轨道交通的电源解决方案

只看该作者 · 2016-12-23 09:05

轨道交通的电源解决方案

摘要：目前，中国拥有世界上规模最大的高速铁路网络，2万公里的运行里程进入世界的前列。高铁和地铁的建设和发展，全面提升了中国路网质量，并使得区域经济得以进一步协调发展，自主知识产品的高铁系统，在全球取得了领先的地位，并在不断挑战科技和自然环境的各种极限。这一次次世界瞩目的成绩，使得中国的轨道交通不断的走出中国，走向世界。电源设备作为轨道交通大多设备的核心，发挥着至关重要的作用。金升阳电源助力轨道交通，为您提供多种高可靠，符合铁标认证的的电源选择方案。
关键词：轨道交通、铁路电源、EN50155、MORNSUN

1、引言

城市及城市间轨道交通作为安全、高效、环保的大容量交通方式，今年在我国得到了迅猛发展，由此带动城轨高铁装备产业高速增长。铁路上应用的电器和电子设备，在中国和国际上都有非常严格的规管。在欧洲，最常用的是 EN50155 –“机车车辆用的电子设备”标准；在英国，则需用 RIA12，RIA12 标准要求有专门对抗浪涌的能力要求。在中国常用的标准是TB/T3021-2001-“铁道机车车辆电子装置”，TB/T3058-2002-“铁路应用-机车车辆设备、冲击和振动试验”，TB/T3034-2002-“机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值”。但是欧洲、英国、中国的标准在许多方面很相似。

2、EN50155铁路标准主要要求
我司的铁路电源主要是参考欧标EN50155设计的，标准的主要要求如下：

2.1 输入电压范围

标称输入电压 (Vin)	输入范围 0.7(Vin) – 1.25 (Vin)	瞬变下限下限 (0.1s) 0.6 (Vin)	瞬变上限上限 (1s) 1.4 (Vin)
24V	17 – 30V	14V	34V
48V	34 – 60V	29V	67V
72V	50 – 90V	43V	101V
96V	67 – 120V	58V	135V
110V	77 – 137V	66V	154V

2.2 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 10ms 内满意（不通顺，感觉）地运作（级别 S4）

2.3 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

2.4 冲击及震动（采用标准EN50155和IEC61373：2010标准）
技术要求：1类B级

频率范围	5 至 150Hz
振动时间	Z、X、Y3个垂直的轴，每轴5小时
加速度	Z轴5.72m/s2，X轴2.55m/s2，Y轴 3.96m/s2
冲击	峰值加速度：Z轴30m/s2，X轴30m/s2，Y轴50m/s2；半正弦脉冲，30ms

2.5 隔离耐压要求

输入电压	隔离耐压要求
24V	500VAC/50Hz，1min
48V	500VAC/50Hz，1min
72V-125V	1000VAC/50Hz，1min

3、轨道交通电源解决方案
方案一：电源在地铁塞拉门控制器的应用
所谓塞拉门主要是指具有塞和拉两种动作的车门。即门关闭时是由车内或车外塞入车门口处，使之关闭、密封；门开启时，当门移开门口一定距离后，能延车体内侧或外侧滑动。铁路客车的塞拉门分为内塞拉门和外塞拉门两种。分别由车内或车外塞入门口处。日本采用内塞拉门，欧、美一些国家大多采用外塞拉门，我国目前采用的是外塞拉门。

图1 地铁塞拉门示意图

塞拉门常用于地铁车门、列车车门等。而拉塞门控制器是将门状态、安全监测、紧急开关等信息后发给驾驶室。驾驶室向各级车厢的车门控制器发送指令，控制器驱动电机正转或反转来实现塞拉门的开启与关闭。

图2 拉赛门控制器电源解决方案

如图所示，车载供电系统为110VDC，通过MORNSUN的两个10W铁路专用电源模块URB1D05LMD-10WR3及URB1D15LMD-10WR3为CPU提供5VDC，为电机驱动芯片提供15VDC，两路实际功率约6~8W。为保证电气安全及共模干扰防护能力，塞拉门控制器内部，CPU系统应该与电机、信号采集等设备隔离开来，选用两个电源模块所组成的电源系统，可实现各部分电路之间的电气隔离。
金升阳URB1DxxLMD-10WR3系列电源，根据欧标EN50155设计，其零件被密闭的金属材料外壳封装起来，兼备优越的散热性能与良好的防辐射能力，按加强绝缘设计，隔离耐压满足2250VDC，40-160VDC超宽电压输入，可满足标称72V，96V，110V的供电系统。

