En général, les convertisseurs CC-CC actuels peuvent supporter les variations de tension d'entrée. Cependant, en cas de coupure de courant, tous les appareils connectés s'arrêtent immédiatement.
La norme EN 50155 (Applications ferroviaires - Matériel roulant - Équipements électroniques) décrit deux situations : la coupure de courant et la commutation, durant lesquelles la tension d'entrée chute à zéro pendant 10 à 30 ms. Une coupure de l'alimentation électrique provoque l'arrêt temporaire de tout convertisseur CC-CC, même pour une durée très courte (10 à 30 ms), et toutes les charges connectées deviennent inopérantes. Le redémarrage de l'équipement peut alors prendre plusieurs secondes ou minutes. Cette procédure d'arrêt et de redémarrage peut s'avérer dangereuse pour un train en mouvement. Par conséquent, la norme EN 50155 stipule clairement que les coupures de courant et les commutations des transistors S2, S3 et C1 doivent être conformes au critère A. Le transistor C2 doit, quant à lui, satisfaire au critère B. (Le critère A signifie que, pendant la coupure, le dispositif conserve sa fonction. Le critère B signifie qu'une dégradation temporaire des performances est tolérée.) Afin de prévenir les problèmes liés aux coupures de courant et aux commutations, des condensateurs supplémentaires doivent être installés à l'entrée pour assurer l'alimentation pendant ces interruptions.
Figure 1 : Coupure et commutation d’alimentation.
Le calcul de la capacité de maintien requise repose sur la puissance de sortie réelle, le rendement de conversion, la tension d’entrée et le seuil de blocage basse tension. Cette capacité peut être augmentée d’un facteur 1,5 ou d’une marge appropriée afin de prévenir les défaillances dues aux tolérances des composants. Les condensateurs électrolytiques en aluminium sont reconnus comme étant parmi les composants les plus fragiles.
Compte tenu des conditions difficiles des applications ferroviaires, il est recommandé d’utiliser des condensateurs électrolytiques supportant une température de fonctionnement de 125 °C et présentant une longue durée de vie, et de privilégier un fabricant réputé. La capacité élevée des condensateurs de maintien engendre un courant d’appel relativement important à la mise sous tension. Un raccordement direct au bus d’alimentation est à proscrire. L’utilisation d’une résistance de puissance et d’une diode en parallèle est recommandée pour limiter et réduire ce courant d’appel.
Un autre défi réside dans le fait que la spécification de tension des condensateurs dépend de différents systèmes de batteries ferroviaires (24, 36, 48, 72, 96 et 110 V CC), ce qui nécessite de multiplier le coefficient de tension par 1,4 afin de prévoir une marge suffisante. Les tensions des réseaux électriques variant d'un pays à l'autre, différents modèles de convertisseurs CC/CC et de condensateurs sont requis. La conception de diverses cartes d'alimentation et la gestion d'un stock important de modèles, de modules et de condensateurs CC/CC de différents modèles sont des tâches chronophages.
Figure 2 : Solution idéale pour les applications ferroviaires.
Nos fabricants P-DUKE et Electrónica OLFER ont récemment lancé les séries QAE et HAE, dotées d’une très large plage de tensions d’entrée. Il s’agit des modèles QAE40/60/100U et HAE150/200U, qui fournissent une puissance de sortie de 40 W à 200 W et une tension d’entrée de 14 à 160 V CC (12 V CC à 100 ms/185 V CC à 1 s), couvrant ainsi toutes les tensions standard pour les applications ferroviaires.
Ces séries bénéficient de multiples protections (OCP, SCP, UVP, OVP, OTP, etc.) et sont certifiées conformes aux normes IEC/UL/EN 62368-1, EN 50155 et EN 45545-2. La fonction de maintien de tension améliorée de la série HAE-U permet d’augmenter la tension de charge via la broche BUS. Ceci réduit la capacité de maintien de tension requise pour les tensions d’entrée inférieures à 80 V. La fonction de maintien de tension améliorée de la série QAE-U est brevetée et garantit une tension de charge fixe, permettant ainsi l'utilisation d'un condensateur de même capacité et de même tension nominale pour différentes tensions d'alimentation. Ces convertisseurs offrent une solution unique et complète, conforme aux exigences de tous les pays, et permettent de réaliser des économies de temps et de coûts lors du développement.
Séries QAE et HAE : Convertisseurs CC/CC à entrée ultra-large pour applications ferroviaires et industrielles
Auteur : Antonio Hsieh, ingénieur d’applications chez P-DUKE.
Traduction : Service marketing d’OLFER Electronics.
