RECOM[1] 推荐的一种有效方法是用串联MOSFET来 “预调节” 电源,增加一个定时关断机制,如果浪涌持续发生MOSFET的功耗也不会超过额定值。这个方案可以作为预制浪涌抑制器的模块来处理高达300W的连续负载,也可作为分立器件使用,如图2所示。
图2:RIA 12应用的 “浪涌抑制器”设计图(文献来源RECOM)
轨道应用中的DC/DC转换器通常还需要承受EN 61000-4-x标准中定义的快速瞬态过电压。这些能量相对较低,因此简单的LC滤波器和瞬态抑制器就足够了。EN 50155还将电源中断定义成S1、S2和S3三个类别,最坏的情况是标称输入电压中断20ms但不会对性能造成影响。这通常需要DC/DC转换器外接保持电容。
跟其他大多数的应用相比,铁路车辆的设备也受到更高的冲击和振动。EN 61373标准在不同区域定义了等级,从3类安装在车轴到1类安装在车厢。在所有情况下,转换器的结构都需要坚固耐用,PCB喷上涂层并加以灌封来最大限度地减少机械应力、防止潮湿。
RECOM的DC/DC转换器系列及新收购的Power Control Systems [2]公司提供符合铁路EN 50155认证要求的许多产品,从额定8W SMD、DIP24零件到具有超宽12:1输入范围、涵盖所有的标称电压的240W砖型转换器。RECOM还提供符合EN 50155和RIA 12要求的滤波电路参考设计[3],以及常用于轨道旁边的高达10kW三相AC输入电源。
其他工业运输应用可能有类似铁路的要求
宽范围的电池输入电压也适用于其他的应用如电动叉车、混合动力汽车或UPS系统。电池标称电压在12到48V之间,但是重负荷电机在 “负载突降” 时充电电压和浪涌,会将12V系统的最大电压提高到42V甚至更高(图3)。48V系统中的电压相对更高,但是当60V被定义为最大 “安全” 电压时,可以使用如图2的浪涌抑制器电路将DC/DC输入电压钳位到最高60V。在这种安全的特低电压下,DC/DC的绝缘系统可为 “功能隔离” ,而不需要取得认证机构的更高级别的认证。在 “冷启动” 的情况下,低电压宽输入范围DC/DC是一个好方案。由于最终用途的环境无法得到很好地控制、比如,行驶在轨道上的列车,车辆位置无法确定,因此建议使用坚固耐用的器件以确保可靠性。随着电子技术进入农业和所有重型工业车辆,对宽输入范围和坚固结构的要求也是一样的。
图3:12V车辆应用中的浪涌电压(来自LV124)
汽车电源电压明确定义
道路车辆的电源电压是非常明确的,由德国汽车制造商在2013年制定的LV124是12V系统的通用标准。图3为常见的电压,转换器需要在超过4: 1输入范围内可靠工作。虽然不同的制造商有自己的解释和要求,但标准ISO 7637-2也适用于高压瞬态。可以施加高达-150V负瞬态持续2ms以及正电压如+150V持续150ns。负脉冲是由并联电感负载断电所产生的。瞬态具有相对较低的能量,可以使用LC滤波器和瞬态抑制器加以减弱。
人们越来越关注混合动力汽车的48V DC系统,因为即将在2021年实施的法规要求新登记的乘用车的二氧化碳排放需低于每公里95克。那时市场还无法转换成全电动车,因此混合动力车是大型车辆的唯一选择。具有12V和48V系统电压的系统可以提供更好的燃料消耗和排放,48V电池可在必要时提供牵引力,并为油泵和水泵等周边设备供电,这在设备为电驱动时效率更高。
48V系统具有与12V系统类似的欠压和过压百分比范围,但需要考虑将电压保持在安全的60V水平以避免额外的昂贵绝缘系统。标准VDA 320定义的级别如图4所示。
图4:汽车48V系统电压等级
如果在这些系统中使用DC/DC转换器模块,对于信息娱乐或导航应用,4:1(18-72V)输入范围可能就足够了,但该模块仍必须能够承受冲击和振动的规范,以及车辆停放在寒冷的北极或炎热的热带所带来的极大温差。
模块化DC/DC转换器需要符合交通运输系统的应用规范
交通运输对DC/DC转换器的要求可以轻松地由具有长期市场经验的RECOM及姊妹公司PCS的现成解决方案满足。广泛的产品包括在铁路应用中符合EN 50155标准的超宽12:1输入的模块,以及适用于汽车和工业车辆的坚固耐用的转换器。为了确保使用寿命和最佳性能以及满足苛刻应用的要求,RECOM的产品通过了全面的设计验证和测试,包括全部的电性能、HALT、温度循环和高温老化。
References文献
[1]RECOMwww.recom-power.com
[2]Power Control Systemshttps://www.powercontrolsystems.com
[3]RIA 12 ‘Surge stopper’ and EMI filterhttps://recom-power.com/en/products/design-tools/rec-s-R-REF04-RIA12.html?2