Integrando o poder módulo de forma eficaz e sem esforço em aplicações ferroviárias tem sido uma grande preocupação para um número crescente de fabricantes de fontes de alimentação. Tais módulos de potência devem ser adaptáveis ao sistema ou às variações ambientais com base nas aplicações específicas. A este respeito, uma faixa de entrada DC/DC ultra-ampla conversor pode satisfazer os requisitos e suportar todas as tensões nominais para aplicações em trens. Como o tráfego ferroviário está exposto a ambientes hostis, o conversor DC / DC deve ser certificado para os padrões EN 50155, EN 61373 e EN 45545-2.
Um exemplo que fornece essa adaptabilidade é o módulo conversor CC / CC EC7BW18-ECRT / EDRT da Cincon Electronics Co., Ltd. A série oferece conversores com tensões de entrada ultralargas tudo-em-um de 10 VCC a 160 VCC, disponível em montagem em chassi ou montagem em chassi com opções de trilho DIN. A série atende ao padrão EN 50155 com a flutuação Voltagem faixa e suporta tensões distribuídas de 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC e 110 VDC, conforme mostrado em tabela 1.
Tabela 1: Faixa de tensão de entrada EN 50155 (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Clique para ampliar a imagem.
Por que uma solução pronta para uso
A solução turnkey 20-W EC7BW18-ECRT / EDRT da Cincon integra o módulo de energia multifuncional para aplicações ferroviárias. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Clique para ampliar a imagem.
Alguns dos desafios mais complicados que os projetistas de sistemas enfrentam no setor ferroviário moderno é como lidar com a interferência eletromagnética (EMI), o tempo de espera e os problemas de corrente de pico. Eles devem gastar muito tempo conectando o periférico o circuito para cada módulo de circuito para o sistema de controle.
Uma solução pronta para uso ajuda os projetistas de engenharia a se livrar da seleção de circuitos externos, como o limitador de corrente de inrush ou filtro de ruído para o conversor de energia antes de montá-los. Essa solução pronta para uso inclui componentes integrados, como o limitador de corrente de inrush, filtro de ruído e circuito de hold-up, para facilitar a integração dos projetistas de sistemas ao sistema ferroviário. Usando a solução de conversão pronta para uso, os projetistas de sistema simplificam a tarefa, precisando apenas instalar e testar para ver se funciona perfeitamente no aparelho eletrônico. A solução também minimiza os custos de lista de materiais, reduzindo o número de componentes externos. Além disso, mesmo se o conversor pronto para uso falhar, ele pode ser substituído apenas em um módulo.
Figura 1: Diagrama de blocos do EC7BW18-ECRT / EDRT (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Compatível com EN 50155
EN 50155 é uma norma europeia para sistemas eletrônicos em material circulante para aplicações ferroviárias. tabela 2 mostra os testes como temperatura, umidade, vibração, choque e outros aspectos elétricos pelos quais o conversor de energia deve ser submetido antes da certificação. A série EC7BW18-ECRT / EDRT, por exemplo, foi examinada em um ambiente hostil de um sistema ferroviário e certificada para aplicações ferroviárias.
Tabela 2: Testes EN 50155 (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Clique para ampliar a imagem.
Limitador de corrente de pico
O conversor DC/DC para aplicações ferroviárias requer um capacitor no lado de entrada para manter o tempo de espera. Ainda assim, as características transitórias do capacitor terão correntes de irrupção mais altas. Mitigar a corrente de inrush é, portanto, essencial no caso de causar uma queda de tensão na fonte de alimentação frontal ou na proteção contra sobrecorrente da fonte de alimentação frontal, resultando em nenhuma saída do conversor.
Para resolver esses problemas, a série EC7BW18-ECRT / EDRT adota um limitador de inrush ativo integrado que oferece maior eficiência. Também é menos influenciado pela temperatura ambiente. Os gráficos abaixo indicam os diferentes dados da corrente de inrush com a mesma tensão de entrada de 36 VCC por meio de testes usando dois conjuntos do EC7BW18-72S05-ECRT. Com o limitador de corrente de inrush ativo, a corrente de inrush é 3.12 A em Figura 2, enquanto Figura 3, sem o limitador de corrente de inrush, é 27.6 A. Se a tensão de entrada ficar mais alta, a corrente de inrush será maior.
