國際鐵路電源標準

鐵路上應用的電器和電子設備，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：

輸入電壓範圍

標稱輸入電壓 輸入範圍 瞬變
（VN） 0.7（VN） – 1.25（VN） 下限（0.1s） 0.6（VN） 上限（1s） 1.4（VN）
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

電源中斷及更替過程
–  輸入電壓中斷在 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

衝擊及震動 – 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）
加速度： 20m/s2
衝擊： 50m/s2 半正弦波，50ms

瞬變及浪湧
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 ohm。
標出過壓浪湧是正常輸入電壓之 3.5 倍，每個輸入電壓的最大輸入浪湧是：

                  VN                     3.5(VN)
                  ——————————
                  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，一般使用瞬態吸收穩壓管連同一些電容再加上濾波器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，使用低噪音的模組，例如Vicor的零電流諧振模組，把模組的輸入用高頻電容旁路到大地，輸出也是，前面加上適當的濾波器如共模電感，佈線良好，就能滿足要求。

電磁兼容

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


由於在鐵路運輸系統裏的工作環境及由蓄電池供電是比較特殊的，Vicor 能提供 24Vdc、48Vdc、72Vdc、96Vdc 及 100Vdc 輸入範圍的標準 DC-DC 轉換器模組配合不同蓄電池供電的鐵路系統。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 和 Maxi DC-DC 轉換器模組作一系列對環境（EN50125-1）和振動/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/衝擊測試來證明模組可以達標。再加上所有模組內均灌上特別的灌封材料，確保模組的抗振及抗衝擊能遠遠超過 EN50155 的要求（可達 50m/s²）。

在測試中，隨意在 Vicor 的 VI-200 及 Maxi、Mini、Micro 兩系列中各選一個 110Vdc 輸入的型號（各 15 個模組為一組）進行下列的 EN50155 各項提及的測試。而每組的各模組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：
    已被認證並附 EN50155 測試報告
  • 每一模組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 小時。
  • 機械式衝擊測試裝配（在 NTS）；
    峰值加速度：5g/2g/1g 半正弦波；
    維持時間；50ms/20ms/10ms；
    三個互相垂直軸向；
    共 6 次衝擊。
  • 溫度/相對濕度測試；
    溫度：55°C；
    相對濕度：95% RH；
    10 小時。
  • 工作溫度測試；
    85°C 加電工作 6 小時繼而 -40°C 加電工作 2 小時。
  • 再做工廠裏標準的出廠 ATE 測試；
  • 結果：沒有損壞或品質下降。

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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

牽引及滾動器材之直流控制系統之瞬變及浪湧通用規範 – RIA12，是鐵路工業聯會（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，即是湧流電壓是 385V 維持 20ms。該過壓脈衝之源阻抗是 0.2ohm。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，而輸出電壓就只能大約是 D2 電壓減去 Q1 之柵源偏壓從而保護了下游之 DC-DC 轉換器。

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 在全飽和導通之低功耗狀態，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 二極管及該 470pF 電容構成，所有 Vicor 之 DC-DC 轉換器，包括 Maxi、Mini、Micro 及 VI-200/J00 系列都適合使用這個方法，請聯絡 Vicor 應用工程部。而使用 Vicor 之 VI-200/J00 DC-DC 轉換器，特別地 110V 輸入之 VI-2T- 型號則可選擇直接利用 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之應用筆記 "利用模組化 DC/DC 變換器來滿足歐洲鐵路應用的標準" 有更詳盡的內容，該應用筆記還述及 EN50155 鐵路應用之快速瞬變及輸入標準等內容。該筆記所示之電路圖與下圖略有差異，也能達到同樣的瞬變保護目的。

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成功的案例

香港地铁


香港地鐵 – 廣播系統
Vicor 電源模組具備高可靠性、多種標準輸出組合和寬輸出可調範圍的特性，
香港地下鐵路在列車改進上採用了多種VI-200/VI-J00 系統模組，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 系統模組，提供 30Vdc 輸出予廣播設備。

 

南韓最新高速客車

 

南韓最新高速客車 – KTX-II
基於優越及高可靠性，Vicor 的模組早已被廣泛應用在南韓的鐵路工業，例如南韓最新型號高速客車（KTX-II）便應用了大量 Vicor 模組於車上不同系統，包括驅動控制、電池充電、列車控制及偵錯、靜態換流器及通訊系統（廣播、無線電及乘客資訊顯示）等。

 


