集成解决了铁路行业的电源设计挑战

将功率模块有效且轻松地集成到铁路应用中已成为越来越多的电源制造商非常关心的问题。这种电源模块应该能够适应基于特定应用的系统或环境变化。在这方面，超宽输入范围的 DC/DC 转换器可以满足车载应用的要求并支持所有标称电压。由于轨道交通暴露在恶劣的环境中，DC/DC 转换器应通过 EN 50155、EN 61373 和 EN 45545-2 标准的认证。

提供这种适应性的一个例子是 Cincon Electronics Co., Ltd. 的EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC 转换器模块。该系列提供的转换器具有 10 VDC 至 160 VDC 的一体化超宽输入电压，可用于底盘安装或带有 DIN 导轨选项的底盘安装。该系列符合 EN 50155 标准的波动电压范围，支持 24 VDC、36 VDC、48 VDC、72 VDC、96 VDC 和 110 VDC 的分布式电压，如表 1所示。

表 1：EN 50155 输入电压范围（来源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

为什么选择交钥匙解决方案

Cincon 的 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT 交钥匙解决方案集成了适用于铁路应用的多功能电源模块。（来源：Cincon Electronics Co.,Ltd.） 。

系统设计人员在现代铁路部门面临的一些最复杂的挑战是如何处理电磁干扰 (EMI)、保持时间和浪涌电流问题。他们必须花费大量时间将外围电路连接到控制系统的每个电路模块。

因此，交钥匙解决方案可帮助工程设计人员在安装之前无需选择外部电路，例如电源转换器的浪涌电流限制器或噪声滤波器。该交钥匙解决方案包括内置组件，例如浪涌电流限制器、噪声滤波器和保持电路，使系统设计人员更容易集成到铁路系统中。使用交钥匙转换器解决方案，系统设计人员只需在电子设备上进行安装和测试以查看它是否可以顺利工作，从而简化任务。该解决方案还通过减少外部组件的数量来最大限度地降低物料清单成本。此外，即使交钥匙转换器出现故障，也可以在一个模块中进行更换。

图 1：EC7BW18-ECRT/EDRT 框图（来源：Cincon Electronics Co., Ltd.）

符合 EN 50155

EN 50155 是用于铁路应用的机车车辆电子系统的欧洲标准。表 2显示了电源转换器在认证前必须经过的温度、湿度、振动、冲击和其他电气方面的测试。以 EC7BW18-ECRT/EDRT 系列为例，已经在恶劣的车载系统环境中进行了测试，并通过了铁路应用的认证。

表 2：EN 50155 测试（来源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

浪涌电流限制器

用于铁路应用的 DC/DC 转换器需要在输入侧使用电容器来维持保持时间。尽管如此，电容器的瞬态特性将具有更高的浪涌电流。因此，减轻浪涌电流至关重要，以防它导致前端电源电压下降或前端电源过流保护，导致转换器无输出。

为了解决这些问题，EC7BW18-ECRT/EDRT 系列采用内置有源浪涌限制器，可提供更高的效率。它也较少受环境温度的影响。下图为使用两组 EC7BW18-72S05-ECRT 测试在相同输入电压 36 VDC 下的不同浪涌电流数据。使用有源浪涌电流限制器，图 2中的浪涌电流为 3.12 A ，而图 3中，未使用浪涌电流限制器时，浪涌电流为 27.6 A。如果输入电压变得更高，则浪涌电流会更大。

图 2（左）带有浪涌电流限制器，图 3（右）没有浪涌电流限制器。CH1 为输入电压，CH2 为输入电流，CH3 为输出电压。（来源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

保持电路

铁路电力系统由于受到发电机、电池、受电弓之间切换的影响，很可能会出现供电电压短时间的波动。这种情况可能导致短期开路或短路。

EN 50155 电源测试基于电压供应中断和电源转换，分为不同的性能等级：

供电中断：

S1 类：无电压中断。没有要求性能标准，但设备应在电压中断后继续按规定运行。

S2 级：中断时间为 10 毫秒，性能标准 A

S3 级：中断时间为 20 毫秒，性能标准 A

供应转换：

C1 类：在 100 毫秒内以 0.6* Vin（无中断）。性能标准 A

C2 类：在输入电压为 30 毫秒的电源中断期间。性能标准 B

根据 S2、S3 和 C2 的要求，必须在 DC/DC 转换器的输入侧增加一个电容器。电容值可由下式推导：

该公式表明，在相同的保持时间和较低的电压输入下，所需的电容值越大。

EC7BW18-ECRT/EDRT 提供了满足 S2、S3 和 C2 要求的内置保持电路。下图显示了两组 EC7BW18-72S05-ECRT 之间的保持时间数据，有和没有保持电路。它们都具有相同的 24 VDC 输入电压。然而，使用内置保持电路的测试保持时间为 13 ms（图 4），而没有保持电路的测试保持时间为 0.88 ms（图 5）。

图 4（左）有保持电路，图 5（右）没有保持电路。CH1 是输入电压，CH2 是输出电压。（来源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

高度集成的电源模块包括 EMI 保护、浪涌电流限制器和保持电路。通过 EN 50155、EN 50121-3-2 和 EN 45545-2 标准的批准，交钥匙解决方案为铁路行业提供了多项优势。它提供10 VDC至160 VDC的超宽输入电压范围，适用于不同地区的各种电压参数。此外，16:1输入隔离DC/DC转换器适用于车载轨道设备，因为轨道系统电压变化较大。

本示例交钥匙转换器中包含的保持电路可在紧急情况下充当缓冲器，尽管输入电压丢失。此外，EMI 滤波器可减轻足够的辐射水平，并提高对铁路机车车辆上运行的易受影响的电气和电子设备的干扰的抗扰度。同时，高达 88% 的高效率可实现 -40°C 至 100°C 的工作温度范围。因此，功能丰富的交钥匙转换器解决方案可以解决电源设计的棘手问题并提高铁路系统的稳定性。

审核编辑 黄昊宇