背景

中國作為擁有全世界一半以上高鐵運營里程的國家,在“十三五”期間（2016年~2020年），總的目標是到2020年鐵路里程達到15萬公里，高速鐵路達到3萬公里，鐵路總規(guī)模是增加2.9萬公里，其中高速鐵路增加1.1萬公里?！笆濉备哞F規(guī)劃投資額有望突破4萬億元，鐵路機車車輛投資額為8000億元左右。

反觀中國高鐵的國際市場，一批境外項目取得重大進展，印尼雅萬高鐵、中老鐵路已經(jīng)開工建設(shè)，中泰鐵路、匈塞鐵路塞爾維亞段正式啟動，俄羅斯莫斯科—喀山高鐵項目確定，充分說明了鐵路已經(jīng)成為“中國制造”的一張靚麗名片，是“一帶一路”規(guī)劃中政府力推“走出去”的重點。發(fā)展中國家的鐵路建設(shè)比如印度，蘊含著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>

一、車載電子設(shè)備的介紹

隨著鐵路行業(yè)的不斷發(fā)展，為了提高車載運行的可靠性和提高乘客的舒適性，大量的電子設(shè)備被應(yīng)用于軌道交通中。車載電子設(shè)備的供電主要是由車載輔助供電系統(tǒng)提供，輔助供電系統(tǒng)指的是除為牽引動力系統(tǒng)之外的所有需要用電力的負載設(shè)備，包括輔助供電系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)。

一般情況下，車載電子設(shè)備供電由充電機輸出作為低壓母線電源，蓄電池系統(tǒng)正常情況下向TCMS系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、無線電等系統(tǒng)進行供電，并在充電機出現(xiàn)臨時故障等情況下，起到能量緩沖的作用。

圖1.蓄電池系統(tǒng)的供電情況

車載電子主要由TCMS系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）、信號系統(tǒng)、乘客咨詢廣播系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等組成；各系統(tǒng)之間都是通過總線進行供電，為了保證每個系統(tǒng)之間都能可靠的運行工作，需要隔離電源對各個子系統(tǒng)進行供電，從而隔離出現(xiàn)故障的車載電子設(shè)備，防止故障區(qū)域的蔓延。

大量的車載電子設(shè)備通過列車通信總線進行互聯(lián)，駕駛員可通過車載控制器對各個車載電子系統(tǒng)進行控制，可實現(xiàn)遙測（FAE翻譯“遙測”）功能，達到遠程控制的目的。車載電子設(shè)備的自動化、智能化技術(shù)應(yīng)用，對隔離總線提出了更高的要求。

圖2.典型EMC區(qū)域與隔離系統(tǒng)接口情況

二、車載電子設(shè)備的要求

由于車載電子設(shè)備種類繁多并且存在著差異性，為了保證車載電子設(shè)備都能夠滿足鐵路車載使用的特殊要求，其產(chǎn)品必須需要滿足EN50155等標準內(nèi)容要求；所有車載電子設(shè)備接口均需要滿足電位差、電磁兼容、人身安全等方面的要求，并且控制外部故障而引起的失效擴散。

標準對車載電子設(shè)備的要求主要有以下方面：

1.環(huán)境要求如海拔、溫度濕度、沖擊振動以及IP等級要求；

2.電氣要求如電源需求、電氣隔離等；

3.浪涌和靜電放電需求；浪涌試驗主要是過電壓需求試驗，最大需要承受1.4倍常規(guī)電壓需求；

4.EMC要求；包括CE、RE以及CS、RS、Surge、EFT、ESD等要求，對于不同的接口部分，采用不同的等級要求；如圖2所示。

5.對裝置的可靠性、可維修性和預(yù)估的使用壽命；如可維修性驗證：采用指示燈進行指示，定位故障發(fā)生點，方便進行維修；如可靠性運行驗證，運行里程不少于10W公里，運行時間不少于1年等要求；

6.其他要求：如對于供電中斷、跌落等要求，一般模塊電源設(shè)計難滿足10mS中斷需求，尤其是對于低壓輸入產(chǎn)品，需要增加外圍輸入輸出電容滿足客戶需求；如對于蓄電池的短路保護措施，一般采用防反二極管或者機械設(shè)計來規(guī)避此方面的失效。

三、車載電子設(shè)備的電源選型

隔離電源作為防止故障擴散的方法之一，在車載電子設(shè)備中起著重要的作用；但是車載在運行過程中，存在著各種狀態(tài)，如劇烈的振動狀態(tài)；劇烈的外界環(huán)境溫度變化率等情況出現(xiàn)；普通常規(guī)的工業(yè)級電源很難滿足其使用要求；

