原创 110V 输入模块-----------铁路及交通应用的当然选择

国际铁路电源标准                                                                                              <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

铁路上应用的电器和电子设备，在国际上都有非常严格的规管。在欧洲，最常用的是 IEC571 "铁路车辆上电子设备" 标准。现时称为 EN50155 – "机车车辆用的电子设备" 标准；而在英国，则需用 RIA12。这两个标准在很多方面很相似的，而 RIA12 标准要求有专门对抗浪涌的能力。它们规范的范围包括：

输入电压范围

标称输入电压                        输入范围                            瞬变

（V_N）                        0.7（V_N） – 1.25（V_N）             下限（0.1s） 0.6（V_N）

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（级别 S2）

–      设备应要在电源更替过程中断 30ms 内满意地运作（级别 S4）

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 / +<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />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 0.2 。标出过压浪涌是正常输入电压之 3.5 倍，每个输入电压的最大输入浪涌是：

                 VN                     3.5(VN)

                  ——————————————

                  24V                   84V

                  36V                   126V

                  48V                   168V

                  72V                   252V

                  96V                   336V

                  110V                  385V

铁标与欧盟标准的比较

表（1）：主要的电气标准

欧盟标准 EN 或 IEC                 对应的中国铁标 TB/T

EN50155 / IEC60571:1998            TB/T3021-2001 铁道机车车辆电子装置

EN50155:2001 / IEC61373:1999        TB/T3058-2002 铁路应用 - 机车车辆设备、冲击和振动试験（与 IEC61373:1999 相同）

EN50121-3-2:2000                   TB/T3034-2002 机车车辆电气设备电磁兼容性、试験及其限值

注：TB/T 通常依据 EN/IEC 标准或把部份标准与 TB/T 整合。

表（2）：其它 TB/T 标准

TB/T 3035-2002 列车通信网络（参考 IEC 60375:1999 及 IEEE 1473:1999）

TB/T 3063-2002 旅客列车DC600V供电系统技朮条件

TB/T 3062-2002 铁道客车通信连接器技朮条件

TB/T 3052-2002 列车无线调度通信系统制式及主要技朮条件

Vicor 针对铁路应用中的能力：EN50155:2001 中对环境（EN50125-1）及 振动/冲击（EN61373）的满足

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 输入范围的标准 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。更特别透过第三者独立测试验证实验室 – 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超过 EN50155 的要求（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 EN50155 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标准的出厂前 ATE 测试；

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><?xml:namespace prefix = w ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:word" />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：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。

再做工厂里标准的出厂 ATE 测试；

结果：没有损坏或品质下降。

应用提示                                                                                                         

符合 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 0.2。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，所有 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，请联络 Vicor 应用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 转换器，特别地 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 变换器来满足欧洲铁路应用的标准" 有更详尽的内容，该应用笔记还述及 EN50155 铁路应用之快速瞬变及输入标准等内容。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 电源模块具备高可靠性、多种标准输出组合和宽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。

最近的广播系统更新选用了 VI-200 系统模块，提供 30Vdc 输出予广播设备。

南韩最新高速客车 – KTX-II

基于优越及高可靠性，Vicor 的模块早已被广泛应用在南韩的铁路工业，例如南韩最新型号高速客车（KTX-II）便应用了大量 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，是因它广阔的输入电压范围：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（通过 EN50155 振动及

冲击验证）。

火车上的 LED/LCD 显示屏

当您使用火车时，可知道新型的 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、终点站、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，具高

可靠性、体积少、轻巧、容易使用等特性， 正适合此类应用。

产品资讯                                                                                     

110V 输入模块-----------铁路及交通应用的当然选择

Vicor 拥有业内最齐全的 110V 输入 DC-DC 转换器模块系列

VI-200/J00 系列的输入范围是 66-160V，可选输出电压由 1V 至 95V，输出达 200W，3000Vrms 隔离。

Maxi、Mini 及 Micro 系列的输入范围是 66-154V，输出功率 50-400W，特有宽阔输出电压调节，输出电压范围：330mV 至 52.8V 有 8 种输出电压，5 种温度级别，6 款引脚款式和 3 款基板款式。满足 EN50155 震动及撞击要求。

这些模块是采用先进的功率转换、控制及封装技术，令产品无论在性能表现、可靠性、灵

活性及成本效益等均胜人一筹。模块采用开关频率极高的零电流及零电压拓朴，令转换器的功

率密度和效率很高，而噪声很低。而且这些模块是完全灌封的，能抵受撞击及震动，是为铁路

及交通运输等要求牢固及可靠供电设备的应用而开发的。

其它特性还包括配合 EN50155 规格的宽输入范围；效率可达 90%（高输出电压模块）。

用户还可以利用 Vicor 专利的智能系统 – PowerBench™ 自行组配不同的输入、输出及封装

规格，并且可以在线上实时修改。

应用：

各类铁路及交通系统如列车讯号及通信系统、资讯显示屏、照明设施、控制系统、售票机、车厢娱乐设备、车厢广播系统、电动门开关、电源管理系统、列车驱动器及制动系统等。

铁道机车车辆有很多电子装置设备，需要可靠的电源供电。国内国外都各有特定铁道行业标准，规范设备要符合的水平，例如振动冲击环境试验、高低温试验、电气性的浪涌瞬态承受试验、电磁兼容试验等等。要符合这些严苛的条件，需要使用高性能可靠耐用的功率组件，这是因为在进行设备试验的时候，电源部件是首当其冲的。

此外，还有其他符合EN50155输入规定的模块。

* 这个要求比由带电压调整器的蓄电池供电的要求严峻，范围更宽（0.8VN – 1.3VN）。

** TB/T 3021-2001 中不含 36V 蓄电池供电。

1. 下限为 18V 5. 下限为 36V

2. 18Vin 时，欠压带载 75% 6. 下限为 10V

3. 下限为 36V 7. 在输入>17.9V 起动后，在输入电压降至 16Vin 时，仍可带 75% 负载

4. 48Vin 时，欠压带载 75% 8. 有欠压关机功能

侯向荣
 
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西安方元电子有限公司自1994年开始推广国外进口电源，现专业经销美国VPT、MDI、VICOR、法国GAIA、日本COSEL、台湾CINCON、等国外著名品牌电源。产品广泛应用于军工、铁路、电力、医疗、自动化生产设备、广播设备、电梯、通信及仪器等, 客户遍布全国各地。

引进国外先进技术，是我们努力的方向，我们将不断开拓，特别专注于电源方面的发展，务求把覆盖面加强，以期做到客户需要任何电源，我们均能供应，当然，这不是轻易可以达到，但我们正朝着这方面迈进

侯向荣
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