方案二：电源模块在高铁商务座椅的应用
高铁的商务座座椅可实现由坐姿到半躺、平躺状态的一键转换功能，也可在断电情况下实现手动复位。坐姿时可使用茶桌；座椅的任意姿态均可使用阅读灯及影视系统；设呼唤按钮；座椅在列车调向时可实现180°旋转，使乘客获得舒适享受的乘车体验。

图3 高铁商务座椅示意图

商务座座椅电动控制系统主要由座椅开关和位置传感器、电子控制器ECU、执行机构的驱动电动机三大部分组成。开关和位置传感器包括座椅各位置（底座、靠背、腰部）的电动开关、座椅各位置传感器；执行机构主要包括座椅调整的驱动电动机等，而且这些电动机均可灵活地进行正反转，以执行各种座椅的调整功能。

图4 高铁商务座椅电源解决方案

铁路电源供电电压为110VDC，通过金升阳URF1D24QB-100W专用铁路电源模块提供24VDC主电源，其主要给垂直电机、倾斜电机和滑动电机供电，另外给另一路通过金升阳非隔离的K7805-500R3 DC/DC电源变换为5VDC作为电子控制器的供电电压，以及为位置传感器提供电源。

4、URB1DxxLMD-10WR3铁路专用系列模块电源简介
URB1DxxLMD-10WR3系列产品输出功率为10W，40-160VDC超宽电压输入，可满足标称72V、96V、110V的供电系统，隔离电压2250VDC，允许工作温度-40℃~+85℃，具有输入欠压、输出电路、过流、过压保护功能，并满足加强绝缘设计，广泛应用于铁路系统及关联设备中。

产品特点：

 超宽输入电压范围（4:1）: 40 -160VDC
 效率高达85%

 满足2250VDC加强绝缘等级隔离耐压 工作温度：-40℃~+85℃
 低纹波噪声
输入欠压保护，输出短路、过流、过压保护

 A2S(接线式）和A4S（导轨式）产品具有输入防反接保护

5、URF1Dxx-100W铁路专用系列模块电源简介
该系列是为铁路电源领域涉及的一款高性能产品，输出功率100W,无最小负载要求，拥有标准66-160V输入铁路输入范围，基板允许温度高达100℃，具有输入欠压保护、输出过压保护、短路保护、过流保护、过温保护、远程遥控及补偿、输出电压调节等功能，通过EN50155铁路标准测试。广泛运用于铁路系统及关联设备中。

产品特点：
 宽输入电压范围：66-160V
 效率高达92%
 低空载功耗
 隔离电压：3000VDC
 工作温度：-40℃~+100℃
 国际标准1/4砖
 通过铁路机车标准EN50155测试
 具有输入欠压保护，输出过压保护，过流保护，短路保护，过温保护

6、K78(L)xx-500R3非隔离电源介绍
K78(L)xx-500R3系列是高效的开关稳压器，是LM78xx系列三端线性稳压器的理想代替品。它具有效率高，空载功耗低，短路保护功能等特性，同时在使用中无需外加散热片，可支持负输出。产品可广泛应用于工控、电力、仪表等多个行业。其中K78Lxx-500R3是裸板的经济型开关稳压器。

产品特点：
 效率高达95%
 空载输入电流低至0.2mA
 工作温度：-40℃~+85℃
 支持负输出
 引脚与LM78xx系列兼容
 通过UL60950、EN60950认证

7、总结
随着轨道交通在中国及全球的不断迅速发展，对核心的电源器件高可靠性要求不断提高，同时也对环境试验及EMC试验加严要求。金升阳凭借技术平台优势和自主创新能力精心研发的铁路专用电源为轨道交通行业产品的供电设计带来便利，更专业更可靠。