Эта трансформация особенно заметна в кабине машиниста, где аналоговые приборы и сигнальные лампы были заменены мониторами, а количество переключателей и рычагов сократилось. Даже в менее заметных местах используется большое количество компьютеров, GPS-систем, GSM-модулей связи и шинных систем для обработки многочисленных управляющих сигналов, распределенных по всему поезду.
Одна из самых больших проблем при увеличении электрификации — это доступное пространство. Механическая конструкция поезда не может быть легко изменена, и устройства с большим количеством функций и более высокими требованиями к мощности должны помещаться в пространстве, ограниченном существующей системой. Для источников питания и преобразователей постоянного тока это означает необходимость значительно большей плотности мощности и эффективности.
Именно поэтому производители ищут унифицированные решения, которые снижают затраты на разработку и минимизируют количество вариантов питания. Ключевым моментом является наличие модулей, которые можно легко адаптировать к различным требованиям к напряжению и мощности каждого приложения без перепроектирования всей электроники.
Новое семейство преобразователей постоянного тока QBE от P-DUKE, выполненное в стандартном формате четвертьблока (57,9 x 36,8 мм или 2,28 x 1,45 дюйма), позволяет заказчикам разрабатывать более компактные и мощные решения, которые можно адаптировать и масштабировать для различных применений, просто заменив модуль и модифицировав несколько внешних компонентов.
В одном из конкретных случаев заказчик хотел перепроектировать центральный блок управления дверями поезда, чтобы включить новые функции безопасности, в том числе ASDO (автоматическое селективное открытие дверей), автоматическую систему селективного открытия дверей, использующую информацию GPS. В результате внедрения этих новых функций требования к мощности удвоились, с 12 В/35 Вт до 12 В/70 Вт. Кроме того, заказчик хотел снизить затраты на разработку, используя ту же конструкцию источника питания для цепи открытия дверей, которая требовала 24 В/95 Вт.
В предыдущей системе использовался преобразователь мощностью 40 Вт с форм-фактором 2 x 1 дюйм и КПД 86% при выходной мощности 35 Вт.
Потери преобразователя составляют:
Выделяемое тепло рассеивалось в систему через поверхность модуля и дополнительный радиатор.
Новый модуль QBE75W от P-DUKE, разработанный для работы в сложных условиях эксплуатации на железной дороге, использует передовые технологии преобразования энергии и достигает КПД 91% при нагрузке 70 Вт, генерируя потери всего 6,9 Вт.
Несмотря на удвоение выходной мощности, потери увеличились всего на 20% (1,2 Вт).
Благодаря улучшенной тепловой конструкции модуля большая часть тепла может передаваться через материнскую плату к металлическому корпусу устройства, тем самым снижая тепловую нагрузку на другие электронные компоненты.
Семейство QBE доступно с различными диапазонами входного напряжения:
• 24 В (9-36 В)
• 48 В (18-75 В)
• 110 В (40-160 В)
Эти диапазоны позволяют охватывать основные напряжения, используемые в железнодорожных приложениях, включая ситуации пониженного напряжения и переходных процессов.
Почему бы не использовать один модуль, способный охватывать весь диапазон напряжений?
Конструкция с входным коэффициентом 8:1 или 12:1 затрудняет поддержание оптимальной эффективности во всем рабочем диапазоне, поскольку все компоненты должны выдерживать как высокие токи, присутствующие при низком входном напряжении, так и более высокие рабочие напряжения при высоком входном напряжении. Входной
ток рассчитывается по следующей формуле:
На этом графике показаны различные входные токи для разных рабочих напряжений, при КПД 91% и выходной мощности 70 Вт.
Очевидно, что универсальный подход к проектированию не идеален при стремлении к максимальной плотности мощности и эффективности, поскольку большинство железнодорожных систем вводятся в эксплуатацию и конфигурируются для конкретного типа поезда, где напряжение питания никогда не меняется. Это позволяет оптимизировать внешние компоненты, такие как фильтры электромагнитных помех, предохранители и разъемы, специально для каждого поезда. Таким образом, достаточно спроектировать печатную плату так, чтобы она выдерживала ожидаемые максимальные токи и различные варианты компонентов.
Как и в случае практически со всеми современными платами ЦП, плата, используемая в системе управления открыванием дверей, включает в себя модуль VRM (модуль регулятора напряжения), который генерирует низкие напряжения, необходимые для микропроцессора, от шины 12 В, в то время как оставшиеся напряжения, необходимые для памяти и интерфейсов, генерируются маломощными преобразователями постоянного тока. Из-за высоких требований к изоляции интерфейсов был выбран модуль P-DUKE с изоляцией постоянного тока 3000 В.
Для системы электрического открывания дверей, требующей 24 В/95 Вт, заказчик может заменить ранее использовавшийся модуль в виде половины кирпича на новый QBE100W, который имеет формат четверти кирпича, на 40% компактнее и обеспечивает повышение эффективности на 4%, тем самым снижая потери на 33%.
Семейство QBE предлагает выходное напряжение от 3,3 В до 54 В, с идентичными электрическими характеристиками, электромагнитной совместимостью и конструкцией печатной платы в версиях мощностью 75 Вт и 100 Вт. Это позволило разработать решение мощностью 100 Вт за несколько часов, а не недель или месяцев, без необходимости проведения обширных дополнительных испытаний или дорогостоящих процессов сертификации.
Что делать, если для приложения требуется другое выходное напряжение? Просто замените модуль на другую модель из того же семейства и отрегулируйте несколько внешних компонентов.
Блок-схема
Продукты
