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符合国际铁路电源标准之VICOR电源

发布时间:2009-07-21 01:07:38        

国际铁路电源标准

铁路上应用的电器和电子设备,在国际上都有非常严格的规管。在欧洲,最常用的是 IEC571 "铁路车辆上电子设备" 标准。现时称为 EN50155 – "机车车辆用的电子设备" 标准;而在英国,则需用 RIA12。这两个标准在很多方面很相似的,而 RIA12 标准要求有专门对抗浪涌的能力。它们规范的范围包括:

输入电压范围

标称输入电压 输入范围 瞬变
(VN 0.7(VN) – 1.25(VN 下限(0.1s) 0.6(VN 上限(1s) 1.4(VN
24V 17 – 30V 14V 34V
36V 25 – 45V 22V 61V
48V 34 – 60V 29V 67V
72V 50 – 90V 43V 101V
96V 67 – 120V 58V 135V
110V 77 – 137V 66V 154V

电源中断及更替过程
–  输入电压中断在 10ms 内不应造成设备故障(级别 S2)
–  设备应要在电源更替过程中断 30ms 内满意地运作(级别 S4)

操作温度范围

操作温度级别 车厢室内温度 车厢室内过温
(10 分钟)
电路板环境温度
T1 -25 / +55°C +15°C -25 / +70°C
T2 -40 / +55°C +15°C -40 / +70°C
T3 -25 / +70°C +15°C -25 / +85°C
TX -40 / +70°C +15°C -40 / +85°C

冲击及震动 – EN 50155,IEC 571

频率范围: 5 至 150Hz
交岔频率: 8.2Hz
位移幅度: 7.5mm(小于交岔频率)
加速度: 20m/s2
冲击: 50m/s2 半正弦波,50ms

瞬变及浪涌
RIA 12 规定设备必须能承受大于正常电压 3.5 倍的过压浪涌,浪涌持续时间标明是 20ms,源阻抗是 0.2 ohm
标出过压浪涌是正常输入电压之 3.5 倍,每个输入电压的最大输入浪涌是:

                  VN                     3.5(VN)
                  ——————————
                  24V                   84V
                  36V                   126V
                  48V                   168V
                  72V                   252V
                  96V                   336V
                  110V                 385V


铁标与欧盟标准的比较


表(1):主要的电气标准
欧盟标准 EN 或 IEC 对应的中国铁标 TB/T
EN50155 / IEC60571:1998 TB/T3021-2001 铁道机车车辆电子装置
EN50155:2001 / IEC61373:1999 TB/T3058-2002 铁路应用 - 机车车辆设备、冲击和振动试験(与 IEC61373:1999 相同)
EN50121-3-2:2000 TB/T3034-2002 机车车辆电气设备电磁兼容性、试験及其限值
注:TB/T 通常依据 EN/IEC 标准或把部份标准与 TB/T 整合
表(2):其它 TB/T 标准
TB/T 3035-2002 列车通信网络(参考 IEC 60375:1999 及 IEEE 1473:1999)
TB/T 3063-2002 旅客列车DC600V供电系统技朮条件
TB/T 3062-2002 铁道客车通信连接器技朮条件
TB/T 3052-2002 列车无线调度通信系统制式及主要技朮条件

Vicor 针对铁路应用中的能力:EN50155:2001 中对环境(EN50125-1)及 振动/冲击(EN61373)的满足


由于在铁路运输系统里的工作环境及由蓄电池供电是比较特殊的,Vicor 能提供 24Vdc、48Vdc、72Vdc、96Vdc 及 100Vdc 输入范围的标准 DC-DC 转换器模块配合不同蓄电池供电的铁路系统。另外,铁路应用的环境可以是十分恶劣的,因此 Vicor 亦特别针对欧洲铁道标准 EN50155 中要求,把 VI-200 和 Maxi DC-DC 转换器模块作一系列对环境(EN50125-1)和振动/冲击(EN61373)的测试能否达标。更特别透过第三者独立测试验证实验室 – NTS,做振动/冲击测试来证明模块可以达标。再加上所有模块内均灌上特别的灌封材料,确保模块的抗振及抗冲击能远远超过 EN50155 的要求(可达 50m/s²)。

在测试中,随意在 Vicor 的 VI-200 及 Maxi、Mini、Micro 两系列中各选一个 110Vdc 输入的型号(各 15 个模块为一组)进行下列的 EN50155 各项提及的测试。而每组的各模块都是完全没有变质地完成所有测试而达标。而整份测试报告更可在网站下载

