В целом, современные преобразователи постоянного тока способны справляться с отклонениями падения входного напряжения. Однако при прерывании электропитания все подключенные устройства немедленно отключатся.
Стандарт EN 50155 (Железнодорожные приложения — Подвижной состав — Электронное оборудование) описывает два состояния: прерывание электропитания и переключение, при которых входное напряжение падает до нуля на 10–30 мс. Прерывание подачи питания приведет к временной остановке работы любого преобразователя постоянного тока, даже на короткий период в 10–30 мс, и все подключенные нагрузки потеряют свою работоспособность. Затем оборудование потребуется перезапустить в течение нескольких секунд или минут. Этот процесс отключения и перезапуска может быть опасен для движущегося поезда. Таким образом, стандарт EN 50155 также четко указывает, что прерывание питания и переключение S2, S3 и C1 должны соответствовать критерию A. C2 должен соответствовать критерию B. (Критерий A означает, что при возникновении данного состояния устройство продолжает выполнять свои функции. Критерий B означает, что допускается временное снижение производительности.) Для предотвращения проблем, вызванных прерыванием питания и переключением, на входе необходимо установить дополнительные конденсаторы для обеспечения питания во время прерываний.
Рис. 1: Прерывание питания и переключение.
Расчет необходимой емкости резервного конденсатора основан на фактической выходной мощности и КПД преобразования, входном напряжении и пороге блокировки при низком напряжении. Емкость может быть увеличена в 1,5 раза или на соответствующий запас для предотвращения отказов резервного конденсатора из-за допусков компонентов. Алюминиевые электролитические конденсаторы известны как одни из наиболее уязвимых компонентов.
Учитывая суровые условия эксплуатации на железной дороге, рекомендуется использовать электролитические конденсаторы с рабочей температурой 125 °C и длительным сроком службы, а также выбирать продукцию проверенного производителя. Большая емкость резервных конденсаторов приведет к относительно высокому пусковому току при подаче питания. Следует избегать прямого подключения к шине питания. Для ограничения и уменьшения этого пускового тока рекомендуется использовать параллельное соединение силового резистора и диода.
Ещё одна проблема заключается в том, что спецификация напряжения конденсатора основана на различных системах железнодорожных батарей (24, 36, 48, 72, 96 и 110 В постоянного тока), при этом коэффициент напряжения умножается на 1,4 для обеспечения соответствующего запаса. Поскольку в разных странах используются разные системные напряжения, требуются разные модели преобразователей постоянного тока и конденсаторов. Разработка различных плат питания и поддержание большого запаса различных моделей, модулей и конденсаторов постоянного тока — трудоёмкий процесс.
Рис. 2: Идеальное решение для железнодорожных применений.
Наш производитель P-DUKE и компания Electrónica OLFER недавно представили серии QAE и HAE со сверхшироким диапазоном входного напряжения. Это модели QAE40/60/100U и HAE150/200U, обеспечивающие выходную мощность от 40 Вт до 200 Вт и входное напряжение 14-160 В постоянного тока (12 В постоянного тока через 100 мс/185 В постоянного тока через 1 с), охватывающие все стандартные напряжения для железнодорожных применений.
Эти серии имеют многоуровневую защиту (OCP, SCP, UVP, OVP, OTP и т. д.) и сертифицированы по стандартам IEC/UL/EN 62368-1, EN50155 и EN45545-2. Улучшенная функция удержания напряжения в серии HAE-U обеспечивает повышенное напряжение нагрузки через вывод BUS. Это снижает требуемую емкость удержания для входных напряжений ниже 80 В. Усовершенствованная функция удержания напряжения в серии QAE-U запатентована и обеспечивает фиксированное напряжение зарядки, позволяя использовать конденсатор с одинаковой емкостью и номинальным напряжением для разных напряжений питания. Эти преобразователи предлагают уникальное и комплексное решение, отвечающее требованиям любой страны, что позволяет экономить время и средства на этапе разработки.
Серии QAE и HAE: DC/DC преобразователи со сверхшироким входным диапазоном для железнодорожного и промышленного применения
Автор: Антонио Ше, инженер по применению продукции компании P-DUKE.
Перевод: отдел маркетинга компании OLFER Electronics.
