Insight | Vicor 亞洲季刊

國際鐵路電源標準

鐵路上應用的電器및電子設備，在國際上都有非常嚴格的規管。在歐洲，最常用的是 IEC571 "鐵路車輛上電子設備" 標準。現時稱為 EN50155 – "機車車輛用的電子設備" 標準；而在英國，則需用 RIA12。這兩個標準在很多方面很相似的，而 RIA12 標準要求有專門對抗浪湧的能力。它們規範的範圍包括：

입력전압範圍

標稱입력전압	입력 범위	瞬變
（V_N）	0.7（V_N） – 1.25（V_N）	下限（0.1s） 0.6（V_N）	上限（1s） 1.4（V_N）
24V	17 – 30V	14V	34V
36V	25 – 45V	22V	61V
48V	34 – 60V	29V	67V
72V	50 – 90V	43V	101V
96V	67 – 120V	58V	135V
110V	77 – 137V	66V	154V

電源中斷 및 更替過程
– 입력전압中斷在 10ms 內不應造成設備故障（級別 S2）
– 設備應要在電源更替過程中斷 30ms 內滿意地運作（級別 S4）

操作溫度範圍

操作溫度級別	車廂室內溫度	車廂室內過溫（10 分鐘）	電路板環境溫度
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

衝擊 및 震動 – EN 50155，IEC 571

頻率範圍：	5 至 150Hz
交岔頻率：	8.2Hz
位移幅度：	7.5mm（小於交岔頻率）
가속화：	20m/s²
衝擊：	50m/s² 半正弦波，50ms

瞬變 및 浪湧
RIA 12 規定設備必須能承受大於正常電壓 3.5 倍的過壓浪湧，浪湧持續時間標明是 20ms，源阻抗是 0.2 。
標出過壓浪湧是正常입력전압之 3.5 倍，每個입력전압的最大輸入浪湧是：

                  V_N                     3.5(V_N)
                  ——————————
                  24V                   84V
                  36V                   126V
                  48V                   168V
                  72V                   252V
                  96V                   336V
                  110V                 385V

電磁相容EN50121-3-2

機車的設備需要滿足有關的電磁相容條件，這方面主要是指兩類測試，一類是高壓高速的微秒級尖峰瞬態，另一類是傳導噪音包括共模跟差模的傳導噪音。

EFT（per EN61000-4-4，2kV，5/50 ns，frequency 5kHz）尖峰瞬態的能量並不高，一般使用瞬態吸收제너 다이오드連同一些캐패시터再加上필터的電抗作用就很有機會解決這個問題。

至於傳導噪音方面，這是跟實際應用的佈線幾何有關的。一般來說，使用低噪音的 모듈，例如Vicor的零電流諧振 모듈，把 모듈的輸入用高頻캐패시터旁路到大地， 출력也是，前面加上適當的필터如共模電感，佈線良好，就能滿足要求。

Vicor 針對鐵路應用中的能力：EN50155:2001 中對環境（EN50125-1） 및 振動/衝擊（EN61373）的滿足

由於在鐵路運輸系統裏的工作環境 및 由蓄배터리供電是比較特殊的，Vicor 能提供 24Vdc、48Vdc、72Vdc、96Vdc 및 100Vdc 입력 범위的標準 DC-DC 변환기 모듈配合不同蓄배터리供電的鐵路系統。另外，鐵路應用的環境可以是十分惡劣的，因此 Vicor 亦特別針對歐洲鐵路標準 EN50155 中要求，把 VI-200 및 Maxi DC-DC 변환기 모듈作一系列對環境（EN50125-1）및振動/衝擊（EN61373）的測試能否達標。更特別透過第三者獨立測試驗證實驗室 – NTS，做振動/衝擊測試來證明 모듈可以達標。再加上所有 모듈內均灌上特別的灌封材料，確保 모듈的抗振 및 抗衝擊能遠遠超過 EN50155 的要求（可達 50m/s²）。

在測試中，隨意在 Vicor 的 VI-200 및 Maxi、Mini、Micro 兩系列中各選一個 110Vdc 輸入的型號（各 15 個 모듈為一組）進行下列的 EN50155 各項提 및 的測試。而每組的各 모듈都是完全沒有變質地完成所有測試而達標。而整份測試報告更可在網站下載。

