Convertitori DC-DC per applicazioni railway

I convertitori di potenza DC-DC sono impiegati in una varietà di applicazioni, tra cui alimentatori per personal computer, apparecchiature per ufficio, sistemi di alimentazione per veicoli spaziali, computer portatili, nonché azionamenti CC in varie situazioni industriali ed automotive.  Tali dispositivi elettronici spesso contengono vari circuiti secondari, ciascuno con il proprio requisito di tensione diversa da quella fornita dalla batteria o da un alimentatore esterno (a volte superiore o inferiore alla tensione di alimentazione).  Esistono diversi metodi per ottenere la conversione della tensione DC-DC. Ciascuno di questi metodi ha i suoi vantaggi e svantaggi specifici, a seconda di una serie di condizioni operative. I nuovi convertitori della serie RP: RP08-AW, RP20-FR e RP40-FR di RECOM, con efficienza fino al 92% sono stati progettati per essere utilizzati in applicazioni ferroviarie bordo treno (rolling stock), con possibile utilizzo anche in altre applicazioni nel campo delle telecomunicazioni. I moduli compatti offrono un ampio intervallo della tensione di ingresso, con tensioni di uscita singole e duali e logica di controllo attraverso alcuni corrispondenti pin.

Introduzione

La progettazione di convertitori dc-dc segue alcune specifiche che devono essere approvate a seconda del campo applicativo.  Esempi di tali specifiche sono il range di tensione in ingresso, i valori di tensione in uscita, la potenza in uscita, l’efficienza, l’isolamento elettrico tra ingresso e uscita, standard industriali etc. Nel progettare i convertitori DC-DC completamente integrati queste specifiche rimangono generalmente rilevanti. La tecnologia utilizzata (IC), le opzioni tecnologiche e le dimensioni del convertitore e il rispetto delle normative, sono parte dominante del costo finale.  Le serie RP08-AW (8W), RP20-FR (20W) e RP40-FR (40W) certificate a fronte della UL60950-1 e EN50155 li rendono ideali per l’utilizzo in applicazioni Industriali, Telecom, Ferroviarie (Rolling Stock) dove sono richiesti alti standard di sicurezza.

Caratteristiche

I convertitori della RECOM da 20 W offrono intervalli di tensioni di ingresso 4:1 con valori di 9-36 V, 18-75 V, 43-160 V, con varianti di uscita singola e duale: da 3,3 V, 5 V, 12 V e 15 V, e da ±12 V e ±15 V. Il rendimento dell’89% e l’ampio intervallo di temperatura di lavoro da -40°C a +85°C nella versione –HC, offrono una ampia gamma di impieghi, considerando a sua volta che il raffreddamento sfrutta la convenzione naturale ma con la possibilità di utilizzare dissipatori di calore premontati (figura 1 e 2).

Figura 1: Efficienza in funzione della corrente di uscita per la serie RP20 (sinistra) e RP40 (destra)

 

Figura 2: Efficienza in funzione della Tensione di ingresso per la serie RP20 (sinistra) e RP40 (destra)

I convertitori a singola tensione di uscita offrono la funzione di regolazione della tensione di uscita a mezzo resistenza esterna. Nessuna equazione generale è utilizzata per il calcolo delle resistenze, ma vengono fornite delle tabelle con valori tipici, come quella per la serie RP20-xx3.3SF riportata nella tabella 1. Se sono richieste tensioni intermedie è necessario estrapolare tra i due più vicini valori dati per elaborare il resistore richiesto (Figura 3 e tabella 1).

fig3_recom

Figura 3: Trim up e Trim down

 

Trim up 1 2 3 4 5
Vout (V) 3.333 3.366 3.399 3.432 3.465
Ru (Ω) 385.07 191.51 126.99 94.73 75.37
Trim down 1 2 3 4 5
Vout (V) 3.267 3.234 3.201 3.168 3.135
Rd (Ω) 116.72 54.78 34.13 23.81 17.62

