可靠的鐵路系統(tǒng)，這些都必不可少！

用于鐵路交通的電子元器件必須經(jīng)受溫度變化、電磁干擾和振動(dòng)等諸多嚴(yán)苛條件，而且要具備長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年的使用壽命。

雖然機(jī)械磨損并不是電子元器件面臨的主要問題，但在鐵路應(yīng)用的惡劣環(huán)境中，電氣連接、PCB和電纜都更容易老化，因而必須開展長(zhǎng)時(shí)間的廣泛測(cè)試才能確保使用壽命。這些預(yù)防措施成本高昂，尤其是鐵路領(lǐng)域的供應(yīng)商還必須確保來自代工廠的元器件也得到檢查。EN 50155標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此進(jìn)行了全面的規(guī)定，此外AREMA標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)鐵路工程與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)）也是必須采用的。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電壓轉(zhuǎn)換器（L4級(jí)）必須確保20年正常使用，其一年定義為350至360天，每天工作時(shí)間為16至24小時(shí)。每次中斷和更換都會(huì)增加系統(tǒng)成本。隨著時(shí)間的推移，電解電容器等元件會(huì)因電介質(zhì)干涸而老化，甚至半導(dǎo)體的特性也會(huì)發(fā)生變化。光耦合器的電流傳輸比（CTR）或絕緣體的絕緣性能就是一個(gè)例子。

另一個(gè)相關(guān)規(guī)范是IEC 61373，它規(guī)定了對(duì)用于鐵路車輛的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的要求，這些設(shè)備隨后會(huì)因鐵路運(yùn)行環(huán)境的性質(zhì)而受到振動(dòng)和沖擊。

此外，鐵路應(yīng)用中的元器件還必須滿足特定的防火標(biāo)準(zhǔn)。EN 45545分三部分對(duì)鐵路應(yīng)用進(jìn)行了說明。其中，EN 45545-1包含基本定義以及軌道車輛分類的一般規(guī)則，EN 45545-2描述了不同危險(xiǎn)等級(jí)（HL1、HL2和HL3）的材料要求，EN 45545-3描述了防火屏障的耐火要求。

針對(duì)電源的檢查清單

在鐵路應(yīng)用中，電源設(shè)備在任何情況下都必須能提供穩(wěn)定可靠的電力，無論是為了運(yùn)輸用途還是為旅客提供方便。為此，有諸多因素都是需要考慮的，例如：

輸入電壓范圍

電源電壓種類繁多，而且千變?nèi)f化。觀察一下常用的電池就會(huì)發(fā)現(xiàn)，僅僅這些電池的電壓，就有24V、28V、36V、48V、72V、96V和110V，因而適合鐵路應(yīng)用的電源必須對(duì)電壓波動(dòng)有較大的承受能力。

例如，Bel Power Solutions的RFT高性能隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器就具備12:1的輸入電壓范圍（14V至160V）。

圖1：RFT系列提供寬輸入電壓范圍的10W、20W和30W單輸出選項(xiàng)，符合EN 50155和AREMA行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

工作溫度范圍

鐵路電子設(shè)備會(huì)受到高溫、霜凍和高濕度的影響，而且這些影響在一天內(nèi)和一年四季中都會(huì)有顯著變化。

抗振性

在調(diào)車過程中，高達(dá)5G的加速度并不少見。更嚴(yán)重的問題是在行駛過程中持續(xù)的振動(dòng)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械疲勞，致使模塊發(fā)生故障。EN 61373就是為防止此類故障而制定的，規(guī)定了鐵路應(yīng)用中使用的電源必須能夠承受的低振動(dòng)和沖擊強(qiáng)度。RQB-50Y 50W隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器就是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的，它采用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的1/4磚封裝和引腳排列。

EMC性能

即使在非常不利的電磁環(huán)境中，鐵路電子設(shè)備也必須能夠正常工作。一方面，它們暴露在電機(jī)和變壓器產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中；另一方面，它們還必須承受受電弓發(fā)出的干擾。

此外，旅客攜帶的手機(jī)和筆記本電腦也會(huì)成為數(shù)量眾多的額外干擾源。而易受影響的部件，如驅(qū)動(dòng)組件、電機(jī)控制單元和顯示器等，都不能因?yàn)檫@些干擾源的存在而導(dǎo)致功能受到影響。

為此，EN 50155反復(fù)引用了并列標(biāo)準(zhǔn)EN 50121-3-2“鐵路應(yīng)用—電磁兼容性—機(jī)車車輛—設(shè)備”，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輻射和傳導(dǎo)干擾規(guī)定了明確的限制，并對(duì)抗過壓和抗瞬態(tài)干擾提出了嚴(yán)格要求。要滿足這些EMC要求，就需要使用EMC濾波器來保護(hù)DC/DC轉(zhuǎn)換器，并吸收任何傳導(dǎo)輻射。

絕緣

為保護(hù)人員、旅客、機(jī)車車輛和環(huán)境，有必要采用加強(qiáng)絕緣層或雙重絕緣層。Bel Power Solutions的RDT-6Y系列6W DC-DC轉(zhuǎn)換器具有3kVAC的I/O隔離測(cè)試電壓和220μF至1,000μF的電容負(fù)載范圍。

如果要對(duì)機(jī)車車輛部件重新認(rèn)證，就需要付出高昂的成本和支出。EMC（EN 50121-3-2）振動(dòng)和沖擊（EN 61373），防火（EN 45545-2），系統(tǒng)設(shè)計(jì)變更等方面的型式認(rèn)證，對(duì)于鐵路供應(yīng)商而言是一項(xiàng)巨大的負(fù)擔(dān)。

結(jié)語

鐵路技術(shù)對(duì)長(zhǎng)壽命的要求，以及這些應(yīng)用的具體需求，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了各種困難。由可靠的制造商和分銷商提供周密的規(guī)劃和長(zhǎng)期的支持，對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)可靠的鐵路系統(tǒng)而言是必不可少的。

來源：貿(mào)澤電子