VICOR电源铁路设备的应用
输入电压范围
输入电压 输入范围 瞬变
(VN) 0.7(VN) – 1.25(VN) 下限(0.1s) 0.6(VN)
24V 17 – 30V 14V
36V 25 – 45V 22V
48V 34 – 60V 29V
72V 50 – 90V 43V
96V 67 – 120V 58V
电源中断及更替过程
– 输入电压中断在 10ms 内不应造成设备故障
– 设备应要在电源更替过程中断 30ms 内满意地运作
操作温度范围
操作温度级别 车厢室内温度 车厢室内过温
(10 分钟) 电路板环境温度
T1 -25 / +55°C +15°C -25 / +70°C
T2 -40 / +55°C +15°C -40 / +70°C
T3 -25 / +70°C +15°C -25 / +85°C
TX -40 / +70°C +15°C -40 / +85°C
冲击及震动 – EN 50155,IEC 571
频率范围: 5 至 150Hz
交岔频率: 8.2Hz
位移幅度: 7.5mm(小于交岔频率)
加速度: 20m/s2
冲击: 50m/s2 半正弦波,50ms
瞬变及浪涌
RIA 12 规定设备必须能承受大于正常电压 3.5 倍的过压浪涌,浪涌持续时间标明是 20ms,源阻抗是
标出过压浪涌是正常输入电压之 3.5 倍,每个输入电压的输入浪涌是:
VN 3.5(VN)
——————————
24V 84V
36V 126V
48V 168V
72V 252V
96V 336V
110V 385V
铁标的比较
由于在铁路运输系统里的工作环境及由蓄电池供电是比较特殊的,Vicor 能提供 24Vdc、48Vdc、72Vdc、96Vdc 及 100Vdc 输入范围的 DC-DC 转换器模块配合不同蓄电池供电的铁路系统。另外,铁路应用的环境可以是十分恶劣的,因此 Vicor 亦特别针对欧洲铁道标准 EN50155 中要求,
把 VI-200 和 Maxi DC-DC 转换器模块作一系列对环境(EN50125-1)和振动/冲击(EN61373)的测试能否达标。更特别透过第三者测试验证实验室 – NTS,做振动/冲击测试来证明模块可以达标。再加上所有模块内均灌上特别的灌封材料,确保模块的抗振及抗冲击能远远要求(可达 50m/s2)。
在测试中,随意在 Vicor 的 VI-200 及 Maxi、Mini、Micro 两系列中各选一个 110Vdc 输入的型号(各 15 个模块为一组)进行下列的 各项提及的测试。而每组的各模块都是完全没有变质地完成所有测试而达标。而整份测试报告更可在网站下载。
测试要求:
每一模块在送往测试前都通过工厂里的出厂前 ATE 测试;
随意性振动测试装配(在 NTS);
共 5grms;
50–150Hz @ 0.1725 g2/Hz;
三个互相垂直轴向;
每轴向 5 小时。
机械式冲击测试装配(在 NTS);
峰值加速度:5g/2g/1g 半正弦波;
维持时间;50ms/20ms/10ms;
三个互相垂直轴向;
共 6 次冲击。
温度/相对湿度测试;
温度:55°C;
相对湿度:0.95 RH;
10 小时。
工作温度测试;
85°C 加电工作 6 小时继而 -40°C 加电工作 2 小时。
再做 ATE 测试;
结果:没有损坏或品质下降。
应用提示
110V 输入铁道应用之高能量浪涌要求
牵引及滚动器材之直流控制系统之瞬变及浪涌通用规范 – RIA12,是铁路工业联会(RIA)制定,此项规格要求相关器材必需承受 20ms,相当于正常 110V 输入之 3.5 倍之过压,即是浪涌电压是 385V 维持 20ms。该过压脉冲之源阻抗是 0.2screen.width-500){this.width=screen.width-500}else{this.width=s.width}" border="0">。这会表示若一拑压器件把该浪涌拑在 160V 需消耗达 3600J 能量,而一般瞬变抑制器件只能承受数焦耳能量,故到底有什么解决方案呢?答案是使用串接导通功率器件(适当的 MOSFET)形成有源拑位电路。
下图是一个有源拑位电路例子示意。当发生过压时,触发 D2 导通从而把 Q1 栅极拑在 D2 齐纳电压,而输出电压就只能大约是 D2 电压减去 Q1 之栅源偏压从而保护了下游之 DC-DC 转换器。在正常操作下,D2 并不导通,故 R3、D2 就像不存在一样。在此很简单就能使 Q1 在全饱和导通之低功耗状态,就是利用 U1 之振荡信号,该信号驱动电荷泵,而它是由两个 1N4148 二极管及该 470pF 电容构成,Vicor 之 DC-DC 转换器,包括 Maxi、Mini、Micro 及 VI-200/J00 系列都适合使用这个方法, Vicor 应用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 转换器地 110V 输入之 VI-2T- 型号则可选择直接利用 Gate-out 信号代替 U1,更为简化。
Vicor之应用笔记 "利用模块化 DC/DC 变换器铁路应用的" 有更详尽的内容,该应用笔记还述及铁路应用之快速瞬变及输入等内容。该笔记所示之电路图与下图略有差异,也能达到同样的瞬变保护目的。
成功的案例
香港地铁 – 广播系统
Vicor 电源模块具备多种标准输出组合和输出可调范围的特性,
香港地下铁路在列车改进上采用了多种VI-200/VI-J00 系统模块,包括紧急制动系统、
照明设备等。
广播系统选用了 VI-200 系统模块,提供 30Vdc 输出予广播设备。
高速客车 – KTX-II
基于Vicor 的模块早已被应用在南韩的铁路工业,例如南韩高速客车(KTX-II)便应用了 Vicor 模块于车上不同系统,包括驱动控制、电池充电、列车控制及侦错、静态换流器及通讯系统(广播、无线电及乘客资讯显示)等。
火车卤素前大灯
Vicor 全砖型模块(V110A28T400BL,110V 输入,输出 28V 400W)被应用在铁路中的卤素前大灯设计。Vicor V110 系列中的大功率输出模块,正适合此类应用。
这个项目中使用Vicor 模块,是因它的输入电压范围:66-154Vdc 及其可在较低储存及工作温度的特性;把模块的基板安装在冷板上使设计更容易。同时,由于每个模块内部已灌胶,能承受及应用在强烈振动及冲击的环境中( 振动及冲击验证)。
火车上的 LED/LCD 显示屏
当您使用火车时,可知道的 LED/LCD 显示屏也是由 Vicor 模块供电的? 每个车室安装的屏幕可显示包括下一站、站、新闻、天气预报等清晰的资料。
Vicor VI-J00/ VI-200 系列中的 "T" 输入电压范围(66V 至 160Vdc)模块,具体积少、轻巧、容易使用等特性, 正适合此类应用。