將功率模塊有效且輕松地集成到鐵路應用中已成為越來越多的電源制造商非常關心的問題。這種電源模塊應該能夠適應基于特定應用的系統或環境變化。在這方面，超寬輸入范圍的 DC/DC 轉換器可以滿足車載應用的要求并支持所有標稱電壓。由于軌道交通暴露在惡劣的環境中，DC/DC 轉換器應通過 EN 50155、EN 61373 和 EN 45545-2 標準的認證。

提供這種適應性的一個例子是 Cincon Electronics Co., Ltd. 的EC7BW18-ECRT/EDRT DC/DC 轉換器模塊。該系列提供的轉換器具有 10 VDC 至 160 VDC 的一體化超寬輸入電壓，可用于底盤安裝或帶有 DIN 導軌選項的底盤安裝。該系列符合 EN 50155 標準的波動電壓范圍，支持 24 VDC、36 VDC、48 VDC、72 VDC、96 VDC 和 110 VDC 的分布式電壓，如表 1所示。

表 1：EN 50155 輸入電壓范圍（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

為什么選擇交鑰匙解決方案

Cincon 的 20-W EC7BW18-ECRT/EDRT 交鑰匙解決方案集成了適用于鐵路應用的多功能電源模塊。（來源：Cincon Electronics Co.,Ltd.） 。

系統設計人員在現代鐵路部門面臨的一些最復雜的挑戰是如何處理電磁干擾 (EMI)、保持時間和浪涌電流問題。他們必須花費大量時間將外圍電路連接到控制系統的每個電路模塊。

因此，交鑰匙解決方案可幫助工程設計人員在安裝之前無需選擇外部電路，例如電源轉換器的浪涌電流限制器或噪聲濾波器。該交鑰匙解決方案包括內置組件，例如浪涌電流限制器、噪聲濾波器和保持電路，使系統設計人員更容易集成到鐵路系統中。使用交鑰匙轉換器解決方案，系統設計人員只需在電子設備上進行安裝和測試以查看它是否可以順利工作，從而簡化任務。該解決方案還通過減少外部組件的數量來最大限度地降低物料清單成本。此外，即使交鑰匙轉換器出現故障，也可以在一個模塊中進行更換。

圖 1：EC7BW18-ECRT/EDRT 框圖（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）

符合 EN 50155

EN 50155 是用于鐵路應用的機車車輛電子系統的歐洲標準。表 2顯示了電源轉換器在認證前必須經過的溫度、濕度、振動、沖擊和其他電氣方面的測試。以 EC7BW18-ECRT/EDRT 系列為例，已經在惡劣的車載系統環境中進行了測試，并通過了鐵路應用的認證。

表 2：EN 50155 測試（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.）。

浪涌電流限制器

用于鐵路應用的 DC/DC 轉換器需要在輸入側使用電容器來維持保持時間。盡管如此，電容器的瞬態特性將具有更高的浪涌電流。因此，減輕浪涌電流至關重要，以防它導致前端電源電壓下降或前端電源過流保護，導致轉換器無輸出。

為了解決這些問題，EC7BW18-ECRT/EDRT 系列采用內置有源浪涌限制器，可提供更高的效率。它也較少受環境溫度的影響。下圖為使用兩組 EC7BW18-72S05-ECRT 測試在相同輸入電壓 36 VDC 下的不同浪涌電流數據。使用有源浪涌電流限制器，圖 2中的浪涌電流為 3.12 A ，而圖 3中，未使用浪涌電流限制器時，浪涌電流為 27.6 A。如果輸入電壓變得更高，則浪涌電流會更大。

圖 2（左）帶有浪涌電流限制器，圖 3（右）沒有浪涌電流限制器。CH1 為輸入電壓，CH2 為輸入電流，CH3 為輸出電壓。（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

保持電路

鐵路電力系統由于受到發電機、電池、受電弓之間切換的影響，很可能會出現供電電壓短時間的波動。這種情況可能導致短期開路或短路。

EN 50155 電源測試基于電壓供應中斷和電源轉換，分為不同的性能等級：

供電中斷：

S1 類：無電壓中斷。沒有要求性能標準，但設備應在電壓中斷后繼續按規定運行。

S2 級：中斷時間為 10 毫秒，性能標準 A

S3 級：中斷時間為 20 毫秒，性能標準 A

供應轉換：

C1 類：在 100 毫秒內以 0.6* Vin（無中斷）。性能標準 A

C2 類：在輸入電壓為 30 毫秒的電源中斷期間。性能標準 B

根據 S2、S3 和 C2 的要求，必須在 DC/DC 轉換器的輸入側增加一個電容器。電容值可由下式推導：

該公式表明，在相同的保持時間和較低的電壓輸入下，所需的電容值越大。

EC7BW18-ECRT/EDRT 提供了滿足 S2、S3 和 C2 要求的內置保持電路。下圖顯示了兩組 EC7BW18-72S05-ECRT 之間的保持時間數據，有和沒有保持電路。它們都具有相同的 24 VDC 輸入電壓。然而，使用內置保持電路的測試保持時間為 13 ms（圖 4），而沒有保持電路的測試保持時間為 0.88 ms（圖 5）。

圖 4（左）有保持電路，圖 5（右）沒有保持電路。CH1 是輸入電壓，CH2 是輸出電壓。（來源：Cincon Electronics Co., Ltd.） 。

高度集成的電源模塊包括 EMI 保護、浪涌電流限制器和保持電路。通過 EN 50155、EN 50121-3-2 和 EN 45545-2 標準的批準，交鑰匙解決方案為鐵路行業提供了多項優勢。它提供10 VDC至160 VDC的超寬輸入電壓范圍，適用于不同地區的各種電壓參數。此外，16:1輸入隔離DC/DC轉換器適用于車載軌道設備，因為軌道系統電壓變化較大。

本示例交鑰匙轉換器中包含的保持電路可在緊急情況下充當緩沖器，盡管輸入電壓丟失。此外，EMI 濾波器可減輕足夠的輻射水平，并提高對鐵路機車車輛上運行的易受影響的電氣和電子設備的干擾的抗擾度。同時，高達 88% 的高效率可實現 -40°C 至 100°C 的工作溫度范圍。因此，功能豐富的交鑰匙轉換器解決方案可以解決電源設計的棘手問題并提高鐵路系統的穩定性。

審核編輯 黃昊宇