測試要求：

每一 모듈在送往測試前都通過工廠裏標準的出廠前 ATE 測試；
隨意性振動測試裝配（在 NTS）；
共 5grms；
50–150Hz @ 0.1725 g2/Hz；
三個互相垂直軸向；
每軸向 5 시간。
機械式衝擊測試裝配（在 NTS）；
峰值가속화：5g/2g/1g 半正弦波；
홀드업；50ms/20ms/10ms；
三個互相垂直軸向；
共 6 次衝擊。
溫度/相對습도測試；
溫度：55°C；
相對습도：95% RH；
10 시간。
작동 온도測試；
85°C 加電工作 6 시간繼而 -40°C 加電工作 2 시간。
再做工廠裏標準的出廠 ATE 測試；
結果：沒有損壞 또는 品質下降。

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應用提示

符合110V輸入鐵路應用之高能量浪湧要求

牽引 및 滾動器材之直流控制系統之瞬變 및 浪湧通用規範 – RIA12，是鐵路제조업聯會（RIA）制定，此項規格要求相關器材必需承受 20ms，相當於正常 110V 輸入之 3.5 倍之過壓，即是浪湧電壓是 385V 維持 20ms。該過壓脈衝之源阻抗是 0.2。這會表示若一拑壓器件把該浪湧拑在 160V 需消耗達 3600J 能量，而一般瞬變抑制器件只能承受數焦耳能量，故到底有什麼解決方案呢？答案是使用串接導通功率器件（適當的 MOSFET）形成有源拑位電路。

下圖是一個有源拑位電路例子示意。當發生過壓時，觸發 D2 導通從而把 Q1 柵極拑在 D2 齊納電壓，而출력전압就只能大約是 D2 電壓減去 Q1 之柵源偏壓從而보호了下游之 DC-DC 변환기。

在正常操作下，D2 並不導通，故 R3、D2 就像不存在一樣。在此很簡單就能使 Q1 在全飽및導通之低功耗狀態，就是利用 U1 之振盪信號，該信號驅動電荷泵，而它是由兩個 1N4148 二極體 및 該 470pF 캐패시터構成，所有 Vicor 之 DC-DC 변환기，包括 Maxi、Mini、Micro 및 VI-200/J00 系列都適合使用這個방법 ，請聯絡 Vicor 應用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 변환기，特別地 110V 輸入之 VI-2T-부품 #則可選擇直接利用 Gate-out 信號代替 U1，更為簡化。

符合110V輸入鐵路應用之高能量浪湧要求

Vicor之응용 정보 "利用 모듈化 DC/DC 變換器來滿足歐洲鐵路應用的標準" 有更詳盡的內容，該특집 응용 설명서還述 및 EN50155 鐵路應用之快速瞬變 및 輸入標準等內容。該筆記所示之電路圖與下圖略有差異，也能達到同樣的과도 전류 보호目的。

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成功的案例

香港地铁

香港地鐵 – 廣播 시스템
Vicor 電源 모듈具備高可靠性、多種標準 출력組合및寬 출력可調範圍的기능，
香港地下鐵路在列車改進上採用了多種VI-200/VI-J00 系統 모듈，包括緊急制動系統、
照明設備等。

最近的廣播系統更新選用了 VI-200 系統 모듈，提供 30Vdc 출력予廣播設備。

南韓最新高速客車 – KTX-II
基於優越 및 高可靠性，Vicor 的 모듈早已被廣泛應用在南韓的鐵路제조업，例如南韓最新型號高速客車（KTX-II）便應用了大量 Vicor 모듈於車上不同系統，包括驅動控制、배터리充電、列車控制 및 偵錯、靜態換流器 및 通訊系統（廣播、無線電 및 乘客資訊顯示）等。

火車鹵素前大燈
Vicor full-brick型 모듈（V110A28T400BL，110V 輸入， 출력 28V 400W）被應用在鐵路中的鹵素前大燈設計。Vicor V110 系列中的大전력 출력 모듈，正適合此類應用。

這個專案中使用Vicor 모듈，是因它廣闊的입력전압範圍：66-154Vdc 및 其可在較低儲存 및 작동 온도的기능；把 모듈的基板安裝在冷板上使設計更容易。同時，由於모듈당內部已灌膠，能承受 및 應用在強烈振動 및 衝擊的環境中（通過 EN50155 振動 및 衝擊驗證）。

