In generale, i convertitori DC-DC attuali sono in grado di gestire le variazioni di tensione in ingresso. Tuttavia, in caso
di interruzione di corrente, tutti i dispositivi collegati si arrestano immediatamente. La norma EN 50155 (Applicazioni ferroviarie - Materiale rotabile - Apparecchiature elettroniche) descrive due condizioni: interruzione di corrente e commutazione, in cui la tensione in ingresso scende a zero per 10-30 ms. Un'interruzione nell'alimentazione in ingresso provoca l'arresto temporaneo di qualsiasi convertitore DC-DC, anche per un breve periodo di 10-30 ms, e tutti i carichi collegati perdono la loro funzionalità. Le apparecchiature dovranno quindi essere riavviate in diversi secondi o minuti. Questo processo di arresto e riavvio può essere pericoloso per un treno in movimento. Pertanto, la norma EN 50155 stabilisce chiaramente che l'interruzione e la commutazione dell'alimentazione di S2, S3 e C1 devono essere conformi al criterio A. C2 deve soddisfare il criterio B. (Il criterio A significa che, durante la condizione, il dispositivo mantiene comunque la sua funzionalità. Il criterio B significa che è consentito un temporaneo degrado delle prestazioni.) Per prevenire problemi causati dall'interruzione e dalla commutazione dell'alimentazione, è necessario installare condensatori aggiuntivi all'ingresso per fornire alimentazione durante le interruzioni.
Figura 1: Interruzione e commutazione dell'alimentazione.
Il calcolo della capacità di mantenimento richiesta si basa sulla potenza di uscita effettiva, sull'efficienza di conversione, sulla tensione di ingresso e sulla soglia di blocco a bassa tensione. La capacità può essere aumentata di un fattore pari a 1,5 o di un margine adeguato per prevenire guasti di mantenimento dovuti alle tolleranze dei componenti. I condensatori elettrolitici in alluminio sono noti per essere tra i componenti più vulnerabili.
Dato l'ambiente ostile delle applicazioni ferroviarie, si raccomanda di utilizzare condensatori elettrolitici con una temperatura di esercizio nominale di 125 °C e una lunga durata, e di scegliere un produttore affidabile. L'elevata capacità dei condensatori di mantenimento causerà una corrente di spunto relativamente alta all'accensione. È necessario evitare il collegamento diretto al bus di alimentazione. Si raccomanda l'utilizzo di una resistenza di potenza e di un diodo in parallelo per limitare e ridurre questa corrente di spunto.
Un'altra difficoltà risiede nel fatto che la specifica della tensione del condensatore si basa su diversi sistemi di batterie ferroviarie (24, 36, 48, 72, 96 e 110 V CC), moltiplicando il coefficiente di tensione per 1,4 per garantire un margine adeguato. Poiché diversi paesi utilizzano tensioni di sistema differenti, sono necessari diversi modelli di convertitori CC/CC e condensatori. Progettare varie schede di alimentazione e mantenere un ampio inventario di diversi modelli, moduli e condensatori CC/CC richiede molto tempo.
Figura 2: Soluzione ideale per applicazioni ferroviarie.
I nostri produttori P-DUKE ed Electrónica OLFER hanno recentemente introdotto le serie QAE e HAE con un intervallo di ingresso ultra-ampio. Si tratta dei modelli QAE40/60/100U e HAE150/200U, che forniscono una potenza di uscita da 40W a 200W e una tensione di ingresso da 14-160VDC (12VDC a 100ms/185VDC a 1s), coprendo tutte le tensioni standard per le applicazioni ferroviarie.
Queste serie dispongono di molteplici protezioni (OCP, SCP, UVP, OVP, OTP, ecc.) e sono certificate secondo IEC/UL/EN 62368-1, EN50155 e EN45545-2. La funzione di mantenimento potenziata della serie HAE-U fornisce una maggiore tensione di carico tramite il pin BUS. Ciò riduce la capacità di mantenimento necessaria per tensioni di ingresso inferiori a 80V. The enhanced hold-up function of the QAE-U series is patented and provides a fixed charging voltage, allowing a capacitor with the same capacitance and voltage rating to be used for different supply voltages. These converters offer a unique and complete solution that meets the requirements of any country, saving time and costs during the development phase.
Serie QAE e HAE: convertitori CC/CC con ingresso ultra-ampio per applicazioni ferroviarie e industriali
Autore: Antonio Hsieh, Ingegnere Applicativo presso P-DUKE.
Traduzione: Ufficio Marketing di OLFER Electronics.