测试要求:
    已被認證並附 EN50155 測試報告
  • 每一模块在送往测试前都通过工厂里标准的出厂前 ATE 测试;
  • 随意性振动测试装配(在 NTS);
    共 5grms;
    50–150Hz @ 0.1725 g2/Hz;
    三个互相垂直轴向;
    每轴向 5 小时。
  • 机械式冲击测试装配(在 NTS);
    峰值加速度:5g/2g/1g 半正弦波;
    维持时间;50ms/20ms/10ms;
    三个互相垂直轴向;
    共 6 次冲击。
  • 温度/相对湿度测试;
    溫度:55°C;
    相对湿度:95% RH;
    10 小时。
  • 工作温度测试;
    85°C 加电工作 6 小时继而 -40°C 加电工作 2 小时。
  • 再做工厂里标准的出厂 ATE 测试;
  • 结果:没有损坏或品质下降。

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应用提示

符合 110V 输入铁道应用之高能量浪涌要求

牵引及滚动器材之直流控制系统之瞬变及浪涌通用规范 – RIA12,是铁路工业联会(RIA)制定,此项规格要求相关器材必需承受 20ms,相当于正常 110V 输入之 3.5 倍之过压,即是浪涌电压是 385V 维持 20ms。该过压脉冲之源阻抗是 0.2ohm。这会表示若一拑压器件把该浪涌拑在 160V 需消耗达 3600J 能量,而一般瞬变抑制器件只能承受数焦耳能量,故到底有什么解决方案呢?答案是使用串接导通功率器件(适当的 MOSFET)形成有源拑位电路。

下图是一个有源拑位电路例子示意。当发生过压时,触发 D2 导通从而把 Q1 栅极拑在 D2 齐纳电压,而输出电压就只能大约是 D2 电压减去 Q1 之栅源偏压从而保护了下游之 DC-DC 转换器。

在正常操作下,D2 并不导通,故 R3、D2 就像不存在一样。在此很简单就能使 Q1 在全饱和导通之低功耗状态,就是利用 U1 之振荡信号,该信号驱动电荷泵,而它是由两个 1N4148 二极管及该 470pF 电容构成,所有 Vicor 之 DC-DC 转换器,包括 Maxi、Mini、Micro 及 VI-200/J00 系列都适合使用这个方法,请联络 Vicor 应用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 转换器,特别地 110V 输入之 VI-2T- 型号则可选择直接利用 Gate-out 信号代替 U1,更为简化。

符合110V输入鐵路應用之高能量浪湧要求

Vicor之应用笔记 "利用模块化 DC/DC 变换器来满足欧洲铁路应用的标准" 有更详尽的内容,该应用笔记还述及 EN50155 铁路应用之快速瞬变及输入标准等内容。该笔记所示之电路图与下图略有差异,也能达到同样的瞬变保护目的。

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成功的案例

香港地铁


香港地铁 – 广播系统
Vicor 电源模块具备高可靠性、多种标准输出组合和宽输出可调范围的特性,
香港地下铁路在列车改进上采用了多种VI-200/VI-J00 系统模块,包括紧急制动系统、
照明设备等。

最近的广播系统更新选用了 VI-200 系统模块,提供 30Vdc 输出予广播设备。

 

南韩最新高速客车

 

南韩最新高速客车 – KTX-II
基于优越及高可靠性,Vicor 的模块早已被广泛应用在南韩的铁路工业,例如南韩最新型号高速客车(KTX-II)便应用了大量 Vicor 模块于车上不同系统,包括驱动控制、电池充电、列车控制及侦错、静态换流器及通讯系统(广播、无线电及乘客资讯显示)等。

 


火车卤素前大灯
火车卤素前大灯
Vicor 全砖型模块(V110A28T400BL,110V 输入,输出 28V 400W)被应用在铁路中的卤素前大灯设计。Vicor V110 系列中的大功率输出模块,正适合此类应用。

这个项目中使用Vicor 模块,是因它广阔的输入电压范围:66-154Vdc 及其可在较低储存及工作温度的特性;把模块的基板安装在冷板上使设计更容易。同时,由于每个模块内部已灌胶,能承受及应用在强烈振动及冲击的环境中(通过 EN50155 振动及冲击验证)。

 


火车上的

火车上的 LED/LCD 显示屏
当您使用火车时,可知道新型的 LED/LCD 显示屏也是由 Vicor 模块供电的? 每个车室安装的屏幕可显示包括下一站、终点站、新闻、天气预报等清晰的资料。

Vicor VI-J00/ VI-200 系列中的 "T" 输入电压范围(66V 至 160Vdc)模块,具高可靠性、体积少、轻巧、容易使用等特性, 正适合此类应用。

 

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产品资讯

110V 输入模块

铁路及交通应用的当然选择

Vicor 拥有业内最齐全的 110V 输入 DC-DC 转换器模块系列

VI-200/J00 系列的输入范围是 66-160V,可选输出电压由 1V 至 95V,输出达 200W,3000Vrms 隔离。

铁路應用的110V输入模块

Maxi、Mini 及 Micro 系列的输入范围是 66-154V,输出功率 50-400W,特有宽阔输出电压调节,输出电压范围:330mV 至 52.8V 有 8 种输出电压,5 种温度级别,6 款引脚款式和 3 款基板款式。满足 EN50155 震动及撞击要求。

