鐵路電源（鐵路電源）

電源綜述

車輛控制電子設(shè)備的供電主要是通過車載蓄電池進(jìn)行供電，蓄電池可以用電池充電器、輔

助逆變器和裝有電子調(diào)壓的發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)組充電。輔助設(shè)備啟動或者電池充電器電壓波動過

程均會影響蓄電池的輸出電壓。在蓄電池的電壓波動過程中，車輛控制電子設(shè)備不應(yīng)該引起功

能的改變。為了解決車輛控制設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用問題，滿足電壓波動和其他特性需求，需要寬電

??壓范圍輸入電源產(chǎn)品滿足需求。

電源標(biāo)準(zhǔn)

鐵路上的車輛控制電子設(shè)備和器件，在國際上有著嚴(yán)格的規(guī)定和管控。在歐洲，最常用 的

是 EN50155： 2007 標(biāo)準(zhǔn)--“鐵路設(shè)施鐵道車輛的電子設(shè)備”標(biāo)準(zhǔn)，中國最常用的是鐵標(biāo) TB/T 3021：

2001，而英國常用的標(biāo)準(zhǔn)為 RIA12 用于拖動及運(yùn)載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護(hù)的通用

規(guī)范”此規(guī)范是由鐵路工業(yè)聯(lián)會開發(fā)制定的。歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN50155 與中國鐵標(biāo) TB/T3021 要求基本

一致，而 RIA12 標(biāo)準(zhǔn)則要求車載電子設(shè)備具有專門的抗浪涌能力。

歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN50155 已慢慢被許多鐵路設(shè)備生產(chǎn)制造商認(rèn)可，標(biāo)準(zhǔn)適合于安裝在鐵道車輛用

作控制、調(diào)整、保護(hù)、供電的的全部電子設(shè)備，并涉及到蓄電池供電系統(tǒng)和直接與接觸系統(tǒng)連

接或者未連接的低壓電源，但是不適合主電路設(shè)備。電源模塊作為總線電源轉(zhuǎn)換器件，前端供

電主要由車載蓄電池供電或者輔助電源供電。車載電子設(shè)備供電電源必須滿足 EN50155 需求，

其中主要有以下方面需求：

1.輸入電壓范圍需求；

2.電磁兼容需求；

3.機(jī)械需求--沖擊和振動需求；

4.溫度和濕度工作需求；

5.隔離電壓需求；

EN50155 引用的主要標(biāo)準(zhǔn)和對應(yīng)的中國鐵標(biāo)如下：

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標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容需求

車載蓄電池的額定供電電壓主要有以下幾種： 24V、 48V、 72V、 96V、 110V 等 5 種規(guī)格，對

于沒有穩(wěn)壓裝置的蓄電池供電的電子設(shè)備，必須在 0.6VN和 1.25VN間(輔助設(shè)備啟動或者蓄電

池充電電壓波動)100mS波動之間不能引起電子設(shè)備的功能改變；必須在浪涌電壓1.25VN和1.4VN

不超過 1s 間波動，不應(yīng)引起設(shè)備的損壞，但是設(shè)備可以不運(yùn)轉(zhuǎn)。為了滿足波動電壓范圍內(nèi)使用

要求， DC/DC 電源廠家為了留有足夠的裕量，設(shè)計(jì)的輸入電壓參數(shù)能夠在 0.6VN和 1.4VN電壓范

??圍內(nèi)正常工作，并且兼容多個(gè)車載蓄電池電壓等級。

額定輸入電壓范圍

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英國鐵路標(biāo)準(zhǔn)^[1]RIA12《拖動及運(yùn)載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護(hù)的通用規(guī)范》 ，標(biāo)

準(zhǔn)要求與供電電源蓄電池連接的電子設(shè)備，必須能夠經(jīng)受以下兩種波形，尤其是對于 3.5 倍輸

入電壓，持續(xù)時(shí)間 20mS 的浪涌電壓，該浪涌脈沖電壓的源阻抗為 0.2Ω ，如果考慮供電蓄電池

額定電壓為 110VDC，那么如果只是采用單一的鉗壓器件進(jìn)行防護(hù)，很難吸收（設(shè)鉗位電壓 VC

為 160VDC）高達(dá)?W=VN*（3.5VN-VC）/r*t=2475J 的能量，一般瞬時(shí)鉗壓抑制器件很難滿足要求，

采用封裝 1.5KE 系列的 TVS 管，瞬時(shí)能夠承受 1500W 能量，但是只能承受 1.5J 的能量。

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EN50155 規(guī)定，在輸入電壓范圍內(nèi)，輸入電壓可發(fā)生 10mS 的中斷，規(guī)定等級如下：

--S1 級 無中斷

--S2 級 10mS 中斷

并且 EN50155 規(guī)定，在蓄電池組供電和穩(wěn)定的電壓源供電的轉(zhuǎn)換期間，可能發(fā)生中斷，規(guī)

