Plug & Play DC/DC-Wandler-Designs für Bahnanwendungen

„Plug & Play“ bezeichnet ein Produkt, das alle Anforderungen für den Betrieb einer Anwendung erfüllt, ohne dass der Benutzer zusätzlichen Aufwand betreiben muss.

Grundsätzlich müssen Plug & Play-Produkte für Bahnanwendungen in der jeweiligen Betriebsumgebung zuverlässig funktionieren. Im Gegensatz zu einer Stromversorgung für Verbraucher, die in der geschützten Umgebung eines Hauses oder Büros eingesetzt wird, muss ein DC/DC-Wandler für die Eisenbahn über viele Jahre hinweg unter extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Stößen und Vibrationen zuverlässig arbeiten. Die Stromversorgung muss die Anforderungen der Norm EN50155 sowie aller zugehörigen Vorschriften erfüllen. Diese Norm legt Leistungsanforderungen für elektronische Geräte in Schienenfahrzeugen fest, also in Lokomotiven, Personenwagen, Stadtbahnen und Güterzügen.

EN50155 definiert Mindestanforderungen an die elektrische und mechanische Betriebsumgebung, die Gerätezulässigkeit und die erwartete Lebensdauer von Wandlern. Diese Anforderungen übersteigen die Möglichkeiten modularer DC/DC-Wandler von der Stange. In Bahnanwendungen kann die nominale Systemspannung um +25% bis -30% schwanken, mit Einbrüchen bis 60% und Überspannungen bis 140% des Nennwerts. Bei einem 110V-Nennsystem ergibt sich dadurch ein Eingangsspannungsbereich von 77V bis 137,5V, der sich mit Einbrüchen und Überspannungen auf 66V bis 154V erweitern kann.

Der RMD500-EW verfügt über alle von der Norm EN50155 geforderten Funktionen: Verpolungsschutz, EMV- und Überspannungsfilterung, Einschaltstrombegrenzung, 10ms Überbrückungszeit und Ausgangs-ODER-Diode. Diese Funktionen müssten andernfalls durch externe Komponenten realisiert werden.

Die Stromversorgung erfüllt alle relevanten Umweltstandards für leitungsgebundene und abgestrahlte EMV, mechanische Stöße und Vibrationen, Temperaturschocks, Temperaturwechsel, Isolationskoordination und Feuerschutz. Mit einem weiten Eingangsbereich von 4:1 (43–154VDC, 170V Spitze) und einem 24V-Ausgang mit verstärkter Isolierung auf Basis von 5,5mm Luftkriechstrecken (OVCIII/PDII) ist der RMD500-EW für nominale 72 und 110VDC-Eingänge mit Toleranzen und Überspannungen innerhalb der von EN50155 vorgeschriebenen Grenzen geeignet.

Die Ausgangsleistung beträgt 500W bis zu einer Grundplattentemperatur von 95°C ohne Derating. Dies ermöglicht den Betrieb bei Umgebungstemperaturen von -40°C bis +70/85°C mit natürlicher Konvektionskühlung, entsprechend den Anforderungen der EN50155 OT4 (-40°C bis +70°C) mit ST1 und ST2 (+85°C). Der Wirkungsgrad erreicht bis zu 95,5% bei geringer Last über einen weiten Eingangsbereich und ermöglicht eine hohe Leistungsdichte in einem kompakten Gehäuse von 209 x 141 x 48mm. Der RMD500-EW kann in jeder Ausrichtung montiert werden; Schraubklemmen ermöglichen eine einfache Ein- und Ausgangsverdrahtung.

Das Produkt ist nach EN62368-1 und EN50155 (S2) zertifiziert und verfügt über eine Nennisolierung von 3,5kVAC. Es ist äußerst zuverlässig, robust und vollständig gegen Kurzschluss, Überspannung, Überstrom und Übertemperatur geschützt.

Internes Design und Integration ins Bahnsystem

Abbildung 2 zeigt das interne Blockdiagramm des RMD500-EW. Das Design verwendet eine Durchflusstopologie mit aktiver Clamp-Reset-Schaltung zur Minimierung der Schaltverluste sowie einen sekundärseitigen Synchron-Gleichrichter für höhere Effizienz. Zu den Plug & Play-Funktionen gehören ein integrierter Eingangsfilter, eine Sperrdiode und ein Überbrückungszeitmodul.

Zu den weiteren Standardmerkmalen gehören spannungsfreie DC-OK-Relaiskontakte, Remote ON/OFF und Active Power Sharing mit ODER-Dioden für den Parallelbetrieb, wenn höhere Leistung oder n+1-Redundanz erforderlich ist. Die nominale 24V-Ausgangsspannung des RMD500-EW kann mithilfe eines externen Tri-Widerstands zwischen 19,2VDC und 25,2VDC getrimmt werden. Die umweltfreundliche RMD-Familie wurde ohne Verkapselung entwickelt und ist daher deutlich leichter als vergossene Produkte.

Wenn diese Lösungen den Anforderungen einer spezifischen Bahnanwendung nicht genügen, verfügt RECOM über umfangreiche Erfahrung mit kundenspezifischen Designs gemäß EN50155. Das Portfolio umfasst auch rackmontierte AC/DC- und DC/DC-Wandler für Schienenfahrzeuge und streckenseitige Anwendungen – von geringer Leistung bis zu 18kW mit DC-, einphasigen oder dreiphasigen AC-Eingängen. Die Batterieladegerätefamilien sind als modulare Konzepte ausgelegt. In den Leistungsklassen 1,5kW, 5kW und 18kW sind alle Geräte kaskadierbar und können parallel betrieben werden, um Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen. Sie eignen sich ideal für redundante n+1-Stromversorgungseinheiten sowie für sicherheitskritische Anwendungen in Schienenfahrzeugen. Die Batterieladegeräte bieten hohen Wirkungsgrad und Funktionen wie temperaturgeregelte Ausgangsspannungen sowie analoge oder digitale Schnittstellen.

Weitere Informationen sowie eine praktische FAQ mit hilfreichen Tipps finden Sie auf der RMD500-EW Produktseite.