Tích hợp sức mạnh mô-đun các ứng dụng đường sắt một cách hiệu quả và dễ dàng đang là mối quan tâm lớn đối với ngày càng nhiều nhà sản xuất bộ nguồn. Các mô-đun nguồn như vậy phải có khả năng thích ứng với các biến thể của hệ thống hoặc môi trường dựa trên các ứng dụng cụ thể. Về vấn đề này, phạm vi đầu vào DC/DC cực rộng chuyển đổi có thể đáp ứng các yêu cầu và hỗ trợ tất cả các điện áp danh định cho các ứng dụng chạy tàu. Vì giao thông đường sắt tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, bộ chuyển đổi DC / DC phải được chứng nhận theo các tiêu chuẩn EN 50155, EN 61373 và EN 45545-2.
Một ví dụ cung cấp khả năng thích ứng này là mô-đun bộ chuyển đổi DC / DC EC7BW18-ECRT / EDRT của Cincon Electronics Co., Ltd. khung gắn hoặc khung gắn với các tùy chọn DIN-rail. Sê-ri đáp ứng tiêu chuẩn EN 10 với sự dao động Vôn phạm vi và hỗ trợ điện áp phân phối 24 VDC, 36 VDC, 48 VDC, 72 VDC, 96 VDC và 110 VDC như được hiển thị trong Bảng 1.
Bảng 1: Dải điện áp đầu vào EN 50155 (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.) Bấm vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Tại sao lại là giải pháp chìa khóa trao tay
Giải pháp chìa khóa trao tay 20-W EC7BW18-ECRT / EDRT của Cincon tích hợp mô-đun nguồn đa chức năng cho các ứng dụng đường sắt. (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.) Bấm vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Một số thách thức phức tạp nhất trong lĩnh vực đường sắt hiện đại mà các nhà thiết kế hệ thống phải đối mặt là làm thế nào để xử lý nhiễu điện từ (EMI), thời gian chờ và các vấn đề hiện tại. Họ phải dành nhiều thời gian cho việc kết nối thiết bị ngoại vi mạch đến từng mô-đun mạch cho hệ thống điều khiển.
Do đó, giải pháp chìa khóa trao tay giúp các nhà thiết kế kỹ thuật không phải lựa chọn các mạch bên ngoài, chẳng hạn như bộ giới hạn dòng khởi động hoặc bộ lọc nhiễu cho bộ chuyển đổi điện trước khi lắp chúng. Giải pháp chìa khóa trao tay này bao gồm các thành phần tích hợp, chẳng hạn như bộ giới hạn dòng khởi động, bộ lọc tiếng ồn và mạch giữ, để giúp các nhà thiết kế hệ thống tích hợp vào hệ thống đường sắt dễ dàng hơn. Sử dụng giải pháp chuyển đổi chìa khóa trao tay, các nhà thiết kế hệ thống đơn giản hóa công việc bằng cách chỉ cần cài đặt và kiểm tra xem nó có thể hoạt động trơn tru trên bộ máy điện tử hay không. Giải pháp này cũng giảm thiểu chi phí nguyên vật liệu bằng cách giảm số lượng các thành phần bên ngoài. Ngoài ra, ngay cả khi bộ chuyển đổi chìa khóa trao tay bị lỗi, nó có thể được thay thế trong một mô-đun.
Hình 1: Sơ đồ khối của EC7BW18-ECRT / EDRT (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.)
Tuân thủ EN 50155
EN 50155 là tiêu chuẩn Châu Âu về hệ thống điện tử trong toa xe cho các ứng dụng đường sắt. Bảng 2 cho thấy các thử nghiệm như nhiệt độ, độ ẩm, rung, sốc và các khía cạnh điện khác mà bộ chuyển đổi điện phải trải qua trước khi chứng nhận. Ví dụ như Sê-ri EC7BW18-ECRT / EDRT đã được kiểm tra trong môi trường khắc nghiệt của hệ thống chạy bằng tàu hỏa và được chứng nhận cho các ứng dụng đường sắt.
Bảng 2: Các thử nghiệm EN 50155 (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.) Bấm vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Bộ giới hạn dòng khởi động
Bộ chuyển đổi DC/DC cho các ứng dụng đường sắt yêu cầu một tụ ở phía đầu vào để duy trì thời gian giữ. Tuy nhiên, đặc tính nhất thời của tụ điện sẽ có dòng điện khởi động cao hơn. Do đó, việc giảm thiểu dòng điện khởi động là điều cần thiết trong trường hợp nó gây sụt áp trong nguồn điện phía trước hoặc bảo vệ quá dòng của nguồn điện phía trước, dẫn đến không có đầu ra từ bộ chuyển đổi.
Để giải quyết những vấn đề này, Dòng EC7BW18-ECRT / EDRT sử dụng bộ hạn chế khởi động tích cực tích hợp mang lại hiệu quả cao hơn. Nó cũng ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh. Các biểu đồ dưới đây cho biết các dữ liệu khác nhau của dòng khởi động với cùng một điện áp đầu vào 36 VDC thông qua các thử nghiệm sử dụng hai bộ EC7BW18-72S05-ECRT. Với bộ giới hạn dòng khởi động hoạt động, dòng khởi động là 3.12 A in Hình 2, trong khi Hình 3, không có bộ giới hạn dòng khởi động, là 27.6 A. Nếu điện áp đầu vào trở nên cao hơn, dòng khởi động sẽ lớn hơn.
Hình 2 (bên trái) với bộ hạn chế dòng khởi động và Hình 3 (bên phải) không có bộ hạn chế dòng khởi động. CH1 là điện áp đầu vào, CH2 là dòng điện đầu vào và CH3 là điện áp đầu ra. (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.) Bấm vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Giữ mạch
Hệ thống điện đường sắt có thể có sự dao động của điện áp cung cấp trong một thời gian ngắn do chúng bị tác động bởi công tắc chuyển đổi giữa máy phát điện, ắc quy và tủ điện. Các tình huống có thể dẫn đến hiện tượng hở mạch ngắn hạn hoặc đoản mạch.
Thử nghiệm nguồn điện EN 50155, dựa trên sự gián đoạn của nguồn điện áp và sự thay đổi nguồn cung cấp, được phân loại thành các cấp hiệu suất khác nhau:
Gián đoạn cung cấp điện áp:
- Lớp S1: Không bị gián đoạn điện áp. Không yêu cầu tiêu chí hoạt động nhưng thiết bị phải tiếp tục hoạt động như quy định sau khi ngắt điện áp.
- Lớp S2: Thời gian gián đoạn 10 ms, tiêu chí hiệu suất A
- Lớp S3: Thời gian gián đoạn 20 ms, tiêu chí hiệu suất A
Thay đổi nguồn cung cấp:
- Lớp C1: Ở 0.6 * Vin trong 100 ms (không bị gián đoạn). Tiêu chí hoạt động A
- Lớp C2: Trong thời gian ngắt cung cấp 30 ms ghi ở Vin. Tiêu chí hoạt động B
Phù hợp với các yêu cầu của S2, S3 và C2, điều cần thiết là phải thêm một tụ điện ở phía đầu vào của bộ chuyển đổi DC / DC. Giá trị điện dung có thể được suy ra theo công thức như sau:
Công thức cho thấy rằng với cùng thời gian giữ và đầu vào điện áp thấp hơn, giá trị điện dung yêu cầu càng lớn.
EC7BW18-ECRT / EDRT cung cấp mạch lưu trữ tích hợp đáp ứng các yêu cầu của S2, S3 và C2. Biểu đồ bên dưới hiển thị số liệu thời gian giữ giữa hai bộ EC7BW18-72S05-ECRT, có và không có mạch giữ. Cả hai đều có cùng điện áp đầu vào là 24 VDC. Tuy nhiên, thời gian giữ cho thử nghiệm với mạch giữ máy tích hợp là 13 ms (Hình 4), so với 0.88 ms không có mạch giữ (Hình 5).
Hình 4 (trái) có mạch giữ và Hình 5 (phải) không có mạch giữ. CH1 là điện áp đầu vào và CH2 là điện áp đầu ra. (Nguồn: Cincon Electronics Co., Ltd.) Bấm vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Các mô-đun nguồn được tích hợp cao bao gồm bảo vệ EMI, bộ giới hạn dòng khởi động và mạch giữ. Được phê duyệt bởi tiêu chuẩn EN 50155, EN 50121-3-2 và EN 45545-2, giải pháp chìa khóa trao tay mang lại một số lợi thế cho ngành đường sắt. Nó cung cấp dải điện áp đầu vào cực rộng từ 10 VDC đến 160 VDC, phù hợp với tất cả các loại thông số điện áp trên các khu vực khác nhau. Ngoài ra, bộ chuyển đổi DC / DC cách ly đầu vào 16: 1 có thể áp dụng cho thiết bị ray trên bo mạch, vì độ biến thiên điện áp của hệ thống ray lớn hơn.
Mạch giữ máy, bao gồm trong bộ chuyển đổi chìa khóa trao tay ví dụ này, hoạt động như một bộ đệm trong trường hợp khẩn cấp mặc dù mất điện áp đầu vào. Ngoài ra, bộ lọc EMI giảm thiểu mức phát xạ đủ và tăng khả năng miễn nhiễm chống nhiễu từ các thiết bị điện và điện tử nhạy cảm được vận hành trên đầu máy toa xe. Trong khi đó, hiệu suất cao lên đến 88% cho phép phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40 ° C đến 100 ° C. Do đó, một giải pháp chuyển đổi chìa khóa trao tay giàu tính năng có thể giải quyết vấn đề hóc búa về thiết kế nguồn điện và tăng tính ổn định của hệ thống đường sắt.