符合国际铁路电源标准之VICOR电源

作者：2009/7/21 1:07:38

国际铁路电源标准

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）	上限（1s） 1.4（V_N）
24V	17 – 30V	14V	34V
36V	25 – 45V	22V	61V
48V	34 – 60V	29V	67V
72V	50 – 90V	43V	101V
96V	67 – 120V	58V	135V
110V	77 – 137V	66V	154V

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 / +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：

                  V_N                     3.5(V_N)
                  ——————————
                  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；
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；
溫度：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。

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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。

符合110V输入鐵路應用之高能量浪湧要求

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。

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成功的案例

香港地铁

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。

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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。

模块大小	输入电压范围	输出电压选择	输出功率选择
			< 5V	5V	≥ 10V
VI-200 系列	66 – 160V	1 – 95V	30A	150W	150W
VI-J00 系列	66 – 160V	1 – 95V	20A	75W	100W

模块尺寸	输入电压	输出电压
		3.3V	5V	12V	15V	24V	28V	36V	48V
全型	66 – 154V	200W	300W	400W	400W	400W	400W	400W	400W
小型	66 – 154V	100W	150W	200W	200W	200W	200W	200W	200W
微型	66 – 154V	50W	75W	100W	100W	100W	100W	100W	100W

* 另有72V及28V输入模块

此外，还有其他符合 EN50155 输入规定的模块。

中国铁道行业标准 TB/T 3021-2001（等效采用IEC60571:1998，EN50155）铁道机车车辆电子装置 – 由蓄电池供电的装置要求的电源电压变化
	由不带电压调整器的蓄电池供电 *
标称输入电压	输入范围	瞬变		Vicor DC-DC 模块输入范围（系列）
(V_N)	0.07(V_N) – 1.25(V_N)	下限(0.1s) 0.6(V_N)	上限(1s) 1.4(V_N)	VI-200	VI-J00	Maxi / Mini / Micro
24V	17 – 30V	14V	34V	V=10 – 36V⁶	V=10 – 36V¹	V24=18 – 36V⁷
36V **	25 – 45V	22V	61V	2=21 – 56V²	2=21 – 56V²	V28=10 – 36V⁷
48V	34 – 60V	29V	67V	N=36 – 76V³	N=36 – 76V³	V48=36 – 75V⁸
72V	50 – 90V	43V	101V	4=55 – 100V⁴	4=55 – 100V⁴	V72=43 – 110V⁸
96V	67 – 120V	58V	135V	T=66 – 160V⁵	T=66 – 160V⁵	V110=66 – 154V⁸
110V	77 – 137V	66V	154V	T=66 – 160V⁵	T=66 – 160V⁵	V110=66 – 154V⁸

* 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（0.8V_N – 1.3V_N）。
** TB/T 3021-2001 中不含 36V 蓄电池供电。

1. 下限為 18V	5. 下限為 66V
2. 18Vin 時，欠压帶載 75%	6. 下限為 10V
3. 下限為 36V	7. 在输入>17.9V 起動後，在输入电压降至 16Vin 時，仍可帶 75% 負載
4. 48Vin 時，欠压帶載 75%	8. 有欠压关机功能

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特别推介

为了支持国内铁路工业，Vicor 优选 15 个型号；包括 5 种输出电压、最高功率 150W、工业级操作温度，按这通讯回复，可享特惠价格。特快样品，两周付运。

铁路应用上功率组件方案（中文研讨会）

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。

是次网上研讨会主要是介绍适用于铁道机车应用的 Vicor DC-DC 转换器，可以看到 Vicor 公司的 DC-DC 模块在机车应用上覆盖极广，极为方便用户应用，这是可喜的。会上也会重点说明要符合电气性瞬态浪涌及电磁兼容的方法。

另外，在参加现场研讨会后递交反馈表的参加者将可参加我们的幸运抽奖，赢取一部 iPod nano。

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西安浩南电子科技有限公司