适合车载和轨道应用的DC/DC转换器

在过去几年中，RECOM 大大扩展了其 EN50155 认证元器件的产品组合，现在可提供大量适用于铁路环境的 AC/DC 和 DC/DC 转换器。收购意大利电源专家 Power Control Systems 后，RECOM 能够提供功率最高 18 kW 的定制电源解决方案。

这些年来RECOM将铁路行业所用的DC/DC转换器系列从8W拓展至240W，并且取得了市场高度认可的EN50155认证。轨道交通认证系列产品最高功率240W，功率密度为4,5w / cm，是目前市场上最高功率密度的产品之一。为了优异的散热性能，RECOM推出1“x1”封装的12W RP12-AR、20W RPA20-AW和30W RPA30-AW系列，以及2“x1”封装的60W RPA60-FW系列。

除了原有的专为铁路应用设计的4:1输入电压范围的DC/DC转换器是之外，最新的RPA100H和RPA200H系列甚至提供了一个令人印象深刻的10:1的输入电压范围，超宽输入电压范围涵盖了从24VDC至110VDC的标称电压（14.4VDC至156VDC）。所有系列产品均有EN50155认证*，适用于轨道交通的恶劣环境。同时它们也是具有UL / cUL60950认证的，所以也是工业和电信应用的可靠选择。

RECOM为DC/DC铁路转换器推出了高达240W的全系列评估板，适合高压(-1)或高电流(-2)输出的同时还包括RIA12浪涌抑制器。

RSPxxx-168是一款瞬态保护模块，用于保护铁路DC/DC电源免受高达385VDC的瞬态高压。除了3.3V、5V、12V和15V的单输出，转换器也有±12V和±15V的双输出选择。控制引脚逻辑可以选择正或负。由于效率高达93%，自然对流的冷却方式已足够，但如果需要，模块也可以预先安装散热器。模块享有RECOM标准的三年质量保证。

对于需要更高功率的铁路 DC/DC 应用，可选用 RECOM 的 RMD 系列。该系列的标称输入电压为 24 V、36 V、48 V、72 V 或 110 V，这五个输入电压覆盖了 14.4 VDC 至 170 VDC 的电压范围，可提供 150 W 至 500 W 输出功率。高效设计已进行型式试验，能够满足铁路标准 EN 50155。

在铁路环境中，DC/DC 转换器可将直流电池电压转换为更低的电压，供各种控制和供电电路使用。这是因为铁路车辆采用的是直流配电系统，以便在发电机发生故障时使用电池来维持电力供应。这些转换器需要符合 EN 50155 标准，以确保即使在恶劣的环境条件下，也不会影响其运行模式。

高温、霜冻、振动和机械冲击都会对电子组件造成严重损坏。铁路应用中的 DC/DC 转换器将暴露在极其恶劣的环境条件下，在整个使用寿命期间必须正常、可靠地工作。因此，工程师需要的是能够承受这些特殊条件，并且经认证适用于铁路应用的 DC/DC 转换器。

EN50155（铁路应用 - 铁路车辆上使用的电子设备标准）详细规定了铁路工程中使用的信息系统和电子元器件应满足的要求。该标准同样适用于 DC/DC 转换器，这些转换器作为电源工作在极端条件下（如高温、寒冷、冲击和振动），必须保证多年可靠运行。

EN50155 是铁路车辆（基本上涵盖能够移动的所有轨道车辆；包括机车、客运车厢、轻轨和货运列车）使用的电子设备的性能标准。其中规定了输入电压范围、电气隔离、工作温度、冲击和振动、湿度和 EMC 以及设备可靠性和预期使用寿命的最低要求。铁路车辆使用的电子设备预计具有长达 20 年的超长使用寿命，因此应经过全面的环境测试。除了常规的工作温度测试外，该标准还要求进行额外的热循环、干热和湿热测试。只有完全封装或密封的 DC/DC 转换器才能满足这些要求。

