DC/DC конвертеры для железнодорожного транспорта

За последние несколько лет компания RECOM значительно расширила ассортимент продукции, сертифицированной по стандарту EN50155 и в настоящее время предлагает широкий спектр как AC/DC, так и DC/DC конвертеров для ЖД. С приобретением итальянской компании Power Control Systems, специализирующейся в области мощных решений, мы можем предложить и специализированные модули мощностью до 18 кВт и даже более.

На железной дороге DC/DC конвертеры используются для преобразования постоянного напряжения аккумуляторов в более низкое напряжения для различных цепей контроля и управления. В данных системах используется распределенная архитектура электропитания DC, а аккумуляторы обеспечивают работу при отключении или выходе из строя генератора.

Преобразователи должны соответствовать требованиям EN 50155, для работы в жестких условиях эксплуатации.

Основными применениями являются:

• Подвижной состав;
• Бортовые и путевые системы;
• Промышленные системы;
• Питание от высоковольтных аккумуляторов;
• Распределенные системы Электропитания.

Повышенные и пониженные температура, вибрации и механические воздействия могут приводить к серьезным неисправностям электроники. DC/DC конвертеры подвержены чрезвычайно жёстким условиям и должны работать без отказов в течение всего срока службы.

Для таких разработок инженеры выбирают DC/DC конвертеры, способные работать в данных условиях и сертифицированные для ЖД применений.

Стандарт EN50155 (Железнодорожные приложения - Электронное оборудование, используемое на подвижном составе) тщательно определяет требования к информационным системам и электронным компонентам, используемым в железнодорожном транспорте. Это также относится к DC/DC преобразователям, которые должны надежно работать в экстремальных условиях, таких как жара, холод, удары и вибрация, в течение многих лет.

EN50155 - это стандарт электронного оборудования, используемого в подвижном составе (в основном, для всех подвижных рельсовых транспортных средств, включая локомотивы, пассажирские вагоны, легко рельсовый транспорт и грузовые поезда). Он устанавливает минимальные требования к диапазону входного напряжения, прочности гальванической изоляции, рабочей температуре, ударам и вибрации, влажности и электромагнитной совместимости, а также к надежности оборудования и ожидаемому сроку службы.

Требуется, чтобы электронное оборудование, используемое на подвижном составе, имело длительный срок службы - до 20 лет, поэтому испытания должны быть особенно тщательными. Помимо испытаний при нормальной рабочей температуре, предусмотрены дополнительные испытания на термоциклирование и повышенную влажность. Этим требованиям может соответствовать только полностью залитый или герметичный DC/DC преобразователь.

В летнее время температура может достигать +60°C и более, а в зимнее, зачастую опускается до -40С и ниже для районов крайнего севера. Также установленные на подвижном составе конвертеры подвержены воздействию повышенных вибраций. Все это приводит к тому, что обычные конвертеры работают на пределе возможностей.

Новый стандарт EN50155 определяет шесть диапазонов рабочих температур и механизм тестирования, включая расширение рабочего диапазона во время запуска.

Компоненты, установленные в вагонах и локомотивах, подвергаются значительной вибрации и другим механическим нагрузкам. При маневрировании, довольно часто, уровень может достигать значений 5g. Еще более серьезной проблемой является постоянное вибрационная нагрузка во время движения, которая может вызвать механическую усталость, что в конечном счете может приводить к отказу модуля. Чтобы предотвратить такие отказы, был внедрен стандарт EN 61373, определяющий минимальную стойкость к вибрации и ударным воздействиям для источников питания, используемых в железнодорожных приложениях.

При испытании на вибрацию и ударные воздействия необходимо знать расположение оборудования - установлено ли оно в кабине водителя, внутри пассажирских вагонов или открыто на ходовой части. Поскольку DC/DC преобразователи в основном устанавливаются в локомотивах, они должны соответствовать требованиям класса 1B.

Стандарт EN 50155 дает общие рекомендации: средний уровень относительной влажность 75%, затем на период 30 дней – 95%. Для работы электронного оборудования это значит использование герметичного корпуса или покрытие лаком.

Электроника на железной дороге должна работать даже в крайне неблагоприятных условиях электромагнитных воздействий. С одной стороны, они подвержены влиянию сильных электромагнитных полей трансформаторов и электродвигателей, с другой - токосъемников.

Существует множество других дополнительных источников помех, от мобильных телефонов и ноутбуков пассажиров. Данные помехи не должны нарушать функционал приводов, блоков управления электродвигателями и дисплеев.

Для гарантии соблюдения норм, EN 50155 неоднократно ссылается на дополнительный стандарт EN 50121-3-2 «ЖД приложения – Электромагнитная Совместимость – Подвижной Состав – Аппаратура», который четко определяет пределы излучаемых и наведенных помех, а также требования в отношении устойчивости к внешним воздействиям от перенапряжений и переходных процессов. Для удовлетворения данных требований необходимо использовать ЭМС фильтр защиты DC/DC и поглощения наведенных помех.

Исторически сложилось, что на ЖД используется много уровней напряжения питания. Наиболее распространенными являются: 24, 48, 72, 96 и 110В DC.

