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。

面向铁路应用的 DC/DC 转换器

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。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。

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。

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。 R-REF04-RIA12.

  • 输入电压范围: 9V至160VDC(标称)
  • 功率8W至240W
  • EN50155认证
  • UL/IEC/EN60950认证 & CE
  • UL 组件认可
  • 效率高达93%
  • 温度范围: -45°C至+97°C
  • DIP24/SMD, 1"x1"、2"x1"、1/4砖型和1/2砖型

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。
铁路即插即用 DC/DC 转换器 - RMD 系列 图像

铁路即插即用 DC/DC 转换器 - RMD 系列

  系列 功率(W) 输入电压(V) 输出路数 主输出电压(V) 安装类型
1 DC/DC, 150.0 W, Single Output, Chassis mounting RMD150-UW Series
重点
150.0 14.4 - 154.0 单路 19.2 ‐ 25.2 底架安装
2 DC/DC, 300.0 W, Single Output, Chassis mounting RMD300-UW Series
重点
300.0 14.4 - 170.0 单路 19.2 ‐ 25.2, 88 ‐ 115.5 底架安装
3 DC/DC, 500.0 W, Single Output, Chassis mounting RMD500-EW Series
重点
500.0 43.2 - 170.0 单路 19.2 ‐ 25.2, 38.4 ‐ 50.4, 9.6 ‐ 12.6 底架安装
4 DC/DC, 3.0 W, THT RP03-RAW Series
重点
3.0 36.0 - 160.0 单路, 双路 10.8 ‐ 13.2, 13.5 ‐ 18, 2.97 ‐ 3.63, 21.6 ‐ 28.8, 4.5 ‐ 5.5, ± 10.8 ‐ ± 13.2, ± 13.5 ‐ ± 16.5, ± 4.5 ‐ ± 5.5 THT
5 DC/DC, 6.0 W, THT RP06-RAW Series
重点
6.0 36.0 - 160.0 单路, 双路 10.8 ‐ 13.2, 13.5 ‐ 18, 2.97 ‐ 3.63, 21.6 ‐ 28.8, 4.5 ‐ 5.5, ± 10.8 ‐ ± 13.2, ± 13.5 ‐ ± 16.5, ± 4.5 ‐ ± 5.5 THT
6 DC/DC, 8.0 W RP08-AW Series
重点
8.0 9.0 - 36.0, 18.0 - 75.0, 43.0 - 160.0 单路, 双路 12, 15, 3.3, 5, ± 12, ± 15, ± 5 THT, SMD
7 DC/DC, 10.0 W, THT RP10-RAW Series
重点
10.0 36.0 - 160.0 单路, 双路 10.8 ‐ 13.2, 13.5 ‐ 18, 2.97 ‐ 3.63, 21.6 ‐ 28.8, 4.49 ‐ 5.51, 4.5 ‐ 5.5, ± 10.8 ‐ ± 13.2, ± 13.5 ‐ ± 16.5, ± 4.5 ‐ ± 5.5 THT
8 DC/DC, 150.0 W, Single Output, THT RPA150E-EW Series
重点
150.0 9.0 - 60.0 单路 19.2 ‐ 28.8, 38.4 ‐ 57.6, 9.6 ‐ 14.4 THT
9 DC/DC, 150.0 W, Single Output, THT RPA150Q-RUW Series
重点
150.0 14.4 - 170.0 单路 19.2 ‐ 28.32, 43.2 ‐ 59.4, 9.6 ‐ 13.2 THT
10 DC/DC, 20.0 W, THT RPA20-AW Series
重点
20.0 9.0 - 36.0 单路, 双路 10.8 ‐ 13.2, 13.5 ‐ 16.5, 2.97 ‐ 3.63, 4.5 ‐ 5.5, ± 12, ± 15 THT
*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

面向铁路应用的 AC/DC 转换器

以下设计特意以平台解决方案形式开发,便于 RECOM 快速、轻松、经济地对这些解决方案进行修改,从而满足各种客户需求。

RECOM 及其子公司 Power Control Systems 作为定制解决方案专家, 提供带有功功率因数校正的三相交流输入电池充电器,这些产品符合铁路标准,额定功率分别为 3.2 kW(RMOC3200 系列)和 5 kW(RMOC5000 系列),级联时功率最高可达 20 kW。RMOC3200 系列还可在最高 800 V 的直流输入电压下工作。两个系列的输出均适用于 24 Vnom 至 110 Vnom(且均在 36/48/72/96 之间)的应用
RECOM RMOC 为混合动力机车设计电源解决方案
系列 类型 描述
RMOC3200
RMOC3200
Cascadable Battery charger Power 3200W, Vin 400V3AC or 700VDC, Vout 24-110V
RMOC5000
RMOC5000
Cascadable Battery charger Output Power 5kW, Vin 360-440VAC 3 Phases 3 wires RST, Vout 39.5-58VDC

面向铁路应用的 DC/AC 转换器

对于铁路应用,Power Control Systems 的 ID250 系列可提供模块化 DC/AC 逆变器,其标称输入电压为 24 VDC,48 VDC,72 VDC 或 110 VDC。对于输入电压为 48 V 的型号,其输出为单相 200-240 VAC 或 50-156 VAC。该系列符合铁路应用标准,通常用于为乘客插座或驾驶员控制台提供电源。
系列 类型 描述
ID250
ID250
Railway Inverter Power 240W, Vin 24-48-72-110VDC, Vout 48VDC: 50-156VAC / 24-72-110VDC: 200-240VAC

DC/DC 转换器在铁路环境中有哪些用途?

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。

主要应用如下:
  • 铁路车辆
  • 车载和轨旁应用
  • 工业应用
  • 高压电池供电应用
  • 分布式电源架构

铁路应用中恶劣的条件

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。

EN 50155 - 铁路车辆使用的电子设备标准

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。

极端温度

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。

冲击、振动和灰尘

Table with requirement classes per component type
安装在轨道车辆和机车中的元器件会受到剧烈振动和其他机械应力。在调车过程中,加速度经常会达到 5G。另外,这些元器件还面临一个更大的问题:在车辆行驶过程中会产生持续振动应力,这会导致机械疲劳,从而使模块发生故障。为了防止此类故障发生,业内制定了 EN 61373 标准,其中规定了铁路应用中所用电源应承受的最低振动和冲击强度。

在进行振动、冲击和颠簸测试时,务必要知晓最终设备的位置——无论是安装在驾驶室、客运车厢内,还是更多地暴露在底盘或转向架上。DC/DC 转换器主要安装在机车上,因此一般情况下必须符合 1B 级的要求。

湿度

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。

严格的 EMC 要求

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。

选择铁路应用 DC/DC 转换器时需要考虑哪些特性?

输入电压范围

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。

封装尺寸

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。

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