Het integreren van de kracht module effectief en moeiteloos in spoorwegtoepassingen te integreren is een grote zorg voor een toenemend aantal fabrikanten van stroomvoorzieningen. Dergelijke voedingsmodules moeten aanpasbaar zijn aan het systeem of de omgevingsvariaties op basis van de specifieke toepassingen. In dit opzicht een ultrabreed ingangsbereik DC/DC omvormer kan aan de eisen voldoen en ondersteunt alle nominale spanningen voor treingebonden toepassingen. Aangezien het treinverkeer wordt blootgesteld aan ruwe omgevingen, moet de DC/DC-omvormer gecertificeerd zijn volgens de normen EN 50155, EN 61373 en EN 45545-2.
Een voorbeeld dat deze aanpasbaarheid biedt, is de EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC-convertermodule van Cincon Electronics Co., Ltd. De serie biedt converters met alles-in-één ultrabrede ingangsspanningen van 10 VDC tot 160 VDC, verkrijgbaar in chassismontage of chassismontage met DIN-railopties. De serie voldoet aan de EN 50155-norm met de fluctuatie spanning bereik en ondersteunt gedistribueerde spanningen van 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC en 110 VDC zoals weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1: EN 50155 ingangsspanningsbereik (Bron: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik voor een grotere afbeelding.
Waarom een kant-en-klare oplossing?
Cincon's 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT kant-en-klare oplossing integreert de multifunctionele voedingsmodule voor spoorwegtoepassingen. (Bron: Cincon Electronics Co.,Ltd.) Klik voor een grotere afbeelding.
Enkele van de meest gecompliceerde uitdagingen in de moderne spoorwegsector waarmee systeemontwerpers worden geconfronteerd, zijn hoe om te gaan met elektromagnetische interferentie (EMI), wachttijd en inschakelstroomproblemen. Ze moeten veel tijd besteden aan het aansluiten van de randapparatuur circuit aan elke circuitmodule voor het besturingssysteem.
Een kant-en-klare oplossing helpt technische ontwerpers dus om geen externe circuits te selecteren, zoals de inschakelstroombegrenzer of ruisfilter voor de stroomomvormer voordat ze worden gemonteerd. Deze kant-en-klare oplossing bevat ingebouwde componenten, zoals de inschakelstroombegrenzer, ruisfilter en hold-up circuit, om het voor systeemontwerpers gemakkelijker te maken om te integreren in het spoorwegsysteem. Met behulp van de kant-en-klare converteroplossing vereenvoudigen systeemontwerpers de taak door alleen te hoeven installeren en testen om te zien of het soepel kan werken op het elektronische apparaat. De oplossing minimaliseert ook de stuklijstkosten door het aantal externe componenten te verminderen. Bovendien, zelfs als de kant-en-klare converter uitvalt, kan deze gewoon in één module worden vervangen.
Afbeelding 1: Blokschema van de EC7BW18-ECRT/EDRT (Bron: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Voldoet aan EN 50155
EN 50155 is een Europese norm voor elektronische systemen in rollend materieel voor spoorwegtoepassingen. Tabel 2 toont de tests zoals temperatuur, vochtigheid, trillingen, schokken en andere elektrische aspecten die de omvormer moet ondergaan voordat hij wordt gecertificeerd. De EC7BW18-ECRT/EDRT-serie is bijvoorbeeld onderzocht in een ruwe omgeving van een treingedragen systeem en gecertificeerd voor spoorwegtoepassingen.
Tabel 2: EN 50155-tests (Bron: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik voor een grotere afbeelding.
Inschakelstroombegrenzer
De DC/DC-converter voor spoorwegtoepassingen vereist een condensator aan de invoerzijde om de hold-up-tijd te behouden. Toch zullen de transiënte kenmerken van de condensator hogere inschakelstromen hebben. Het beperken van de inschakelstroom is dus essentieel als deze een spanningsval in de front-end-voeding of de overstroombeveiliging van de front-end-voeding veroorzaakt, waardoor er geen output van de converter ontstaat.
Om deze problemen aan te pakken, gebruikt de EC7BW18-ECRT/EDRT-serie een ingebouwde actieve inschakelbegrenzer die een hogere efficiëntie biedt. Het wordt ook minder beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Onderstaande grafieken geven de verschillende gegevens weer van de inschakelstroom bij dezelfde ingangsspanning van 36 VDC via tests met twee sets van de EC7BW18-72S05-ECRT. Met de actieve inschakelstroombegrenzer is de inschakelstroom 3.12 A in Figuur 2terwijl Figuur 3, zonder de inschakelstroombegrenzer, is 27.6 A. Als de ingangsspanning hoger wordt, zal de inschakelstroom groter zijn.