在夏天，温度可以达到零上 60°C 或更高。在冬天，温度经常下降到零下 30°C 甚至更低。而且，转换器在铁路车辆中工作时，会受到剧烈振动的影响。所有这些都要求传统的 DC/DC 转换器突破极限。新的 EN50155 标准定义了六个不同的工作温度范围，还要求在启动期间测试工作温度和扩展温度限值。

EN 50155 规定了一般的湿度测试要求：平均相对湿度为 75%，随后连续 30 天相对湿度为 95%。对于电子设备，这意味着在大多数情况下需采用防水外壳或经涂漆处理。

即使在极其不利的电磁环境中，铁路应用中的电子设备也必须正常工作。一方面，电子设备暴露在电动机和变压器产生的强磁场中。另一方面，它们必须能够承受受电弓产生的干扰。此外，上车的乘客还会带来许多额外的干扰源，如他们随身携带的手机和笔记本电脑等。而对于驱动组件、电机控制单元和显示器等高度敏感的元器件，不得以任何方式受到这些干扰源的影响。

为了确保这一点，EN 50155 标准反复参考了并行标准 EN 50121-3-2“铁路应用-电磁兼容性-铁路车辆-设备”的内容，其中明确规定了设备所能承受的辐射干扰和传导干扰限值，并对过电压和瞬变的耐受性提出了严格的要求。为了满足这些 EMC 要求，需要采用一个 EMC 滤波器来保护 DC/DC 转换器并吸收任何传导发射。

由于历史原因，铁路应用中使用大量不同的电源电压。最常见的额定电压为 24 VDC、48 VDC、72 VDC、96 VDC 和 110 VDC。

尽管列车上最常用的电压为 110 VDC，EN50155 的最新版本还是定义了七种不同的标准直流电压。24 V 至 48 V 电压通常用于轻轨、有轨电车和无轨电车。

为了满足对标称输入电压的这些要求，铁路应用开发人员选择了具备 4:1 输入电压范围的转换器，如 RECOM 的 RP20-FR 和 RP40-FR 系列，因为这些产品仅具有三种不同的转换器型号，却覆盖了整个标称输入电压范围。

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

图：经 EN50155 认证的 DC/DC 转换器必须能够承受强烈的输入电压波动。Recom 的 RPxx-FR 系列以三种转换器型号覆盖了从 24 V 到 110 V 的整个输入电压范围。RPA100H 和 RPA200H 甚至只用一个型号就覆盖了整个输入电压范围

EN50155 规定，标称输入电压可在额定电压的 0.7 至 1.25 倍之间波动，并允许出现介于额定电压 0.6 至 1.4 倍之间的短期偏差。这意味着48 V DC/DC 转换器必须适用于 28.8 V 至 67.2 V 的输入电压范围。

直到最近，人们还一致认为 4:1 转换器的效率和成本效益已经达到极限。RECOM 最新推出的 100 W 和 200 W DC/DC 转换器彻底改变了人们的看法。RPA100H 和 RPA200H 具有 10:1 宽输入电压范围，只用一个模块即可覆盖所有常见的额定电压。

铁路行业所用的 DC/DC 转换器通常包括全砖型、半砖型和四分之一砖型。全砖型的尺寸为 4.6 x 2.4 x 0.5 英寸，半砖型的尺寸为 2.3 x 2.4 x 0.35 英寸，四分之一砖型的尺寸为 2.3 x 1.45 x 0.35 英寸。但是，对于低功率转换器，也采用 DIP24、1"x1" 和 2"x1" 封装。四分之一砖尺寸的新型开关式电源可提供 250 W 或更高的输出功率。这将对以前需要使用的插槽进行大幅改进，意味着现在可以为产品添加更多功能。该标准还规定了引脚布局；因此，当使用符合该标准的 DC/DC 铁路转换器时，设计人员在需要时可以轻松更换产品。