金升陽DCDC隔離電源在車載軌道中的應(yīng)用

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(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)之外的所有需要用電力的負(fù)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(jī)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(jìn)行供電，并在充電機(jī)出現(xiàn)臨時(shí)故障等情況下，起到能量緩沖的作用。

車載電子主要由TCMS系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）、信號(hào)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(jìn)行供電，為了保證每個(gè)系統(tǒng)之間都能可靠的運(yùn)行工作，需要隔離電源對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行互聯(lián)，駕駛員可通過車載控制器對(duì)各個(gè)車載電子系統(tǒng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)功能，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。車載電子設(shè)備的自動(dòng)化、智能化技術(shù)應(yīng)用，對(duì)隔離總線提出了更高的要求。

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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)散。
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(dòng)以及IP等級(jí)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(yàn)主要是過電壓需求試驗(yàn)，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(duì)于不同的接口部分，采用不同的等級(jí)要求；如圖2所示。
5.對(duì)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(yàn)證：采用指示燈進(jìn)行指示，定位故障發(fā)生點(diǎn)，方便進(jìn)行維修；如可靠性運(yùn)行驗(yàn)證，運(yùn)行里程不少于10W公里，運(yùn)行時(shí)間不少于1年等要求；
6.其他要求：如對(duì)于供電中斷、跌落等要求，一般模塊電源設(shè)計(jì)難滿足10mS中斷需求，尤其是對(duì)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(duì)于蓄電池的短路保護(hù)措施，一般采用防反二極管或者機(jī)械設(shè)計(jì)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(kuò)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(yùn)行過程中，存在著各種狀態(tài)，如劇烈的振動(dòng)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(jí)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(dòng)：
由于鐵路運(yùn)行環(huán)境的性質(zhì)，鐵道車輛會(huì)受到?jīng)_擊和振動(dòng)。對(duì)于安裝在鐵道車輛上的電子設(shè)備必須進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)要求。對(duì)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(qiáng)其抗振動(dòng)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(dòng)10~55Hz10g30MinalongXYZ要求。
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(dòng)或者感性負(fù)載進(jìn)行切換，會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或者低電壓出現(xiàn)；電源設(shè)計(jì)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(huì)兼容多個(gè)車載蓄電池電壓等級(jí)。
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(gè)供電電壓等級(jí)。
2.隔離電氣要求：
車載電子設(shè)備的介電試驗(yàn)（耐壓試驗(yàn)）的試驗(yàn)電壓與車載蓄電池的供電電壓相關(guān)，其相關(guān)要求如下：
對(duì)于車載電子設(shè)備的供電類型不確定的話，比如110V蓄電池可能浮沖至125V以上情況出現(xiàn)或者低壓變壓器可能會(huì)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(shí)過電壓時(shí)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(zhǎng)途鐵道機(jī)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(yàn)驗(yàn)證。金升陽鐵路電源產(chǎn)品，均按照嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，可通過鐵路要求的型式可靠性試驗(yàn)。
4.特殊浪涌要求：
每個(gè)國家對(duì)特殊浪涌的要求不一致，例如：英國鐵路標(biāo)準(zhǔn)RIA12《拖動(dòng)及運(yùn)載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護(hù)的通用規(guī)范》（海外這句話，可以刪除了；或者FAE提供標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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進(jìn)行防護(hù)，很難吸收（設(shè)鉗位電壓VC為160VDC）高達(dá)=2475J的能量，一般瞬時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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，輸出功率為100W，的限制鉗位電壓為165VDC；采用電路--有源鉗位電路，可實(shí)現(xiàn)98%的效率。
5.其他方面需求：
對(duì)于供電中斷、跌落等要求，一般模塊電源設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)于鐵路模塊電源可靠使用具有重要意義。