列车行驶安全

Night shot of cargo containers at a railway station
铁路无线电通信系统

挑战
  • 满足 EN 50155 标准规定的 10 ms S2 级保持时间,以及 EN 62368 标准规定的增强隔离要求

解决方案
  • 半定制的 100 W 铁路电源转换器,满足以下要求:
    • 100 ms 工作时间内输入电压降至 14.4 V
    • 设计的保持电路保持时间为 10 ms
    • 符合 EN 62368 增强隔离要求

应用要求
  • 铁路数据通信系统
  • 必须能够应用于 24 V、36 V、48 V、72 V、96 V 和 110 VDC 系统
    • 连续电压输入范围:0.7*Vin 至 1.25*Vin
    • 瞬态电压:0.6*Vin (0.1s) 和 1.4*Vin (1s)
  • 需要使用 12 V/100 W 电源
    • 提供 200 W 版本,它是 100 W 版本的引脚兼容、即插即用替代品,可用于支持超过 100 W 的未来规划和升级需求。
  • EN 50155 标准规定的电源电压中断等级
    • S1:未规定性能标准
    • S2:如果输入电压中断 10 ms,输出电压不应下降
    • S3:如果输入电压中断 20 ms,输出电压不应下降
  • 客户需要达到 S2 级标准
    • 数据表中所展示的保持电路可满足 EN 50155 标准的 S3 级要求。

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引言

为管理当今的铁路交通,安全铁路交通管理系统需要实现高效、可靠的语音和数据传输,即使在电源电压下降或中断数毫秒 (ms) 的情况下也依然如此。EN 50155 标准详细规定了连续和瞬态输入电压的变化限值。虽然瞬态电压保护或箝位电路可以抑制高压尖峰,并且电压压降可以通过转换器的极低工作电压进行管理,但若电源电压完全中断 10 或 20 ms,则需要采用更复杂的解决方案,详情如本文所述。

应用案例概述

管理当今复杂的铁路通信系统不仅需要依靠列车通信网络 (TCN) 在列车内部进行通信,还需要在列车与中央基础设施控制系统(地面到列车)和其他列车(列车到列车)之间进行安全的语音和数据通信。在列车上安装基于全球移动通信系统 (GSM) 的无线电通信系统可以实现这种通信。

铁路车辆设备,如这种无线电通信系统,必须能够承受 EN 50155 等标准规定的苛刻环境、机械和电气条件。

系统面临的其中一项挑战是,要符合 EN 50155 标准规定的输入电压要求。列车所用的电压从 24 V、36 V、48 V、72 V、96 V 到 110 VDC 不等,连续工作电压在这些标称电压的 70% 至 125% 之间变化。此外,该标准还规定了电压短时波动要求,要能够在 100 ms 内降至标称电压的 60%,在 1 s 内升至标称电压的 140%。

我们以 24 V 系统为例。连续电源电压范围在 16.8 到 30 V 之间,并可在 100 ms 内降至 14.4 V,或在 1 s 内升至 33.6 V。24 V 至 12 V 转换器的绝对输入电压范围为 14.4 V 至 33.6 V。

如发生短路等故障,EN 50155 规定电压降至零的时间最长为 10 ms(EN 50155 的 S2 级标准)或最长为 20 ms(S3 级标准)。在此期间,系统必须保持不间断地工作,转换器的输出电压必须处于规定的公差范围内。

为了应对列车中所有不同的电源电压变化,客户希望系统能够在低至 14.4 V(24 V 的 60%)和高达 154 V(110 V 的 140%)的整个输入电压范围内工作。

输入电压范围

系统面临的另一项挑战是,要满足 EN 62368 安全标准规定的增强隔离要求,因为较高的输入电压会对人类带来危险。

客户联系 RECOM 寻求解决方案,RECOM 提供了 100 W 铁路电源转换器的半定制版本,满足了客户的所有要求。这款转换器已获得相关认证,可用于铁路应用 并符合 EN 62368 标准规定的安全要求(在 2020 年取代以前的 EN 60950 标准)。RECOM 产品还具有另一个独特特性,即具有符合 EN 50155 S2 级电压中断要求的保持电路。该电路易于实现,并可确保系统即使在电压中断(持续 10 ms)期间仍能继续工作。

这种 半定制转换器 增加了一个附加引脚,用于驱动前面板上的电源正常指示灯。驱动工作状态 LED 灯时,LED 会显示转换器是否正常工作。

下一代无线电通信系统更为耗电,客户可以使用 RPA200 系列 产品应对这一需求,该系列具有与 RPA100 系列 相同的电气性能和认证。由于采用标准化半砖尺寸,现有设计能够针对不断增长的负载升级其功率预算(注意:同时需要相应增大保持电容),或者为开发面向未来的变体提供简单的开发路径。

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