Figura 2 (esquerda) com um limitador de corrente de inrush e Figura 3 (direita) sem um limitador de corrente de inrush. CH1 é a tensão de entrada, CH2 é a corrente de entrada e CH3 é a tensão de saída. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Clique para ampliar a imagem.
Circuito de hold-up
É provável que os sistemas de energia ferroviária apresentem flutuações da tensão de alimentação por um curto período porque sofrem o impacto da troca entre o gerador, a bateria e o pantógrafo. As situações podem levar a um curto-circuito ou circuito aberto de curto prazo.
O teste de fornecimento de energia EN 50155, baseado em interrupções de fornecimento de tensão e mudança de fornecimento, é classificado em diferentes classes de desempenho:
Interrupções de alimentação de tensão:
- Classe S1: Sem interrupção de tensão. Nenhum critério de desempenho é solicitado, mas o equipamento deve continuar a operar conforme especificado após a interrupção da tensão.
- Classe S2: Tempo de interrupção de 10 ms, critério de desempenho A
- Classe S3: Tempo de interrupção de 20 ms, critério de desempenho A
Mudança de abastecimento:
- Classe C1: em 0.6 * Vin durante 100 ms (sem interrupções). Critério de desempenho A
- Classe C2: Durante uma interrupção no fornecimento de 30 ms, declarando em Vin. Critério de desempenho B
De acordo com os requisitos de S2, S3 e C2, é essencial adicionar um capacitor no lado de entrada do conversor CC / CC. O valor da capacitância pode ser deduzido pela fórmula da seguinte forma:
A fórmula revela que, com o mesmo tempo de espera e as entradas de tensão mais baixas, maior será o valor de capacitância necessário.
O EC7BW18-ECRT / EDRT fornece um circuito de retenção integrado que atende aos requisitos de S2, S3 e C2. Os gráficos abaixo mostram os valores do tempo de espera entre dois conjuntos do EC7BW18-72S05-ECRT, com e sem um circuito de espera. Ambos têm a mesma tensão de entrada de 24 VCC. No entanto, o tempo de espera para o teste com um circuito de espera integrado é de 13 ms (Figura 4), em comparação com 0.88 ms sem um circuito de hold-up (Figura 5).
Figura 4 (esquerda) com um circuito de hold-up e Figura 5 (direita) sem um circuito de hold-up. CH1 é a tensão de entrada e CH2 é a tensão de saída. (Fonte: Cincon Electronics Co., Ltd.) Clique para ampliar a imagem.
Módulos de energia altamente integrados incluem a proteção EMI, limitador de corrente de inrush e circuito de hold-up. Aprovada pelas normas EN 50155, EN 50121-3-2 e EN 45545-2, uma solução pronta para uso oferece várias vantagens para a indústria ferroviária. Ele fornece uma faixa de tensão de entrada ultra-ampla de 10 VCC a 160 VCC, adequada para todos os tipos de parâmetros de tensão nas diferentes áreas. Além disso, o conversor DC / DC isolado de entrada 16: 1 é aplicável ao aparelho de trilhos de bordo, uma vez que a variabilidade da tensão do sistema de trilhos é maior.
O circuito hold-up, incluído neste conversor turnkey de exemplo, atua como um buffer durante uma emergência, apesar de uma perda de tensão de entrada. Além disso, o filtro EMI atenua um nível suficiente de emissão e aumenta a imunidade contra interferências de aparelhos elétricos e eletrônicos suscetíveis operados no material rodante da ferrovia. Enquanto isso, a alta eficiência de até 88% permite uma faixa de temperatura operacional de -40 ° C a 100 ° C. Assim, uma solução de conversor turnkey rica em recursos pode resolver o espinhoso problema do projeto de energia e aumentar a estabilidade do sistema ferroviário.