Gücü entegre etmek modül Demiryolu uygulamalarına etkili ve zahmetsiz bir şekilde dahil olmak, giderek artan sayıda güç kaynağı üreticisi için büyük bir endişe kaynağı olmuştur. Bu tür güç modülleri, belirli uygulamalara dayalı olarak sisteme veya çevresel değişikliklere uyarlanabilir olmalıdır. Bu bağlamda, ultra geniş giriş aralığı DC/DC Dönüştürücü gereksinimleri karşılayabilir ve tren kaynaklı uygulamalar için tüm nominal gerilimleri destekleyebilir. Demiryolu trafiği zorlu ortamlara maruz kaldığından DC/DC dönüştürücünün EN 50155, EN 61373 ve EN 45545-2 standartlarına göre sertifikalandırılması gerekir.
Bu uyarlanabilirliği sağlayan bir örnek, Cincon Electronics Co., Ltd.'nin EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC dönüştürücü modülüdür. Seri, 10 VDC'den 160 VDC'ye kadar hepsi bir arada ultra geniş giriş voltajlarına sahip dönüştürücüler sunar. DIN rayı seçenekleriyle şasiye montaj veya şasiye montaj. Seri, dalgalanma ile EN 50155 standardını karşılamaktadır Voltaj aralıktadır ve şekilde gösterildiği gibi 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC ve 110 VDC dağıtılmış voltajları destekler. Tablo 1.
Tablo 1: EN 50155 giriş voltajı aralığı (Kaynak: Cincon Electronics Co., Ltd.) Resmi büyütmek için tıklayın.
Neden anahtar teslimi bir çözüm
Cincon'un 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT anahtar teslim çözümü, demiryolu uygulamaları için çok işlevli güç modülünü entegre eder. (Kaynak: Cincon Electronics Co.,Ltd.) Resmi büyütmek için tıklayın.
Modern demiryolu sektöründe sistem tasarımcılarının karşılaştığı en karmaşık zorluklardan bazıları elektromanyetik girişim (EMI), gecikme süresi ve ani akım sorunlarının nasıl ele alınacağıdır. Çevre birimini bağlamak için çok zaman harcamaları gerekir devre kontrol sistemi için her devre modülüne.
Böylece anahtar teslim bir çözüm, mühendislik tasarımcılarının, güç dönüştürücü için ani akım sınırlayıcı veya gürültü filtresi gibi harici devreleri monte etmeden önce seçme zorunluluğundan kurtulmasına yardımcı olur. Bu anahtar teslimi çözüm, sistem tasarımcılarının demiryolu sistemine entegrasyonunu kolaylaştırmak için ani akım sınırlayıcı, gürültü filtresi ve durdurma devresi gibi yerleşik bileşenleri içerir. Anahtar teslimi dönüştürücü çözümünü kullanan sistem tasarımcıları, yalnızca kurulum ve elektronik aparat üzerinde sorunsuz çalışıp çalışmadığını test etmekle yetinerek görevi basitleştirir. Çözüm aynı zamanda harici bileşenlerin sayısını azaltarak malzeme listesi maliyetlerini de en aza indirir. Ayrıca anahtar teslimi dönüştürücü arızalansa bile yalnızca tek bir modülde değiştirilebilir.
Şekil 1: EC7BW18-ECRT/EDRT'nin blok şeması (Kaynak: Cincon Electronics Co., Ltd.)
EN 50155 ile uyumlu
EN 50155, demiryolu uygulamaları için demiryolu taşıtlarındaki elektronik sistemlere yönelik bir Avrupa standardıdır. Tablo 2 güç dönüştürücünün sertifikasyondan önce geçmesi gereken sıcaklık, nem, titreşim, şok ve diğer elektriksel hususlar gibi testleri gösterir. Örnek olarak EC7BW18-ECRT/EDRT Serisi, tren kaynaklı sistemin zorlu ortamında incelenmiş ve demiryolu uygulamaları için sertifikalandırılmıştır.
Tablo 2: EN 50155 testleri (Kaynak: Cincon Electronics Co., Ltd.) Resmi büyütmek için tıklayın.
Ani akım sınırlayıcı
Demiryolu uygulamalarına yönelik DC/DC dönüştürücü, kondansatör bekleme süresini korumak için giriş tarafında. Yine de kapasitörün geçici özellikleri daha yüksek ani akımlara sahip olacaktır. Bu nedenle, ön uç güç kaynağında bir voltaj düşüşüne veya ön uç güç kaynağının aşırı akım korumasına neden olması ve dönüştürücüden çıkış olmamasına neden olması durumunda ani akımın azaltılması önemlidir.