定等級如下：

--C1 級 在 0.6VN時(shí)， 100mS 期間不得中斷

--C2 級 中斷供電 30mS

單獨(dú)依賴模塊電源廠家很難滿足 S1 級要求，車載電子設(shè)備需要適當(dāng)?shù)耐鈬鷥δ茈娐穪頋M足

中斷需求，可采用在電源模塊前端增加儲能電容即可滿足要求。

不同的電氣設(shè)備端口，對于 EMI 的要求是不一致的，對于蓄電池端口，在頻率段 9kHz~150kHz

是沒有傳導(dǎo)的限值要求的。對于 EMI 要求部分，中國的鐵標(biāo)和歐標(biāo)的限值是不一致的。表 4 為

EN50131-3-2 對蓄電池端口的 EMC 需求，對于信號和通信端口以及過程測量和控制端口也需要

滿足此要求。中國鐵標(biāo) TB/T 3034 對于傳導(dǎo)部分的要求為頻率段 150kHz~500KHz，限值要求

79dBuV 準(zhǔn)峰值；頻率段 500kHz~30MHz，限值要求 73dBuV 準(zhǔn)峰值。

蓄電池端口對于 EMS 端口能力如表 4 所示，需要注意的是浪涌騷擾抗擾度試驗(yàn)的浪涌發(fā)生

器的內(nèi)阻為 42Ω ，而中國鐵標(biāo) TB/T 3034 對于浪涌要求是引用 IEC61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn)中，浪涌發(fā)

生器的放電電阻為 2Ω （差模） /12Ω （共模） 。歐盟標(biāo)準(zhǔn)比中國鐵標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求弱很多。

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根據(jù)電子設(shè)備在車輛中的安裝位置，可分為 3 類：

1類 安裝在車體上

A 級 安裝在設(shè)置于車輛上面或者下面的設(shè)備箱內(nèi)任何物體

B 級 安裝在設(shè)置于車輛上面或者下面的設(shè)備箱內(nèi)任何物體

2 類 安裝在轉(zhuǎn)向架上面

3 類 安裝在軸上或者車輛輪上面系統(tǒng)

對于某些鐵路應(yīng)用，電子設(shè)備是懸掛在車輛的墻壁上或者置于車廂設(shè)備的箱內(nèi)，必須滿足

1 類 B 級要求。其試驗(yàn)的振動、沖擊試驗(yàn)要求如下：

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為了更容易通過沖擊和振動要求，將 DC/DC 電源內(nèi)部灌滿絕緣類環(huán)氧樹脂，可以很容易阻

擋由于沖擊和振動帶來的機(jī)械應(yīng)力。

機(jī)車車輛外部的環(huán)境溫度為-40℃ ~50℃，內(nèi)部靠近電子設(shè)備的空氣溫度可能處于-40℃

~70℃之間變化，靠近印刷 PCB 板周圍的空氣溫度由于器件發(fā)熱等影響，必須考慮起動過程的過

溫等影響，印刷 PCB 板溫度范圍可到-40℃~85℃。

DC/DC 電源需要滿足嚴(yán)苛的溫度等級 TX 要求，并且在環(huán)境溫度 85℃情況下，不應(yīng)引起電源

的熱保護(hù)和車載電子設(shè)備的性能異常。

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為了滿足車載電子設(shè)備的過隧道要求，外部溫度迅速變化過程，要求外界溫度變化率要求

為 3℃，其最大變化溫度范圍為 40℃。并且車輛在長距離運(yùn)行時(shí)，外界的濕度也在變化中，需

要車載電子設(shè)備必須經(jīng)受交變濕熱試驗(yàn)。車載電子設(shè)備的要求型式可靠性試驗(yàn)如下：

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車載電子設(shè)備的介電試驗(yàn)（耐壓試驗(yàn)）的試驗(yàn)電壓與車載蓄電池的供電電壓相關(guān)，通過逐

漸升壓，將試驗(yàn)電壓加載到車載電子設(shè)備上，并在規(guī)定的等級電壓上 1min，期間不應(yīng)出現(xiàn)閃爍

和擊穿現(xiàn)象。試驗(yàn)要求電壓如表 9.

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介電試驗(yàn)電壓優(yōu)先取 50Hz 的交流電壓，采用相對于交流電壓的峰值直流電壓也是等同的。

也就是說 2250VDC 的隔離電壓等同于 1500VAC 的隔離電壓要求。需要特別注意的是，對于 96VDC、

110VDC 的車載蓄電池供電系統(tǒng)，其蓄電池電壓可能被充電至大于 125VDC 及以上， 1000VAC 的需

求已不能滿足其要求，隔離耐壓至少達(dá)到 1500VAC 的要求。