火車鹵素前大燈
火車鹵素前大燈
Vicor 全磚型模組（V110A28T400BL，110V 輸入，輸出 28V 400W）被應用在鐵路中的鹵素前大燈設計。Vicor V110 系列中的大功率輸出模組，正適合此類應用。

這個專案中使用Vicor 模組，是因它廣闊的輸入電壓範圍：66-154Vdc 及其可在較低儲存及工作溫度的特性；把模組的基板安裝在冷板上使設計更容易。同時，由於每個模組內部已灌膠，能承受及應用在強烈振動及衝擊的環境中（通過 EN50155 振動及衝擊驗證）。

 


火車上的LED/LCD顯示屏

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 模組供電的？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" 輸入電壓範圍（66V 至 160Vdc）模組，具高可靠性、體積少、輕巧、容易使用等特性，正適合此類應用。

 

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產品資訊

110V 輸入模組

鐵路及交通應用的當然選擇

Vicor 擁有業內最齊全的 110V 輸入 DC-DC 轉換器模組系列

VI-200/J00 系列的輸入範圍是 66-160V，可选輸出電壓由 1V 至 95V，輸出達 200W，3000Vrms 隔離。

铁路應用的110V輸入模組

Maxi、Mini 及 Micro 系列的輸入範圍是 66-154V，輸出功率 50-400W，特有寬闊輸出電壓調節，輸出電壓範圍：330mV 至 52.8V 有 8 種輸出電壓，5 種溫度級別，6 款引腳款式和 3 款基板款式。滿足 EN50155 震動及撞擊要求。

這些模組是採用先進的功率轉換、控制及封裝技術，令產品無論在性能表現、可靠性、靈活性及成本效益等均勝人一籌。模組採用開關頻率極高的零電流及零電壓拓樸，令轉換器的功率密度和效率很高，而噪音很低。而且這些模組是完全灌封的，能抵受撞擊及震動，是為鐵路及交通運輸等要求牢固及可靠供電設備的應用而開發的。

其他特性還包括配合 EN50155 規格的寬輸入範圍；效率可達 90%（高輸出電壓模組）。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、輸出及封裝規格，並且可於線上即時修改。



模組大小 輸入電壓範圍 輸出電壓選擇 輸出功率選擇
      < 5V 5V ≥ 10V
VI-200 系列 66 – 160V 1 – 95V 30A 150W 150W
VI-J00 系列 66 – 160V 1 – 95V 20A 75W 100W

 

模組尺寸 輸入電壓 輸出電壓
    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
       * 另有72V及28V輸入模組


此外，還有其他符合 EN50155 輸入規定的模組。

 

EN50155 的輸入規格與 Vicor DC-DC 轉換器方案
標稱輸入電壓 輸入範圍 瞬變 Vicor DC-DC 模組輸入範圍（系列）
(VN) 0.07(VN) –
1.25(VN)		 下限(0.1s)
0.6(VN)		 上限(1s)
1.4(VN)		 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 V28=10 – 36V7
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 V72=43 – 110V8
96V 67 – 120V 58V 135V T=66 – 160V5 T=66 – 160V5 V110=66 – 154V8
110V 77 – 137V 66V 154V T=66 – 160V5 T=66 – 160V5 V110=66 – 154V8

** TB/T 3021-2001 中不含 36V 蓄電池供電。


1. 下限為 18V 5. 下限為 66V
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，在輸入電壓降至 16Vin 時，仍可帶 75% 負載
4. 48Vin 時，欠壓帶載 75% 8. 有欠壓關機功能

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Vicor銷售工具

Vicor 鐵路應用指南 -
Vicor 電源元件是鐵路應用的理想方案，而現在我們的產品幾乎用於所有亞洲及歐洲鐵路網。

小測驗

贏取一個512MB USB磁盤!

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數獨遊戲在9x9的方格內進行，分為3x3的小方格，被稱為“區”：

數獨遊戲的目的是根據下列規則，用1至9之間的數字填滿空格，一個格子只能填入一個數字

每個數字在每一行、每一列和每一區只能出現一次。

請於2008年1月1日前把答案連同你的姓名、郵遞位址和聯絡電話電郵到vicorhk@vicr.com，電郵標題請注明 "Quiz9"。所有參賽者提交正確答案將會進入抽獎，各得獎者能贏取一個Vicor 512MB USB磁盤*。

祝君好運!

* 比賽均不開放與Vicor員工或經銷商

恭喜 Quiz8 得獎者 – 新竹市的 Eagle Chen。

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