铁路应用的电源

由于这些案例的多样性，铁路 适用多种有线和无线标准。有线标准包括为汽车网络开发的 CAN 总线以及现场总线标准的衍生，比如ProfiNet 和工业以太网 (IE) 网络变得越来越普遍（例如 Cat 5e、Cat 6 和 Cat 7），同时以太网供电 (PoE) 技术也越来越被采用。

无线标准包括商用蜂窝网络 (3G/4G/LTE/5G) 或定制系统，例如欧洲铁路交通管理系统 (ERTMS) 的 GSM-R 标准，而中短程通信可以使用 LoRaWAN 或 WiFi (IEEE802.11a/b/g/n/ac) 等低功率无线电。

这些通信网络在列车运行和乘客体验质量上扮演重要角色。铁路设备的使用寿命通常为 20 年因此通信系统必须非常可靠且易于更新。然而这是一个重大的挑战，因为铁路环境压力很大，温度极端变化（-40°C 至 +85°C）、加上长期冲击和振动以及暴露在不受控制的 EMC 环境中。因此铁路数据通信系统的电源必须满足严格的性能标准，例如：

• EN 50155 铁路应用—机车车辆上使用的电子设备
• EN 61373 机车车辆设备—冲击和振动测试
• EN 50121-3-2 电磁兼容性—机车车辆—设备
• EN 50124-1 隔离协调—机车车辆—设备
• EN 50125-1 环境条件—机车车辆—设备
• EN 45545-2 铁路车辆防火

举例来说，EN 61373 依不同的安装类别定义了轨道环境中的冲击、振动和温度等级。这些等级从转向架上最严苛的环境到更温和区域如车身内部(1类，B级)。EN 50125-1 则涵盖高温浸泡、盐雾和热循环，符合高加速寿命测试(HALT)因为包含了冲击、振动和环境温度(非强制性)。为了满足这些苛刻的标准，RECOM Power 和 RECOM Power Control Systems (PCS) 的产品通过了各种测试，包括使用内部的振动测试设备进行全面的性能评估。

DC/DC 转换器 是通信系统配电系统的关键部分。铁路机车车辆采用直流配电系统以便在发电机或受电弓发生故障时使用电池维持电力。最新版的 EN 50155 定义七种不同的标准化直流电压，而 110 VDC 最常用在客运列车。尽管如此，在全球 24V 至 72VDC 电压仍常被普遍使用，最常用在轻轨、有轨电车和无轨电车。为了满足标称输入电压的要求，铁路应用 开发人员选择 4:1 转换器，例如 RECOM 的 RP20-FR 和 RP40-FR 系列，因为它们仅用三种不同的型号就涵盖了整个标称输入电压范围。

不过铁路直流电源并不是一个干净的电压源。EN 50155 允许正常运作时有 +25%/-30% 的变化，电压骤降到 60% 并持续 100ms 且不会导致「功能上的偏差」，在一秒内达到标称值的 125% 到 140% 且不影响性能。为了应对这些变化，110V 系统的 DC/DC 转换器通常必须在 66 至 154VDC 的范围内工作。再者，根据 EN 61000-4-x 系列标准的定义，系统电源轨上也有快速瞬态过电压因此要求电源能够处理高达 160 至 200V 的额外电压。 除此之外，也可能完全丧失电力，针对这类型况 EN 50155 将中断定义为以下两类：常见的 10ms (S2) 和 20ms 输入短路且性能没有下降的最坏情况 (S3)，而某些设备在电源转换期间可能会中断 30 ms 之久（C2 级）。导轨 DC/DC 转换器的规格有时包括英国 RIA 12 标准，其中定义了在 110 V 系统中高能量浪涌高达 385 V 并持续 20ms。

