VICOR電源鐵路設備的應用
輸入電壓范圍
輸入電壓 輸入范圍 瞬變
(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
電源中斷及更替過程
– 輸入電壓中斷在 10ms 內不應造成設備故障
– 設備應要在電源更替過程中斷 30ms 內滿意地運作
操作溫度范圍
操作溫度級別 車廂室內溫度 車廂室內過溫
(10 分鐘) 電路板環境溫度
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
沖擊及震動 – EN 50155,IEC 571
頻率范圍: 5 至 150Hz
交岔頻率: 8.2Hz
位移幅度: 7.5mm(小于交岔頻率)
加速度: 20m/s2
沖擊: 50m/s2 半正弦波,50ms
瞬變及浪涌
RIA 12 規定設備必須能承受大于正常電壓 3.5 倍的過壓浪涌,浪涌持續時間標明是 20ms,源阻抗是
標出過壓浪涌是正常輸入電壓之 3.5 倍,每個輸入電壓的輸入浪涌是:
VN 3.5(VN)
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24V 84V
36V 126V
48V 168V
72V 252V
96V 336V
110V 385V
鐵標的比較
由于在鐵路運輸系統里的工作環境及由蓄電池供電是比較特殊的,Vicor 能提供 24Vdc、48Vdc、72Vdc、96Vdc 及 100Vdc 輸入范圍的 DC-DC 轉換器模塊配合不同蓄電池供電的鐵路系統。另外,鐵路應用的環境可以是十分惡劣的,因此 Vicor 亦特別針對歐洲鐵道標準 EN50155 中要求,
把 VI-200 和 Maxi DC-DC 轉換器模塊作一系列對環境(EN50125-1)和振動/沖擊(EN61373)的測試能否達標。更特別透過第三者測試驗證實驗室 – NTS,做振動/沖擊測試來證明模塊可以達標。再加上所有模塊內均灌上特別的灌封材料,確保模塊的抗振及抗沖擊能遠遠要求(可達 50m/s2)。
在測試中,隨意在 Vicor 的 VI-200 及 Maxi、Mini、Micro 兩系列中各選一個 110Vdc 輸入的型號(各 15 個模塊為一組)進行下列的 各項提及的測試。而每組的各模塊都是完全沒有變質地完成所有測試而達標。而整份測試報告更可在網站下載。
測試要求:
每一模塊在送往測試前都通過工廠里的出廠前 ATE 測試;
隨意性振動測試裝配(在 NTS);
共 5grms;
50–150Hz @ 0.1725 g2/Hz;
三個互相垂直軸向;
每軸向 5 小時。
機械式沖擊測試裝配(在 NTS);
峰值加速度:5g/2g/1g 半正弦波;
維持時間;50ms/20ms/10ms;
三個互相垂直軸向;
共 6 次沖擊。
溫度/相對濕度測試;
溫度:55°C;
相對濕度:0.95 RH;
10 小時。
工作溫度測試;
85°C 加電工作 6 小時繼而 -40°C 加電工作 2 小時。
再做 ATE 測試;
結果:沒有損壞或品質下降。
應用提示
110V 輸入鐵道應用之高能量浪涌要求
牽引及滾動器材之直流控制系統之瞬變及浪涌通用規范 – RIA12,是鐵路工業聯會(RIA)制定,此項規格要求相關器材必需承受 20ms,相當于正常 110V 輸入之 3.5 倍之過壓,即是浪涌電壓是 385V 維持 20ms。該過壓脈沖之源阻抗是 0.2screen.width-500){this.width=screen.width-500}else{this.width=s.width}" border="0">。這會表示若一拑壓器件把該浪涌拑在 160V 需消耗達 3600J 能量,而一般瞬變抑制器件只能承受數焦耳能量,故到底有什么解決方案呢?答案是使用串接導通功率器件(適當的 MOSFET)形成有源拑位電路。
下圖是一個有源拑位電路例子示意。當發生過壓時,觸發 D2 導通從而把 Q1 柵極拑在 D2 齊納電壓,而輸出電壓就只能大約是 D2 電壓減去 Q1 之柵源偏壓從而保護了下游之 DC-DC 轉換器。在正常操作下,D2 并不導通,故 R3、D2 就像不存在一樣。在此很簡單就能使 Q1 在全飽和導通之低功耗狀態,就是利用 U1 之振蕩信號,該信號驅動電荷泵,而它是由兩個 1N4148 二極管及該 470pF 電容構成,Vicor 之 DC-DC 轉換器,包括 Maxi、Mini、Micro 及 VI-200/J00 系列都適合使用這個方法, Vicor 應用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 轉換器地 110V 輸入之 VI-2T- 型號則可選擇直接利用 Gate-out 信號代替 U1,更為簡化。
Vicor之應用筆記 "利用模塊化 DC/DC 變換器鐵路應用的" 有更詳盡的內容,該應用筆記還述及鐵路應用之快速瞬變及輸入等內容。該筆記所示之電路圖與下圖略有差異,也能達到同樣的瞬變保護目的。
成功的案例
香港地鐵 – 廣播系統
Vicor 電源模塊具備多種標準輸出組合和輸出可調范圍的特性,
香港地下鐵路在列車改進上采用了多種VI-200/VI-J00 系統模塊,包括緊急制動系統、
照明設備等。
廣播系統選用了 VI-200 系統模塊,提供 30Vdc 輸出予廣播設備。
高速客車 – KTX-II
基于Vicor 的模塊早已被應用在南韓的鐵路工業,例如南韓高速客車(KTX-II)便應用了 Vicor 模塊于車上不同系統,包括驅動控制、電池充電、列車控制及偵錯、靜態換流器及通訊系統(廣播、無線電及乘客資訊顯示)等。
火車鹵素前大燈
Vicor 全磚型模塊(V110A28T400BL,110V 輸入,輸出 28V 400W)被應用在鐵路中的鹵素前大燈設計。Vicor V110 系列中的大功率輸出模塊,正適合此類應用。
這個項目中使用Vicor 模塊,是因它的輸入電壓范圍:66-154Vdc 及其可在較低儲存及工作溫度的特性;把模塊的基板安裝在冷板上使設計更容易。同時,由于每個模塊內部已灌膠,能承受及應用在強烈振動及沖擊的環境中( 振動及沖擊驗證)。
火車上的 LED/LCD 顯示屏
當您使用火車時,可知道的 LED/LCD 顯示屏也是由 Vicor 模塊供電的? 每個車室安裝的屏幕可顯示包括下一站、站、新聞、天氣預報等清晰的資料。
Vicor VI-J00/ VI-200 系列中的 "T" 輸入電壓范圍(66V 至 160Vdc)模塊,具體積少、輕巧、容易使用等特性, 正適合此類應用。