力を統合する モジュール 鉄道用途への効果的かつ容易な導入は、ますます多くの電源メーカーにとって大きな関心事となっています。 このようなパワーモジュールは、特定の用途に基づいてシステムまたは環境の変化に適応できる必要があります。 この点で、超広入力範囲の DC/DC コンバータ 要件を満たし、鉄道車両用途のすべての公称電圧をサポートできます。 鉄道交通は過酷な環境にさらされるため、DC/DC コンバータは EN 50155、EN 61373、および EN 45545-2 規格の認証を受ける必要があります。
この適応性を提供する一例は、Cincon Electronics Co., Ltd.の EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC コンバータ モジュールです。このシリーズは、10 VDC ～ 160 VDC のオールインワンの超広入力電圧を備えたコンバータを提供しており、シャーシマウント、または DIN レールオプション付きのシャーシマウント。 このシリーズは変動を伴うEN 50155規格に適合しています。 電圧 に示すように、24 VDC、36 VDC、48 VDC、72 VDC、96 VDC、および 110 VDC の分散電圧をサポートします。 テーブル1.
表 1: EN 50155 入力電圧範囲 (出典: Cincon Electronics Co., Ltd.) クリックすると拡大画像が表示されます。
ターンキー ソリューションが必要な理由
Cincon の 20 W EC7BW18-ECRT/EDRT ターンキー ソリューションは、鉄道アプリケーション向けの多機能電源モジュールを統合しています。 （出典：シンコンエレクトロニクス株式会社） クリックすると拡大画像が表示されます。
現代の鉄道分野でシステム設計者が直面する最も複雑な課題の XNUMX つは、電磁干渉 (EMI)、ホールドアップ時間、突入電流の問題にどのように対処するかです。 周辺機器の接続に多くの時間を費やさなければなりません 回路 制御系の各回路モジュールに接続します。
したがって、ターンキー ソリューションにより、エンジニアリング設計者は、電力コンバータの突入電流リミッタやノイズ フィルタなどの外部回路を実装前に選択する必要がなくなります。 このターンキー ソリューションには、突入電流リミッター、ノイズ フィルター、ホールドアップ回路などのコンポーネントが組み込まれており、システム設計者が鉄道システムに簡単に統合できるようになります。 ターンキーコンバータソリューションを使用すると、システム設計者は、電子機器にインストールしてスムーズに動作するかどうかをテストするだけで作業が簡素化されます。 このソリューションは、外部コンポーネントの数を減らすことで部品表コストも最小限に抑えます。 さらに、ターンキーコンバータが故障した場合でも、モジュールXNUMXつで交換するだけで済みます。
図 1: EC7BW18-ECRT/EDRT のブロック図 (出典: Cincon Electronics Co., Ltd.)
EN50155に準拠
EN 50155 は、鉄道用途の車両の電子システムに関する欧州規格です。 テーブル2 は、認証前にパワーコンバータが受けなければならない、温度、湿度、振動、衝撃、その他の電気的側面などのテストを示しています。 一例として、EC7BW18-ECRT/EDRT シリーズは、鉄道搭載システムの過酷な環境で試験され、鉄道用途向けに認定されています。
表 2: EN 50155 テスト (出典: Cincon Electronics Co., Ltd.) クリックすると拡大画像が表示されます。
突入電流リミッター
鉄道アプリケーション用の DC/DC コンバータには、 コンデンサ 入力側でホールドアップ時間を維持します。それでも、コンデンサの過渡特性により、突入電流が高くなります。したがって、突入電流がフロントエンド電源の電圧降下やフロントエンド電源の過電流保護を引き起こし、コンバータからの出力がなくなる場合に備えて、突入電流を軽減することが不可欠です。
これらの問題に対処するために、EC7BW18-ECRT/EDRT シリーズは、より高い効率を提供する内蔵アクティブ突入リミッタを採用しています。 周囲温度の影響も受けにくいです。 以下のグラフは、36 セットの EC7BW18-72S05-ECRT を使用したテストによる、同じ入力電圧 DC3.12 V での突入電流の異なるデータを示しています。 アクティブ突入電流リミッタを使用すると、突入電流は XNUMX A になります。 図2一方、 図3突入電流リミッタなしの場合は 27.6 A です。入力電圧が高くなると、突入電流も大きくなります。
突入電流リミッタを備えた図 2 (左) と、突入電流リミッタなしの図 3 (右)。 CH1 は入力電圧、CH2 は入力電流、CH3 は出力電圧です。 （出典：シンコンエレクトロニクス株式会社） クリックすると拡大画像が表示されます。
ホールドアップ回路
鉄道の電力システムは、発電機、蓄電池、パンタグラフ間の開閉器の影響を受けるため、短期間に供給電圧が変動する可能性があります。 このような状況では、短期間の開回路または短絡が発生する可能性があります。
EN 50155 電源テストは、電圧供給の中断と電源の切り替えに基づいており、さまざまな性能クラスに分類されます。
電圧供給の中断:
- クラス S1: 電圧遮断なし。 性能基準は要求されませんが、機器は電圧遮断後も仕様どおりに動作し続けるものとします。
- クラスS2: 中断時間10ms、性能基準A
- クラスS3: 中断時間20ms、性能基準A
供給切り替え:
- クラス C1: 0.6 ms の間 100* V で (中断なし)。 性能基準A
- クラス C2: Vin で開始される 30 ms の電源遮断中。 性能基準B
S2、S3、C2の要件に従い、DC/DCコンバータの入力側にコンデンサを追加することが必須です。 静電容量値は次の式で推定できます。
この式は、ホールドアップ時間が同じで入力電圧が低いほど、より大きな容量値が必要であることを示しています。
EC7BW18-ECRT/EDRT は、S2、S3、および C2 の要件を満たす内蔵ホールドアップ回路を提供します。 以下のグラフは、ホールドアップ回路ありとなしの 7 セットの EC18BW72-05S24-ECRT 間のホールドアップ時間の数値を示しています。 どちらも入力電圧は同じ 13 VDC です。 ただし、ホールドアップ回路内蔵試験のホールドアップ時間はXNUMXmsです（図4)、ホールドアップ回路なしの場合の 0.88 ms と比較 (図5).
図 4 (左) はホールドアップ回路あり、図 5 (右) はホールドアップ回路なし。 CH1 は入力電圧、CH2 は出力電圧です。 （出典：シンコンエレクトロニクス株式会社） クリックすると拡大画像が表示されます。
高度に統合された電源モジュールには、EMI 保護、突入電流リミッター、ホールドアップ回路が含まれています。 EN 50155、EN 50121-3-2、および EN 45545-2 規格によって承認されたターンキー ソリューションは、鉄道業界にいくつかの利点をもたらします。 10 VDC ～ 160 VDC の超広い入力電圧範囲を提供し、さまざまな領域のあらゆる種類の電圧パラメータに適しています。 また、16:1入力絶縁型DC/DCコンバータは、鉄道システムの電圧変動が大きいため、鉄道車上機器への適用が可能です。
このターンキー コンバータの例に含まれるホールドアップ回路は、入力電圧が失われたにもかかわらず、緊急時にバッファとして機能します。 さらに、EMI フィルタは十分なレベルの放射を緩和し、鉄道車両上で動作する影響を受けやすい電気および電子機器からの干渉に対する耐性を高めます。 一方、最大 88% の高い効率により、-40°C ～ 100°C の動作温度範囲が可能になります。 したがって、機能豊富なターンキーコンバータソリューションは、電源設計の厄介な問題を解決し、鉄道システムの安定性を高めることができます。