Afbeelding 2 (links) met inschakelstroombegrenzer en Afbeelding 3 (rechts) zonder inschakelstroombegrenzer. CH1 is de ingangsspanning, CH2 is de ingangsstroom en CH3 is de uitgangsspanning. (Bron: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik voor een grotere afbeelding.
Overvalcircuit
Spoorwegvoedingssystemen zullen waarschijnlijk gedurende een korte periode fluctuaties van de voedingsspanning hebben omdat ze worden beïnvloed door de omschakeling tussen de generator, batterij en stroomafnemer. De situaties kunnen leiden tot een kortstondig open circuit of kortsluiting.
De EN 50155 voedingstest, gebaseerd op onderbrekingen van de voedingsspanning en voedingsomschakeling, is ingedeeld in verschillende prestatieklassen:
Onderbrekingen van de voedingsspanning:
- Klasse S1: Geen spanningsonderbreking. Er wordt geen prestatiecriterium gevraagd, maar de apparatuur blijft werken zoals gespecificeerd na de spanningsonderbreking.
- Klasse S2: Onderbrekingstijd van 10 ms, prestatiecriterium A
- Klasse S3: Onderbrekingstijd van 20 ms, prestatiecriterium A
Omschakeling aanbod:
- Klasse C1: bij 0.6* Vin gedurende 100 ms (zonder onderbrekingen). Prestatiecriterium A
- Klasse C2: Tijdens een toevoeronderbreking van 30 ms met vermelding bij Vin. Prestatiecriterium B
In overeenstemming met de vereisten van S2, S3 en C2 is het essentieel om een condensator toe te voegen aan de ingangszijde van de DC/DC-omzetter. De capaciteitswaarde kan als volgt worden afgeleid door de formule:
De formule laat zien dat met dezelfde wachttijd en de lagere spanningsingangen, hoe groter de vereiste capaciteitswaarde.
De EC7BW18-ECRT/EDRT biedt een ingebouwd overvalcircuit dat voldoet aan de vereisten van S2, S3 en C2. Onderstaande grafieken tonen de wachttijden tussen twee sets van de EC7BW18-72S05-ECRT, met en zonder overvalschakeling. Ze hebben allebei dezelfde ingangsspanning van 24 VDC. De wachttijd voor de test met een ingebouwde overvalschakeling is echter 13 ms (Figuur 4), vergeleken met 0.88 ms zonder overvalcircuit (Figuur 5).
Figuur 4 (links) met een hold-up circuit en figuur 5 (rechts) zonder een hold-up circuit. CH1 is de ingangsspanning en CH2 is de uitgangsspanning. (Bron: Cincon Electronics Co., Ltd.) Klik voor een grotere afbeelding.
Sterk geïntegreerde voedingsmodules omvatten de EMI-beveiliging, inschakelstroombegrenzer en hold-up-circuit. Goedgekeurd door de norm EN 50155, EN 50121-3-2 en EN 45545-2, biedt een kant-en-klare oplossing verschillende voordelen voor de spoorwegindustrie. Het biedt een ultrabreed ingangsspanningsbereik van 10 VDC tot 160 VDC, geschikt voor allerlei spanningsparameters in de verschillende gebieden. Bovendien is de 16:1 geïsoleerde DC/DC-omzetter met ingang van toepassing op de treinapparatuur aan boord, aangezien de spanningsvariabiliteit van het railsysteem groter is.
Het hold-up circuit, opgenomen in dit voorbeeld turnkey converter, fungeert als buffer tijdens een noodgeval ondanks een verlies van ingangsspanning. Bovendien vermindert het EMI-filter een voldoende emissieniveau en verhoogt het de immuniteit tegen interferentie van gevoelige elektrische en elektronische apparaten die op het rollend spoorwegmaterieel worden gebruikt. Ondertussen maakt het hoge rendement tot 88% een bedrijfstemperatuurbereik van -40°C tot 100°C mogelijk. Dus een kant-en-klare converteroplossing met veel functies kan het netelige probleem van stroomontwerp oplossen en de stabiliteit van het spoorwegsysteem vergroten.