鐵路電源

為了解決車輛控制設備的行業套用問題， 滿足電壓波動和其他特性需求， 滿足寬電壓範圍輸入需求的電源產品。

基本介紹

• 中文名：鐵路電源
• 所屬行業：軌道交通
• 主要用途：解決車輛控制設備的行業套用問題， 滿足電壓波動和其他特性需求

鐵路電源綜述

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

助逆變器和裝有電子調壓的發電機或發電機組充電。 輔助設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， 車輛控制電子設備不應該引起功

能的改變。 為了解決車輛控制設備的行業套用問題， 滿足電壓波動和其他特性需求， 需要寬電

壓範圍輸入電源產品滿足需求。

鐵路電源

鐵路電源標準

鐵路上的車輛控制電子設備和器件， 在國際上有著嚴格的規定和管控。 在歐洲， 最常用 的

是 EN50155： 2007 標準--“鐵路設施鐵道車輛的電子設備”標準， 中國最常用的是鐵標 TB/T 3021：

2001， 而英國常用的標準為 RIA12 用於拖動及運載設備的直流控制系統中瞬態浪涌保護的通用

規範” 此規範是由鐵路工業聯會開發制定的。 歐盟標準 EN50155 與中國鐵標 TB/T3021 要求基本

一致， 而 RIA12 標準則要求車載電子設備具有專門的抗浪涌能力。

歐盟標準 EN50155 已慢慢被許多鐵路設備生產製造商認可， 標準適合於安裝在鐵道車輛用

作控制、 調整、 保護、 供電的的全部電子設備， 並涉及到蓄電池供電系統和直接與接觸系統連

接或者未連線的低壓電源， 但是不適合主電路設備。 電源模組作為匯流排電源轉換器件， 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.輸入電壓範圍需求；

2.電磁兼容需求；

3.機械需求--衝擊和振動需求；

4.溫度和濕度工作需求；

5.隔離電壓需求；

EN50155 引用的主要標準和對應的中國鐵標如下：

標準內容需求

輸入電壓範圍需求

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 種規格， 對

於沒有穩壓裝置的蓄電池供電的電子設備， 必須在 0.6VN和 1.25VN間(輔助設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， 不應引起設備的損壞， 但是設備可以不運轉。 為了滿足波動電壓範圍內使用

要求， DC/DC 電源廠家為了留有足夠的裕量， 設計的輸入電壓參數能夠在 0.6VN和 1.4VN電壓范

圍內正常工作， 並且兼容多個車載蓄電池電壓等級。

鐵路電源

額定輸入電壓範圍

輸入電壓瞬態RIA12 需求

英國鐵路標準 RIA12《拖動及運載設備的直流控制系統中瞬態浪涌保護的通用規範》 ， 標

準要求與供電電源蓄電池連線的電子設備， 必須能夠經受以下兩種波形， 尤其是對於 3.5 倍輸

入電壓， 持續時間 20mS 的浪涌電壓， 該浪涌脈衝電壓的源阻抗為 0.2Ω ， 如果考慮供電蓄電池

額定電壓為 110VDC， 那么如果只是採用單一的鉗壓器件進行防護， 很難吸收（設鉗位電壓 VC為 160VDC） 高達 W=V_N*（3.5V_N-V_C）/r*t=2475J 的能量， 一般瞬時鉗壓抑制器件很難滿足要求，

