ms senza circuito di mantenimento (Figure 5 ).
Figura 4 (sinistra) con circuito antifurto e Figura 5 (destra) senza circuito antifurto. CH1 è la tensione di ingresso e CH2 è la tensione di uscita. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Fare clic per ingrandire l'immagine.
I moduli di alimentazione altamente integrati includono la protezione EMI, il limitatore di corrente di spunto e il circuito di mantenimento. Approvata dagli standard EN 50155, EN 50121-3-2 e EN 45545-2, una soluzione chiavi in mano offre numerosi vantaggi per l'industria ferroviaria. Fornisce un intervallo di tensione di ingresso ultra ampio da 10 V CC a 160 V CC, adatto a tutti i tipi di parametri di tensione nelle diverse aree. Inoltre, il convertitore CC/CC isolato con ingresso 16:1 è applicabile all'apparato ferroviario di bordo, poiché la variabilità della tensione del sistema ferroviario è maggiore.
Il circuito di mantenimento, incluso in questo esempio di convertitore chiavi in mano, funge da buffer durante un'emergenza nonostante una perdita di tensione di ingresso. Inoltre, il filtro EMI mitiga un livello sufficiente di emissione e aumenta l'immunità contro le interferenze di apparati elettrici ed elettronici sensibili operati sul materiale rotabile ferroviario. Nel frattempo, l'elevata efficienza fino all'88% consente un intervallo di temperatura di esercizio da -40°C a 100°C. Pertanto, una soluzione di convertitore chiavi in mano ricca di funzionalità può risolvere lo spinoso problema della progettazione dell'alimentazione e aumentare la stabilità del sistema ferroviario.