数据通信电源的范围可以从提供具备传感器和 WLAN 节点的模块的低功率 DC/DC 转换器，到必须满足车辆段轨道车辆系统需求的高功率轨道旁应用。如上所述的低功率 WLAN 系统可由 DC/DC 转换器供电，例如 RP08-AW 系列可提供高达 8 W 的稳压电源。系列通过 EN 50155 认证具有 4:1 输入电压范围和 1.6kVDC 隔离。此外，它的效率高达 88% 并提供过载保护 (OLP)、过压保护 (OVP) 和短路保护 (SCP)。砖型 DC/DC 转换器在高功率铁路应用中很受欢迎。例如 RPxxx-RW 和 RPxxx-RUW 系列，有些型号具有 12:1 宽输入范围，24 至 110VDC 标称值涵盖了所有电源轨标准包括浪涌和欠压。RECOM通过针对外部电路的设计建议支持这一点。

根据预期用例来预估功率预算非常重要。IP 摄像机等 PoE 节点的功耗通常在 7-8W，如果车厢有六个这种节点，总 PoE 输出预算为 60W。请务必选择合适的 DC/DC 转换器，以提供足够的输出功率维持正常运作，同时考虑系统功率要求以及输出功率预算。请记住在高工作温度条件下也要将 DC/DC 转换器的输出功率降额纳入考虑。除此之外，系统电压也因所选网络而异。例如 CAN 总线是 5 V系统，因此 IEEE 802.3at PoE 标准可以使用42.5 至 57VDC 输入范围的转换器。

RECOM 和 PCS 拥有广泛的坚固耐用、符合 EN 50155 标准的 DC/DC 转换器产品组合，为铁路应用提供一站式解决方案，包含低功率 (8–240W) 模块到10kW 电源同时也提供定制服务。底盘安装也十分常见，因此在这方面RECOM/PCS 提供 40W 至 1kW 即插即用解决方案。这些「机上解决方案」是无须任何妥协即可完全符合铁路标准的系统电源解决方案。RECOM 的 RMD 500W 和 RMSD 1kW 系列是冗余 n+1 动力装置的完美解决方案，实现安全可靠的机车车辆应用。

另一个例子是 (40/75 W) 150–300W 加固型 RMD 系列，它具有 12:1 超宽输入范围 24V–110VDC ，完全符合 EN 50155 和上述的所有子相关标准。这些「即用型」器件不需要任何外部电路，配备超宽范围输入 14,4–154V/170V、升压电源、EMC/干扰保护、主动浪涌电流限制、有源输入反极性保护、保持时间 (S2)、符合 OVC3 和 PD2 的增强隔离、可调输出以及输出 ORing 二极管。

由于有出色的95% 整体效率和复杂的散热设计，这些部件在 OT4+ST1和ST2 条件下采自然对流，无须降额工作温度为 -40 至 +85°C ，并适用于任何安装位置。环保型RMD产品系列采用无封装设计，因此与灌封产品相比重量大幅降低。

此外，PCS 产品组合也包含机车车辆和轨道旁应用的机架式AC/DC 和 DC/DC 转换器 ，功率范围从低到高至 18kW 直流、单相或三相交流输入。电池充电器系列的设计采模块化概念。1.5kW、5kW 或 18kW 级别的所有部件都是可级联的，同时可以并行运行以提高转换器的可用性和可靠性。此外，它们是冗余 n+1 动力装置以及重视安全性和可靠性的机车车辆应用的理想解决方案。电池充电器具有出色的效率和功能特性，例如温度调节输出电压和模拟或数字接口。另外也提供符合 EN 50155 标准的 300W AC/AC 逆变器，输出频率可在 30 至 600Hz 之间调节。

符合铁路标准的现成 DC/DC 转换器和电源提供一种几瓦到千瓦的经济高效又简单的方法来为传感器、数据通信系统和集中式系统供电。

在定制方面，RECOM 和 PCS 在铁路应用上有悠久的历史，可提供全面的工程支持、详细的环境合规报告和 EMC 评估。我们也提供参考设计，其中包括符合 EN 50121-3-2 标准所需的 EMI 滤波等功能以及 24–48V 或 72–110VDC 标称输入电压转换器。