採用封裝 1.5KE 系列的 TVS 管， 瞬時能夠承受 1500W 能量， 但是只能承受 1.5J 的能量。

輸入電源中斷、 跌落

EN50155 規定， 在輸入電壓範圍內， 輸入電壓可發生 10mS 的中斷， 規定等級如下：

--S1 級 無中斷

--S2 級 10mS 中斷

並且 EN50155 規定， 在蓄電池組供電和穩定的電壓源供電的轉換期間， 可能發生中斷， 規

定等級如下：

--C1 級 在 0.6VN時， 100mS 期間不得中斷

--C2 級 中斷供電 30mS

單獨依賴模組電源廠家很難滿足 S1 級要求， 車載電子設備需要適當的外圍儲能電路來滿足

中斷需求， 可採用在電源模組前端增加儲能電容即可滿足要求。

電磁兼容需求

不同的電氣設備連線埠， 對於 EMI 的要求是不一致的， 對於蓄電池連線埠， 在頻率段 9kHz~150kHz

是沒有傳導的限值要求的。 對於 EMI 要求部分， 中國的鐵標和歐標的限值是不一致的。 表 4 為

EN50131-3-2 對蓄電池連線埠的 EMC 需求， 對於信號和通信連線埠以及過程測量和控制連線埠也需要

滿足此要求。 中國鐵標 TB/T 3034 對於傳導部分的要求為頻率段 150kHz~500KHz， 限值要求

79dBuV 準峰值 ； 頻率段 500kHz~30MHz， 限值要求 73dBuV 準峰值。

蓄電池連線埠對於 EMS 連線埠能力如表 4 所示， 需要注意的是浪涌騷擾抗擾度試驗的浪涌發生

器的內阻為 42Ω ， 而中國鐵標 TB/T 3034 對於浪涌要求是引用 IEC61000-4-5 標準中， 浪涌發

生器的放電電阻為 2Ω （差模） /12Ω （共模） 。 歐盟標準比中國鐵標標準要求弱很多。

表 4.EMI 試驗要求項目

試驗項目	限值或者試驗要求
CE emission <30MHz 150kHz~500kHz 500kHz~30MHz	99dBuV quasi-peak 93dBuV quasi-peak
RE qb at10m ＞30MHz 30MHz~230Mhz 230MHz~1GHz	40dBuV/m quasi-peak 47dBuV/m quasi-peak

表 5.EMS 試驗要求項目

傳導騷擾抗擾度	0,15 MHz … 80 MHz 10 V (r.m.s) 80 % AM, 1 kHz Performance criteria A
群脈衝	± 2 kV 5/50 ns 5 kHz Performance criteria A
浪涌	1.2 / 50 μ s ± 2 kV /42 Ω , 0.5 μ F 共模開路電壓 ± 1 kV /42 Ω , 0.5 μ F 差模開路電壓 Performance criteria B
靜電放電	± 6 kV ± 8 kV Performance criteria B

振動、 衝擊需求

根據電子設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 安裝在設定於車輛上面或者下面的設備箱內任何物體

B 級 安裝在設定於車輛上面或者下面的設備箱內任何物體

2 類 安裝在轉向架上面

3 類 安裝在軸上或者車輛輪上面系統

對於某些鐵路套用， 電子設備是懸掛在車輛的牆壁上或者置於車廂設備的箱內， 必須滿足

1 類 B 級要求。 其試驗的振動、 衝擊試驗要求如下：

表 6.衝擊、 振動要求

設備位置	性能	EN50155/IEC61373
車載電子	振動試驗要求	Category<0.3Kg 5-150Hz 5g
	衝擊試驗要求	Long./Trans./Vert.axis 5g/3g/3g 30m S/30mS/30mS

為了更容易通過衝擊和振動要求， 將 DC/DC 電源內部灌滿絕緣類環氧樹脂， 可以很容易阻

擋由於衝擊和振動帶來的機械應力。

溫度、濕度需求

機車車輛外部的環境溫度為-40℃ ~50℃， 內部靠近電子設備的空氣溫度可能處於-40℃

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

溫等影響， 印刷 PCB 板溫度範圍可到-40℃~85℃。

DC/DC 電源需要滿足嚴苛的溫度等級 TX 要求， 並且在環境溫度 85℃情況下， 不應引起電源

的熱保護和車載電子設備的性能異常。

表 7.溫度等級需求

CLASS	Column 1	Column 2	Column 3	Column 4
	車廂外溫度	車廂內溫度	車 廂 內 過 溫 （10min）	印刷版附近表面 溫度
T1	-25℃~+40℃	-25℃~+55℃	+15℃	-25℃~+70℃
T2	-40℃~+35℃	-40℃~+55℃	+15℃	-40℃~+70℃
T3	-25℃~+45℃	-25℃~+70℃	+15℃	-25℃~+85℃
TX	-40℃~+50℃	-40℃~+70℃	+15℃	-40℃~+85℃

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

為 3℃， 其最大變化溫度範圍為 40℃。 並且車輛在長距離運行時， 外界的濕度也在變化中， 需

要車載電子設備必須經受交變濕熱試驗。 車載電子設備的要求型式可靠性試驗如下：

表 8.可靠性試驗要求

試驗項目	依據標準
低溫試驗	EN60068-2-1 test Ad
高溫老化試驗	EN60068-2-2 test Bd
濕熱交變試驗	EN60068-2-30 test Db
低溫儲存試驗	EN60068-2-1

隔離耐壓需求

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

漸升壓， 將試驗電壓載入到車載電子設備上， 並在規定的等級電壓上 1min， 期間不應出現閃爍

和擊穿現象。 試驗要求電壓如表 9.

表 9.隔離電壓需求

車載蓄電池	隔離耐壓要求
24V	500VAC/50Hz/1min
48V	500VAC/50Hz/1min
72~125V	1000VAC/50Hz/1min
125~315V	1500VAC/50Hz/1min

介電試驗電壓優先取 50Hz 的交流電壓， 採用相對於交流電壓的峰值直流電壓也是等同的。

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

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

求已不能滿足其要求， 隔離耐壓至少達到 1500VAC 的要求。