那么車載電路電源需要要求呢？1.沖擊和振動；

由于鐵路運行環(huán)境的性質(zhì)，鐵道車輛會受到?jīng)_擊和振動。對于安裝在鐵道車輛上的電子設(shè)備必須進行隨機振動和沖擊試驗要求。對于電源模塊來說，采用灌膠固定PCB板載元器件的方法，可有效增強其抗振動和沖擊的能力。

如金升陽鐵路電源R3系列產(chǎn)品可完全滿足振動10~55Hz10g30MinalongXYZ要求，完全可滿足車載振動車體1B類試驗要求寬電壓輸入范圍；

車載蓄電池的額定供電電壓主要有以下幾種：24V、48V、72V、96V、110V等5種規(guī)格；由于輔助設(shè)備啟動或者感性負載進行切換，會產(chǎn)生浪涌電壓或者低電壓出現(xiàn)；電源設(shè)計的輸入電壓參數(shù)能夠在0.6VN和1.4VN電壓范圍內(nèi)正常工作；并且電源廠家都會兼容多個車載蓄電池電壓等級。

如1.金升陽鐵路電源產(chǎn)品URB1D24YMD-6WR3，輸入電壓范圍為40VDC~160VDC，

可兼容車載蓄電池72VDC、96VDC、110VDC三個供電電壓等級。2.隔離電氣要求；

車載電子設(shè)備的介電試驗（FAE翻譯“介電試驗”）（耐壓試驗）的試驗電壓與車載蓄電池的供電電壓相關(guān)，其相關(guān)要求如下：

表1.隔離耐壓與蓄電池電壓關(guān)系

對于車載電子設(shè)備的供電類型不確定的話，比如110V蓄電池可能浮沖（FAE翻譯“浮沖”）至125V以上情況出現(xiàn)或者低壓變壓器可能會產(chǎn)生大于125V電壓；建議采用1500VAC隔離的使用要求，可滿足瞬時過電壓時的電氣隔離要求；如金升陽鐵路電源產(chǎn)品6WR3,可滿足1500VAC/2250VDC的電氣隔離要求；

3.溫度和濕度要求；

為了滿足長途鐵道機車的溫度變化范圍和濕度范圍要求，要求車載電源要求滿足環(huán)境溫度-40℃~85℃的使用要求，需要通過高低溫循壞和濕熱交變等可靠性型式試驗驗證。金升陽鐵路電源產(chǎn)品，均按照嚴格的質(zhì)量管控體系進行設(shè)計和生產(chǎn)，可通過鐵路要求的型式可靠性試驗。

4.特殊浪涌要求；每個國家對特殊浪涌的要求不一致，例如：英國鐵路標準RIA12《拖動及運載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護的通用規(guī)范》（海外這句話，可以刪除了；或者FAE提供標準英文版名稱），要求與供電電源蓄電池連接的電子設(shè)備，必須能夠經(jīng)受兩種波形：一種是1S1.5倍輸入電壓波形另外一種波形是3.5倍輸入電壓，持續(xù)時間20mS的浪涌電壓，該浪涌脈沖電壓的源阻抗為0.2Ω，如果考慮供電蓄電池額定電壓為110VDC，那么如果只是采用單一的鉗壓器件（FAE翻譯“鉗壓器件”）進行防護，很難吸收（設(shè)鉗位電壓VC為160VDC）高達W=VN*3.5VN-VC*t=2475J的能量，一般瞬時鉗壓抑制器件很難滿足要求，需要專門的電路或者模塊來滿足標準要求。金升陽輔助濾波器采用串聯(lián)導(dǎo)通功率器件形成有源鉗位電路，將瞬態(tài)的浪涌電壓鉗位至鐵路電源可承受的電壓范圍之內(nèi)。如輔助器FC-CX3D，輸入電壓范圍66VDC~160VDC，輸出最大功率為100W，最大的限制鉗位電壓為165VDC；采用專利電路--有源鉗位電路，可實現(xiàn)最大98%的效率。

5.其他方面需求；對于供電中斷、跌落等要求，一般模塊電源設(shè)計難滿足10mS中斷需求，需要增加外圍輸入輸出電容滿足客戶需求

四、小結(jié)

本文通過分析車載電子設(shè)備的要求，進而為軌道交通車載電子設(shè)備DCDC隔離電源模塊正確選型做出指導(dǎo)，對于鐵路模塊電源可靠使用具有重要意義。

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