Bu sorunların üstesinden gelmek için EC7BW18-ECRT/EDRT Serisi, daha yüksek verimlilik sunan yerleşik bir aktif ani akım sınırlayıcıyı benimser. Ayrıca ortam sıcaklığından da daha az etkilenir. Aşağıdaki grafikler, iki EC36BW7-18S72-ECRT seti kullanılarak yapılan testler aracılığıyla 05 VDC'lik aynı giriş voltajıyla ani akıma ilişkin farklı verileri göstermektedir. Aktif ani akım sınırlayıcıyla ani akım 3.12 A'dır. Şekil 2, süre Şekil 3ani akım sınırlayıcı olmadan 27.6 A'dır. Giriş voltajı yükselirse ani akım daha büyük olacaktır.
Şekil 2 (solda) ani akım sınırlayıcılı ve Şekil 3 (sağda) ani akım sınırlayıcısız. CH1 giriş voltajıdır, CH2 giriş akımıdır ve CH3 çıkış voltajıdır. (Kaynak: Cincon Electronics Co., Ltd.) Resmi büyütmek için tıklayın.
Tutma devresi
Demiryolu güç sistemlerinde jeneratör, akü ve pantograf arasındaki anahtardan etkilendikleri için besleme geriliminde kısa süreli dalgalanmalar olması muhtemeldir. Durumlar kısa süreli açık devreye veya kısa devreye yol açabilir.
Gerilim beslemesi ve besleme değişimindeki kesintilere dayanan EN 50155 güç kaynağı testi, farklı performans sınıflarına ayrılmıştır:
Gerilim beslemesinde kesintiler:
- Sınıf S1: Gerilim kesintisi yok. Herhangi bir performans kriteri istenmemektedir ancak gerilim kesintisinden sonra ekipman belirtildiği şekilde çalışmaya devam edecektir.
- Sınıf S2: 10 ms'lik kesinti süresi, performans kriteri A
- Sınıf S3: 20 ms'lik kesinti süresi, performans kriteri A
Tedarik değişimi:
- Sınıf C1: 0.6 ms boyunca 100* Vin'de (kesintisiz). Performans kriteri A
- Sınıf C2: Vin'de belirtilen 30 ms'lik besleme kesintisi sırasında. Performans kriteri B
S2, S3 ve C2 gereklilikleri uyarınca DC/DC dönüştürücünün giriş tarafına bir kapasitör eklenmesi zorunludur. Kapasitans değeri aşağıdaki formülle çıkarılabilir:
Formül, aynı bekleme süresi ve daha düşük voltaj girişleri ile gereken kapasitans değerinin ne kadar büyük olduğunu ortaya koymaktadır.
EC7BW18-ECRT/EDRT, S2, S3 ve C2 gereksinimlerini karşılayan yerleşik bir tutma devresi sağlar. Aşağıdaki grafikler, durdurma devresi olan ve olmayan iki EC7BW18-72S05-ECRT seti arasındaki bekleme süresi rakamlarını göstermektedir. Her ikisi de aynı 24 VDC giriş voltajına sahiptir. Bununla birlikte, yerleşik bir durdurma devresine sahip testin bekleme süresi 13 ms'dir (Şekil 4), tutma devresi olmadan 0.88 ms ile karşılaştırıldığında (Şekil 5).
Şekil 4 (solda) bir durdurma devresiyle ve Şekil 5 (sağda) bir durdurma devresi olmadan. CH1 giriş voltajı ve CH2 çıkış voltajıdır. (Kaynak: Cincon Electronics Co., Ltd.) Resmi büyütmek için tıklayın.
Yüksek düzeyde entegre güç modülleri, EMI korumasını, ani akım sınırlayıcısını ve tutma devresini içerir. EN 50155, EN 50121-3-2 ve EN 45545-2 standardı tarafından onaylanan anahtar teslimi çözüm, demiryolu endüstrisi için çeşitli avantajlar sunmaktadır. Farklı alanlardaki her türlü voltaj parametresine uygun, 10 VDC ile 160 VDC arasında ultra geniş bir giriş voltajı aralığı sağlar. Ek olarak, raylı sistem voltaj değişkenliği daha büyük olduğundan, 16:1 giriş izolasyonlu DC/DC dönüştürücü, araç üstü ray aparatına uygulanabilir.
Bu örnek anahtar teslimi dönüştürücüde yer alan tutma devresi, giriş voltajı kaybına rağmen acil bir durumda tampon görevi görür. Ek olarak, EMI filtresi yeterli düzeyde emisyonu azaltır ve demiryolu taşıtlarında çalıştırılan hassas elektrikli ve elektronik cihazlardan kaynaklanan parazitlere karşı bağışıklığı artırır. Bu arada, %88'e varan yüksek verimlilik, -40°C ila 100°C çalışma sıcaklığı aralığına olanak sağlar. Böylece zengin özelliklere sahip bir anahtar teslimi dönüştürücü çözümü, güç tasarımındaki çetrefilli sorunu çözebilir ve demiryolu sisteminin stabilitesini artırabilir.