L'integrazione risolve le sfide di progettazione dell'alimentazione nell'industria ferroviaria

Aggiornamento: 13 agosto 2021

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.