火車上的 LED/LCD 顯示屏
當您使用火車時，可知道新型的 LED/LCD 顯示屏也是由 Vicor 모듈供電的？每個車室安裝的螢幕可顯示包括：下一站、終點站、新聞、天氣預報等清晰的資料。

Vicor VI-J00/ VI-200 系列中的 "T" 입력전압範圍（66V 至 160Vdc） 모듈，具高可靠性、體積少、輕巧、容易使用等기능，正適合此類應用。

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제품資訊

110V 輸入 모듈

철도 및 수송 분야에서 최고의 선택

Vicor 擁有業內最齊全的 110V 輸入 DC-DC 변환기 모듈 제품군

VI-200/J00 系列的입력 범위是 66-160V，可选출력전압由 1V 至 95V， 출력达 200W，3000Vrms 절연。

Maxi、Mini 및 Micro 系列的입력 범위是 66-154V，출력전력 50-400W，特有寬闊출력전압調節，출력전압範圍：330mV 至 52.8V 有 8 種출력전압，5 種溫度級別，6 款핀 스타일및 3 款基板款式。滿足 EN50155 震動 및 충격要求。

這些 모듈是採用先進的功率轉換、控制 및 封裝技術，令제품無論在性能表現、可靠性、靈活性 및 成本效益等均勝人一籌。 모듈採用스위칭 주파수極高的零電流 및 零電壓拓樸，令변환기的전력 밀도및효율성很高，而噪音很低。而且這些 모듈是完全灌封的，能抵受충격 및 진동，是為鐵路 및 交通運輸等要求牢固 및 可靠供電設備的應用而開發的。

기타 기능還包括配合 EN50155 規格的寬입력 범위；효율성可達 90%（高출력전압 모듈）。用戶還可以利用 Vicor 專利的智慧系統 – PowerBench™ 自行組配不同的輸入、 출력 및 封裝規格，並且可於線上即時修改。

모듈 크기	입력전압範圍	출력 전압 선택	출력전력選擇
			< 5V	5V	≥ 10V
VI-200 제품군	66 – 160V	1 – 95V	30A	150W	150W
VI-J00 제품군	66 – 160V	1 – 95V	20A	75W	100W

Module Size	입력전압	출력전압
		3.3V	5V	12V	15V	24V	28V	36V	48V
全型	66 – 154V	200W	300W	400W	400W	400W	400W	400W	400W
小型	66 – 154V	100W	150W	200W	200W	200W	200W	200W	200W
微型	66 – 154V	50W	75W	100W	100W	100W	100W	100W	100W

此外，還有기타符合 EN50155 輸入規定的 모듈。

EN50155 的輸入規格與 Vicor DC-DC 변환기方案
標稱입력전압	입력 범위	瞬變		Vicor DC-DC 모듈입력 범위（系列）
(V_N)	0.07(V_N) – 1.25(V_N)	下限(0.1s) 0.6(V_N)	上限(1s) 1.4(V_N)	VI-200	VI-J00	Maxi / Mini / Micro
24V	17 – 30V	14V	34V	V=10 – 36V⁶	V=10 – 36V¹	V24=18 – 36V⁷
36V	25 – 45V	22V	61V	2=21 – 56V²	2=21 – 56V²	– – – –
48V	34 – 60V	29V	67V	N=36 – 76V³	N=36 – 76V³	V48=36 – 75V⁸
72V	50 – 90V	43V	101V	4=55 – 100V⁴	4=55 – 100V⁴	即將推出
96V	67 – 120V	58V	135V	V=66 – 160V⁵	V=66 – 160V⁵	V110=66 – 154V⁸
110V	77 – 137V	66V	154V	V=66 – 160V⁵	V=66 – 160V⁵	V110=66 – 154V⁸

1. 下限為 18V	5. 下限為 36V
2. 18Vin 時，欠壓帶載 75%	6. 下限為 10V
3. 下限為 36V	7. 在輸入>17.9V 起動後，在입력전압降至 16Vin 時，仍可帶 75% 負載
4. 48Vin 時，欠壓帶載 75%	8. 有欠壓關機功能