鐵路應(yīng)用對電源設(shè)備有著嚴格的標準要求，其中極端的電氣環(huán)境和寬輸入電壓范圍尤為突出。

Traco Power的TEP 40UIR系列產(chǎn)品，憑借集成的保持電路設(shè)計，為鐵路電源系統(tǒng)提供了可靠且簡便的實現(xiàn)方案。

在鐵路行業(yè)，電源系統(tǒng)需要在極端條件下工作，電源可以來自受電弓、發(fā)電機或電池管理系統(tǒng)，輸入電壓范圍非常寬。例如，輕軌車輛系統(tǒng)可能需要適應(yīng)24 V、48 V、96 V或110 V的直流電壓。作為電氣設(shè)備供應(yīng)商，您需要提供一個廣泛的輸入電壓轉(zhuǎn)換器，以滿足這些多變的需求。

除了寬電壓范圍外，鐵路設(shè)備的電氣環(huán)境也充滿挑戰(zhàn)。電壓可能在額定值的60%到140%之間波動。此外，根據(jù)EN50155標準，鐵路電子設(shè)備需要在輸入電壓中斷的情況下繼續(xù)運行。如符合S3等級，設(shè)備必須在輸入電壓降至0 V并持續(xù)20毫秒時保持正常工作，這就需要一個保持電路來平衡這些中斷。

典型電源系統(tǒng)的保持電路

如今，大多數(shù)工程師會選擇符合EN50155標準的超寬輸入范圍（12:1）的DC/DC電源，以便僅通過一個產(chǎn)品滿足所有客戶需求。在輸入端添加簡單的保持電路，即可實現(xiàn)20毫秒的保持時間。

以乘客信息系統(tǒng)為例（圖1），系統(tǒng)包括顯示屏、嵌入式計算平臺和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口，功率需求約為40 W。

圖1：鐵路客車中的乘客顯示系統(tǒng)在運行中必須能夠承受極端電氣環(huán)境。

由于電容器位于電源輸入端，因此需要考慮高達154 V的電壓波動。為了確保安全余量，電容器的額定電壓需選擇200 V。然而，這會帶來成本和空間的增加。

保持電路的第一個關(guān)鍵元件是電容器C1（圖2），并需要串聯(lián)一個電阻器R1來限制浪涌電流。保持電容的最小值可以通過公式計算得出，同時考慮了元件的公差和功率轉(zhuǎn)換效率（圖3）。假設(shè)24 V的額定電壓和93%的轉(zhuǎn)換效率，保持時間20毫秒，則所需電容約為7,200 μF。

圖2：典型的輸入端保持電路

圖3：計算保持電容的公式

由于電容器位于電源輸入端，因此需要考慮高達154 V的電壓波動。為了確保安全余量，電容器的額定電壓需選擇200 V。然而，這會帶來成本和空間的增加。

具備集成保持功能的電源轉(zhuǎn)換器

考慮到鐵路應(yīng)用中的這些挑戰(zhàn)，一些 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器集成了大部分保持電路，從而簡化了實施過程。例如，Traco PowerTEP 40UIR系列是專用的 DC/DC 鐵路轉(zhuǎn)換器，其 12:1 輸入電壓范圍為 14 V 至 160 V。它們還具有一個用于保持電容器的總線引腳，可根據(jù)應(yīng)用需求確定尺寸。不過，由于總線引腳只需要 21.4 V 的預(yù)定義電壓，因此無論應(yīng)用的輸入電壓是多少，都可以使用額定電壓為 25 V 的電容器。

此外，由于保持電路是集成的，因此無需外部二極管 (D2) 和浪涌電阻（圖 4）。

圖4：集成保持電路的電源轉(zhuǎn)換器只需低電壓額定電容

使用相同的公式可簡化兩種方法的比較。我們可以假設(shè)電源轉(zhuǎn)換器效率（93%）和欠壓鎖定電壓（14.4 V）相同，僅將標稱電源電壓改為 21.4 V。這將導致保持電容略微增大，約為 10,600 μF。不過，只需采購兩個高性價比的 25 V、6,800 μF 電容器，占用的電路板空間大大減少，所需的體積也減少了約 15 倍。

專用保持功能簡化了鐵路電源設(shè)計

為鐵路應(yīng)用選擇電源轉(zhuǎn)換器極具挑戰(zhàn)性。盡管輸入電壓范圍很寬，但應(yīng)用開發(fā)人員仍希望通過選擇一種可涵蓋所有可能情況的超寬輸入電源來簡化設(shè)計工作，并降低采購困難度。然而，下一個復(fù)雜問題是滿足所需的保持時間。建立一個直接連接到電源轉(zhuǎn)換器輸入端的保持電路意味著要選擇高額定電壓的電容器。值得慶幸的是，有一些電源轉(zhuǎn)換器集成了保持功能，如 TEP 40UIR 系列。這些產(chǎn)品允許使用符合應(yīng)用要求的較低額定電壓電容器（25 V），同時降低了電容器成本，使設(shè)計更加緊湊。

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