Последняя версия стандарта EN50155 определяет семь стандартных уровней, несмотря на то, что 110В наиболее часто используется для подвижного состава ЖД, а 24 и 48В на легкорельсовых транспортных средствах, трамваях и троллейбусах.

Для соответствия данным требованиям к номинальным входным напряжениям, разработчики выбирают преобразователи с диапазоном 4:1, такие как серии RP20-FR и RP40-FR компании RECOM, поскольку они охватывают весь диапазон номинального входного напряжения только тремя различными моделями преобразователей. Сертифицированные по стандарту EN50155 DC/DC преобразователи должны выдерживать колебания входного напряжения. Серия RPxx-FR компании Recom закрывает весь диапазон от 24 до 110В всего с тремя типами преобразователей. А модули RPA100H и RPA200H всего одним типом.

Nominal Input Voltage	EN50155			RECOM RPxx-FR Serie
	Input Range	Min. Input (0,1s)	Max. Input (1s)	Input Range	Min. Input	Max. Input (1s)
24V	16.8-30V	14.4V	33.6V	9-36V	9V	50V
48V	33.6-60V	28.8V	67.2V	18-75V	18V	100V
72V	50.4-90V	43.2V	100.8V	43-160V	43V	170V
96V	67.2-120V	57.6V	134.4V	43-160V	43V	170V
110V	77-137.5V	66V	154V	43-160V	43V	170V

В стандарте EN50155 указано, что входное напряжение может изменяться в диапазоне с множителем 0,7 – 1,25 от номинального и допускается кратковременные отклонения 0,6 – 1,4. Это означается, что 48В DC/DC конвертер должен обеспечить работу в диапазоне 28,8 – 67,2В.

Ранее считалось, что преобразователи с диапазоном 4:1 достигли предела возможностей как по технике, так и по коммерческим соображениям, но все изменилось с появлением новейших DC/DC решений мощностью 100 и 200Вт компании RECOM. RPA100H и RPA200H обладают входным диапазоном 10:1 для работы со всеми распространенными номинальными напряжениями.

Для DC/DC конвертеров на ЖД часто используют форматы bricks, half-bricks и quarter-bricks. Формат brick имеет размеры 4,6x2,4x0,5 дюйма, half-brick 2,3x2,4x0,35 дюйма и quarter-brick 2,3x1,45x0,35 дюйма. Также для маломощных конвертеров используются корпуса DIP24 и «дюймовый» стандарт, размером, 1x1 и 2x1 дюйма.

Новейшие импульсные источники могут обеспечить выходную мощность 250Вт и более в корпусе quarter-bricks. Данный прогресс позволяет использовать освободившееся место в рамках такого же корпуса для дополнительного функционала.

Также стандартизируется расположение выводов, поэтому, при необходимости, разработчики могут заменить DC/DC конвертер на другую модель.

На протяжении многих лет компания RECOM расширяла номенклатуру DC/DC преобразователей для ЖД отрасли с 8Вт до 240Вт и в настоящее время может предложить самый широкий спектр конвертеров сертифицированных по стандарту EN50155.

Серия конвертеров, сертифицированных для ЖД, мощностью до 240Вт в компактных корпусах с удельной мощностью до 4,5В/см³ – одним из самых высоких показателей на рынке. Для улучшенного теплоотвода компания RECOM также выпускает серии RP20-FR 20Вт и RP40-FR 40Вт в корпусе 2”x1”. Данные стабилизированные DC/DC преобразователи с диапазоном по входу 4:1 разработаны специально для применения на ЖД. Серии RPA100H и RPA200H обеспечивают впечатляющий диапазон 10:1 для работы при номинальном напряжении от 24 до 110В.

Все серии сертифицированы по стандарту EN50155* и разработаны для работы в жестких условиях, включая подвижной состав. Поскольку модули сертифицированы по стандарту UL/cUL60950, они являются отличным выбором для промышленных и телекоммуникационных проектов. Кроме 3,3В, 5В, 12В и 15В версий доступны модели с двойным выходом ±12В и ±15В. Вход дистанционного управления может с положительной или отрицательной логикой. С КПД, достигающим 93%, охлаждения естественной конвекцией, обычно достаточно, но при необходимости модули могут быть оснащены дополнительным предустановленным радиатором. Гарантия составляет 3 года.

RSPxxx-168 представляет собой модуль защиты от перенапряжений выше 385В DC для ЖД DC/DC преобразователей.

Компания RECOM выпускает оценочную платформу для тестирования DC/DC конвертеров мощностью до 240Вт. Платы доступны в вариантах с высоким напряжением (-1) или высоким током (-2) и включают устройство защиты от перенапряжения R-REF04-RIA12.

• Входное напряжение от 9В до 160В
• Мощность от 8Вт до 240Вт
• Сертификат EN50155*
• Сертификат UL/IEC/EN60950 и CE маркировка
• Одобрение UL
• КПД до 93%
• Диапазон рабочих температур от -45°C до +97°C
• Корпуса DIP24/SMD, 1”x1”, 2”x1”, ¼-brick и ½-brick

*RP08-AW, RP12-AR, RP20-FR, RPA20-AW, RPA30-AW, RP40-FR, RP40Q-RUW, RP60Q-RUW, RPA60-FW, RP75HRW, RP90Q-RW, RP100H-RW, RP120Q-RW, RP180H-RW, RP240H-RW