这些模块是采用先进的功率转换、控制及封装技术,令产品无论在性能表现、可靠性、灵活性及成本效益等均胜人一筹。模块采用开关频率极高的零电流及零电压拓朴,令转换器的功率密度和效率很高,而噪声很低。而且这些模块是完全灌封的,能抵受撞击及震动,是为铁路及交通运输等要求牢固及可靠供电设备的应用而开发的。

其它特性还包括配合 EN50155 规格的宽输入范围;效率可达 90%(高输出电压模块)。用户还可以利用 Vicor 专利的智能系统 – PowerBench™ 自行组配不同的输入、输出及封装规格,并且可以在线上实时修改。



模块大小 输入电压范围 输出电压选择 输出功率选择
      < 5V 5V ≥ 10V
VI-200 系列 66 – 160V 1 – 95V 30A 150W 150W
VI-J00 系列 66 – 160V 1 – 95V 20A 75W 100W

 

模块尺寸 输入电压 输出电压
    3.3V 5V 12V 15V 24V 28V 36V 48V
全型 66 – 154V 200W 300W 400W 400W 400W 400W 400W 400W
小型 66 – 154V 100W 150W 200W 200W 200W 200W 200W 200W
微型 66 – 154V 50W 75W 100W 100W 100W 100W 100W 100W
       * 另有72V及28V输入模块


此外,还有其他符合 EN50155 输入规定的模块。

 

中国铁道行业标准 TB/T 3021-2001(等效采用IEC60571:1998,EN50155)铁道机车车辆电子装置 –
由蓄电池供电的装置要求的电源电压变化
  由不带电压调整器的蓄电池供电 *  
标称输入电压 输入范围 瞬变 Vicor DC-DC 模块输入范围(系列)
(VN) 0.07(VN) –
1.25(VN)
下限(0.1s)
0.6(VN)
上限(1s)
1.4(VN)
VI-200 VI-J00 Maxi / Mini / Micro
24V 17 – 30V 14V 34V V=10 – 36V6 V=10 – 36V1 V24=18 – 36V7
36V ** 25 – 45V 22V 61V 2=21 – 56V2 2=21 – 56V2 V28=10 – 36V7
48V 34 – 60V 29V 67V N=36 – 76V3 N=36 – 76V3 V48=36 – 75V8
72V 50 – 90V 43V 101V 4=55 – 100V4 4=55 – 100V4 V72=43 – 110V8
96V 67 – 120V 58V 135V T=66 – 160V5 T=66 – 160V5 V110=66 – 154V8
110V 77 – 137V 66V 154V T=66 – 160V5 T=66 – 160V5 V110=66 – 154V8

* 这个要求比由带电压调整器的蓄电池供电的要求严峻,范围更宽(0.8VN – 1.3VN)。
** TB/T 3021-2001 中不含 36V 蓄电池供电。


1. 下限為 18V 5. 下限為 66V
2. 18Vin 時,欠压帶載 75% 6. 下限為 10V
3. 下限為 36V 7. 在输入>17.9V 起動後,在输入电压降至 16Vin 時,仍可帶 75% 負載
4. 48Vin 時,欠压帶載 75% 8. 有欠压关机功能

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特别推介
特惠价格、特快样品

为了支持国内铁路工业,Vicor 优选 15 个型号;包括 5 种输出电压、最高功率 150W、工业级操作温度,按这通讯回复,可享特惠价格。特快样品,两周付运。

铁路应用上功率组件方案(中文研讨会

铁道机车车辆有很多电子装置设备,需要可靠的电源供电。国内国外都各有特定铁道行业标准,规范设备要符合的水平,例如振动冲击环境试验、高低温试验、电气性的浪涌瞬态承受试验、电磁兼容试验等等。要符合这些严苛的条件,需要使用高性能可靠耐用的功率组件,这是因为在进行设备试验的时候,电源部件是首当其冲的。

是次网上研讨会主要是介绍适用于铁道机车应用的 Vicor DC-DC 转换器,可以看到 Vicor 公司的 DC-DC 模块在机车应用上覆盖极广,极为方便用户应用,这是可喜的。会上也会重点说明要符合电气性瞬态浪涌及电磁兼容的方法。

另外,在参加现场研讨会后递交反馈表的参加者将可参加我们的幸运抽奖,赢取一部 iPod nano

请点击此处以获取更多资料,并即上网登记,免费参加我们的研讨会。不要错过与Vicor的应用工程师们实时交流的机会!

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