モビリティと鉄道アプリケーションのために「すぐに使える」DC/DCを探す

電子機器の置かれた環境の中で、モバイルは最も過酷なものかもしれませんが、鉄道から物流機器、EVからeスクーターなど、あらゆる分野で市場が拡大しています。特に鉄道車両アプリケーションでは、データ接続やインテリジェント・サイネージなどの便利な機能とともに、安全性と効率性向上のために自動化がますます進んでいます。これらはすべて、高汚染、衝撃、振動の典型的な鉄道環境で、公称DC110Vの従来のDCレールからの電力（世界的にはDC24Vまで）で確実に動作する必要があります。一般的に適用される規格はEN 50155（現在のバージョンは2021年7月版）で、この規格は、電気的・物理的環境だけでなく、技術的な構造上の特徴、信頼性、メンテナンス、耐用年数、文書化、テストについても定義しています。

環境、絶縁、EMC仕様を満たすだけでなく、DC電源を高感度電子機器用のクリーン・レールに変換する電源モジュールは、サージ、ディップ、ドロップアウトも重畳する入力電圧の大きな変動に対応しなければなりません。図1は、性能に影響を与えないEN 50155で定義されたレベルを示しています。

これらの仕様を満たし、鉄道アプリケーションに「すぐに使用できる」DC/DCコンバータを見つけることが容易ではないのは当然です。広い入力範囲を持つ汎用のDC/DCコンバータは、「通常の」鉄道入力電圧変動をカバーするかもしれませんが、実際には、EN 50155の完全な要件を満たすためには、かなりの外部回路を追加する必要があるかもしれません。例えば、逆入力極性保護と突入電流制限が必要であり、電源遮断仕様を満たすために外部コンデンサによる少なくとも10msのホールドアップ時間が必要です。

典型的な「標準」DC/DCコンバータは、内部ホールドアップ・エネルギー蓄積をほとんど、あるいは全く持っていません。従って、外部に電力供給する場合、必要なコンデンサは定格出力電力で最低の公称入力から必要なホールドアップを与えるために、最高入力電圧と静電容量に対応した定格でなければなりません。このため、部品が大きくなり、制御できない大きな突入電流が発生する可能性があるため、取り付けが難しくなります。ほとんどのDC/DCは絶縁電圧定格も制限されており、"機能的 "かせいぜい "基本的 "ですが、鉄道アプリケーションでは"強化型” AC3kV絶縁電圧が一般的にシステム設計者によって指定されます。

電気的仕様を満たす汎用のオープンフレームDC/DCが見つかれば、それは高出力であるがためにコンパクトかもしれませんが、これを達成するためには強制空冷が必要になります。鉄道アプリケーションでは、メンテナンス、騒音、寿命の問題からファンは好ましくないため、利用可能な「冷たい壁」を利用するためにベースプレートによる対流冷却が好まれます。ベースプレート冷却ブリック形式のDC/DCは、実際にはすべての熱を「冷たい壁」に吸収しますが、その場合、前述のような大規模な外部回路と相互接続が必要になります。