Tabella 1: Valori per le resistenze Ru e Rd della figura 3 per la serie RP20-XX3.SF

 

MTBF, MTTR, MTTF sono termini di affidabilità sulla base di metodi e procedure per il ciclo di vita e le previsioni per un prodotto. Spesso i clienti devono includere i dati di affidabilità per determinare quale prodotto acquistare per la loro applicazione. MTBF (Mean Time Between Failure), MTTR (Mean Time To Riparazione), MTTF (Mean Time To Failure) e FIT (Failure In Time) sono modi di fornire un valore numerico sulla base di una raccolta di dati per quantificare un tasso di fallimento. Il valore numerico MTBF per la serie RP20 è espresso come MIL-HDBK-217F in 1523 x 103 ore, a differenza della serie RP40  con 907.3 x 103 ore.  Nelle tabelle 1 e 2 riportiamo alcune caratteristiche principali dei due convertitori serie RP20 e RP40.

Parametro Condizione Valore
Short Circuit Protection (SCP) Continuos, automatic recovery
Over Voltage Protection (OVP) Zener diode clamp 3.7VDC - 5.4VDC ; 5.6VDC - 7.0VDC ; 13.5VDC - 19.6VDC ; 16.8VDC - 20.5VDC
Over Load Protection (OLP) % loud rate 150 % typ.
Tensione di isolamento I/P to O/P I/P to O/P  case 1.6 kVDC/1 minute
Resistenza di isolamento 500 VDC 1 GΩ min.
Capacita di isolamento 3000 pF max.

Tabella 1: Caratteristiche del convertitore DC-DC serie RP20

 

Parametro Condizione Valore
Short Circuit Protection (SCP) Continuos, automatic recovery
Over Voltage Protection (OVP) Zener diode clamp 3.9VDC ; 6.2VDC ; 15VDC ; 20VDC ; 30VDC
Over Load Protection (OLP) % loud rate, Hiccup Mode 150 % typ.
Tensione di isolamento 110V input, I/P to O/P I/P to O/P I/P to O/P to case 1.6 kVDC/1 minute - 3 kVDC/1 minute
Resistenza di isolamento 500 VDC 1 GΩ min.
Capacita di isolamento 1500 pF max.

Tabella 2: Caratteristiche del convertitore DC-DC serie RP40

Per il rispetto della normativa relativa alla compatibilità elettromagnetica (EMC) di livello A e B e della normativa EN61000-4-4 e -4-5 sia per ambiente industriale che ferroviario delle serie RP40-FR, RP20-FR e RP08-AW, Recom indica sui datasheet a pag 7 l’utilizzo di componenti esterni in ingresso (Figura 4 e 5). Per maggiori dettagli è preferibile consultare le specifiche tecniche reperibili al sito www.recom-power.com.

Figura 4: EMC Filtering Class A - Railway (RP40)

Figura 4: EMC Filtering Class A - Railway (RP40)

Figura 5: EMC Filtering Class A - Railway (RP20)

Figura 5: EMC Filtering Class A - Railway (RP20)

Considerazioni e conclusioni

La RECOM offre una soluzione in ambito railway con i nuovi convertitori DC-DC della serie RP: RP08-AW, RP20-FR e RP40-FR.  La funzione di qualsiasi modulo convertitore è quella di soddisfare varie condizioni di sistema tra cui l'isolamento tra i circuiti primari e secondari, una protezione contro gli effetti dei guasti, corto circuito o surriscaldamento, le prestazioni o la legislazione EMC. Alcuni dei più importanti criteri di progettazione nei DC / DC sono le metodologie coinvolte nel ciclo di feedback di compensazione. Se i parametri del circuito di retroazione non sono stati calcolati correttamente, il convertitore può presentare instabilità. L’anello di retroazione in un convertitore DC / DC ha l'obiettivo di mantenere l'uscita ad un valore fisso indipendentemente dal carico, dalla tensione di ingresso e da variazioni ambientali.

 

Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 22 settembre 2016

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