Prosta implementacja podtrzymania zasilania (hold-up) w systemach kolejowych

Aplikacje kolejowe, podobnie jak większość branż, muszą spełniać liczne normy. Jeśli wcześniej nie analizowałeś tych wymagań, mogą Cię zaskoczyć ekstremalne warunki elektryczne, w jakich urządzenia muszą pracować.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Zasilanie może pochodzić z pantografu, generatora lub systemu zarządzania baterią, a zakres napięcia wejściowego jest wyjątkowo szeroki. Na przykład systemy dla lekkich pojazdów szynowych mogą być projektowane do pracy przy nominalnych napięciach stałych 24 V, 48 V, 96 V lub 110 V. Jako dostawca takiego sprzętu warto objąć cały ten zakres jednym przetwornikiem o szerokim zakresie wejściowym.

Dodatkowym wyzwaniem jest środowisko elektryczne. Napięcie zasilania może się wahać od 0,6 do 1,4 wartości nominalnej. Oznacza to, że pojedynczy system musi obsługiwać zakres od 14 V do 154 V. Do tego dochodzą przerwy w zasilaniu określone w normie EN50155 – Zastosowania kolejowe – Tabor – Urządzenia elektroniczne. Jeśli wymagana jest klasa S3, urządzenie musi działać prawidłowo nawet przy spadku napięcia wejściowego do 0 V przez 20 ms. Wymaga to zastosowania układu podtrzymania (hold-up), który zapobiega takim przerwom.

Typowy zasilacz z układem podtrzymania

Obecnie większość inżynierów wybiera przetwornice DC/DC o ultraszerokim zakresie wejściowym 12:1, zatwierdzone zgodnie z EN50155. Dzięki temu jeden produkt może zostać przetestowany, certyfikowany i stosowany we wszystkich aplikacjach. Aby zapewnić wymagane 20 ms podtrzymania, do wejścia dodaje się prosty układ.

Przykładowo rozważmy przetwornicę dla systemu informacji pasażerskiej (wyświetlacz, platforma obliczeniowa, interfejs sieciowy). Nominalna moc systemu wynosi 40 W.

Pierwszym elementem jest kondensator C1. Aby ograniczyć prąd rozruchowy, stosuje się rezystor szeregowy R1. Musi on być jednak dobrany tak, aby kondensator mógł się ponownie naładować w rozsądnym czasie przed kolejnym zanikiem zasilania. Potrzebne są także dwie diody:

  • D2 zapewnia dostarczenie energii z kondensatora podczas zaniku zasilania, 
  • D1 chroni układ przed odwrotną polaryzacją. 

Minimalną wymaganą pojemność kondensatora można obliczyć z odpowiedniego wzoru. Uwzględnia on współczynnik 1,5 (tolerancje elementów), najgorszą sprawność przetwornicy, moc nominalną, napięcie nominalne, minimalne napięcie pracy oraz wymagany czas podtrzymania.

Dla napięcia nominalnego 24 V, UVLO 14,4 V i sprawności 93% wymagana minimalna pojemność wynosi około 7200 µF.

Ponieważ kondensator znajduje się na wejściu przetwornicy, musi wytrzymać przejściowe napięcia nawet do 154 V. Dlatego stosuje się kondensatory o napięciu znamionowym 200 V. Aby uzyskać odpowiednią pojemność, łączy się wiele elementów, np. 16 kondensatorów 470 µF. To jednak zajmuje dużo miejsca i zwiększa koszty.

Przetwornice z wbudowaną funkcją hold-up

Aby rozwiązać te problemy, niektóre przetwornice DC/DC integrują większość układu podtrzymania. Przykładem jest seria Traco Power TEP 40UIR – przetwornice kolejowe o zakresie wejściowym 14–160 V (12:1).

Posiadają one pin Bus do podłączenia kondensatorów podtrzymujących. Ponieważ wymaga on tylko napięcia 21,4 V, można stosować kondensatory o napięciu 25 V – niezależnie od napięcia wejściowego.

Dodatkowo, dzięki integracji:

  • nie jest potrzebna dioda D2, 
  • nie jest wymagany rezystor ograniczający prąd rozruchowy. 

Przy tych samych parametrach (sprawność 93%, UVLO 14,4 V), ale napięciu nominalnym 21,4 V, wymagana pojemność wynosi około 10 600 µF. Jednak wystarczą tylko dwa kondensatory 6800 µF / 25 V, co oznacza:

  • znacznie mniejszą powierzchnię na PCB, 
  • nawet 15 razy mniejszą objętość rozwiązania, 
  • niższy koszt. 

Dedykowane wsparcie podtrzymania (hold-up) upraszcza projektowanie zasilaczy dla kolejnictwa

Dobór przetwornic dla aplikacji kolejowych jest wymagający. Projektanci dążą do uproszczenia systemów, wybierając uniwersalne przetwornice o szerokim zakresie wejściowym. Jednym z kluczowych wyzwań jest spełnienie wymagań dotyczących podtrzymania zasilania.

Klasyczne rozwiązanie wymaga kondensatorów o wysokim napięciu, co zwiększa koszty i rozmiary układu. Przetwornice z wbudowaną funkcją hold-up, takie jak TEP 40UIR, pozwalają zastosować tańsze kondensatory niskonapięciowe (25 V), co upraszcza projekt, zmniejsza rozmiary i obniża koszty całego systemu.

Źródło: Amtek Polska Sp. z o.o.

Więcej na amtek.pl
Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Recykling akumulatorów litowo-jonowych
Dobór przekaźników do bezpiecznych stacji ładowania BEV - normy, wymagania i rozwiązania
Analog Devices negocjuje przejęcie Empower Semiconductor za 1,5 mld dolarów
Wydajne zasilacze prądu stałego: seria PRObas firmy Weidmüller
Kompensacja mocy biernej
Jak kompensować moc bierną w małej firmie, by płacić mniej za energię bierną?
Przełom w zasilaniu czy nowa iluzja - realme wprowadza baterię o pojemności 10 001 mAh
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Produkcja elektroniki
Laserowe wycinanie mikrodetali ze stali nierdzewnej i mosiądzu
Komponenty
Cewki powietrzne POLFER – konstrukcje, zastosowania i produkcja na zamówienie
Pomiary
Systemy rejestracji czasu pracy – technologie identyfikacji i kryteria wyboru
PCB
Jak wyeliminować błędy w produkcji PCB? Zasady DFM i DRC w praktyce
Komunikacja
Switche Moxa TWS-3010: Single Pair Ethernet i Ethernet-APL w automatyce przemysłowej
Komponenty
Architektura Intel Twin Lake: wydajne komputery SBC z chłodzeniem pasywnym dla przemysłu
Zobacz więcej z tagiem: Zasilanie
Gospodarka
Unia Europejska zaostrza przepisy w kwestii baterii
Gospodarka
Flex przejął EPC Power. Wzmacnia ofertę zasilania dla centrów danych AI
Nowości
Zasilacze z wbudowanym wyłącznikiem zabezpieczającym – optymalizacja szaf sterowniczych

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów