列車上的電子系統由會產生雜訊的 DC電源供電。大功率傳輸系統出現電壓尖峰、浪涌和壓降，并伴有輻射和傳導 EMI的情況很普遍。沖擊、振動和極端溫度波幅也是常見現象。乘客和工作人員的安全是最重要的問題，因此我們需要謹慎考慮所用材料的易燃性。

其他市場也面臨著類似的挑戰，例如工業移動系統（工程和物料搬運機械、鏟車等）暴露在嚴酷的戶外環境中。由于沒有明確的標準，他們通常會使用按照鐵路標準設計和制造的現有加固型解決方案。這些方案優于工業級替代方案，工業級替代方案通常只是商業級解決方案，支持擴展的工作溫度范圍，并期望在“清潔”的供電軌、較低的沖擊和振動水平的環境下工作。

符合鐵路電力電子設備標準的加固型解決方案

鐵路環境雖然嚴苛，但具有明確的特征。EN 50155雖是適用于軌道電子設備的規范，但仍考慮到了極端電壓波幅。EN 61373針對不同列車區間的沖擊和振動環境作出了規定。EN 61000-4針對 EMC作出了規定。對于出現高能浪涌的情況，通常需要符合英國鐵路工業協會標準 RIA 12的規定。

EN 50155

EN 50155針對加固型 DC/DC轉換器作出了規定，定義了環境和服務條件、可靠性、安全性、設計和建造、文檔和測試的規范。典型的工業級電子產品可能滿足這些要求，但是 DC/DC電源轉換器必須能夠承受多種可能的標稱范圍下更為廣泛的輸入電壓變化（圖 1）：

• 持續范圍 = 0.7– 1.25 x VNOM
• 低電壓 = 0.6 x VNOM，100ms
• 浪涌 = 1.4 x VNOM，一秒

要實現 100ms的低電壓過渡是不現實的，并且一秒鐘的浪涌能量太大，難以鉗壓。因此，電源轉換器必須能夠在圖 1所示的完整范圍內運作，并具有一定的安全界限，即輸入范圍要大于 2.33:1。對于法國和美國具有不同最小值和最大值的情況，也可以使用 48V和 96V的標稱電壓。DC/DC 轉換器制造商可通過提供 4:1的輸入電壓（通常是 43 - 160V）來滿足這些要求。

RIA 12合規要求

另外，也可能存在不同規范的合約規定，如 RIA 12。該規定要求能夠從 0.2Ω的極低電源阻抗中承受浪涌高達 1.5倍 VNOM 1s的時間，并能夠承受 3.5倍 VNOM 20ms的時間。對于 110VDC的系統，3.5倍 VNOM相當于 385VDC的峰值，這已超出轉換器的正常工作范圍，特別是它在低至 66VDC的最小電壓值也要能運作時。

來自這種低阻抗源的能量不能被 TVS（瞬態電壓抑制器）鉗壓。因此，轉換器可能需要一個預調節器，在浪涌期間切斷輸入。DC/DC轉換器還需要一個保持機制來維持輸出。另一個要求可能是，能夠從 100Ω的抗阻源以 100ns的梯形波形承受高達 8.4kV的快速瞬變。這些情況下可以用 TVS或 DC/DC轉換器制造商的專有濾波器來實施鉗壓。

EMI和靜電放電規定

在測試 AC電源是否符合 EMC指令時，需要遵守的標準是 EN-61000-4，要求所有電源均需進行適當的濾波。工業用 DC/DC轉換器通常是嵌入式的，并且不受傳導 EMI的影響。但它們通常不包含適用于軌道 DC電源的濾波，因此需要外部濾波器。

EN 50121-3-2中包含對高達 80MHz的傳導共模 RF的規定，以及對外殼端口級的靜電放電和電磁場的抗擾性要求。傳導輻射遵循的是基本標準 EN 55016-2-1。EN 50155提供了軌道應用中 A、B和 C區的物理 EMC示例（圖 2）。

嚴格的鐵路抗沖擊和抗振要求

EN 61373對軌道應用的沖擊和振動試驗作出了規定，指定了不同位置的分類，并相應地增加試驗的強度等級：

• 第 1類，A級，車身安裝
• 第 1類，B級，車身安裝
• 第 2類，轉向架安裝
• 第 3類，車軸安裝

B級車身安裝設備中的低質量物品在 5Hz至 150Hz的測試頻率，50m/s2的縱向沖擊峰值（將近 5g）條件下，在垂向上必須能夠承受 5.72m/s2的振動加速度。在要求最嚴格的車軸安裝環境中，設備必須能夠承受任何方向上高達 144m/s2（近 15g）的振動以及超過 100g的沖擊。在研發過程中，結合使用激振器（振動器）和頻閃儀可以評估單個組件的抗振能力（圖 3），發現潛在的機械缺陷。

對于不同的安裝方向，各自的功能狀態和應力水平是有明確定義的。在低功率下，SIP式安裝的 DC/DC轉換器不能提供足夠的支撐力。因此，TMR 3WIR和同類產品采用了偏離式安裝插腳，它可以像封裝一樣提供額外的機械穩定性（圖 4）。

TEQ 300WIR這類較大的裝置則通過用于電纜連接器的彈簧夾來抗振（圖 5）。

溫度沖擊、操作環境和消防安全

軌道應用中對連續運行溫度的要求通常不是很嚴格，乘客和駕駛室區域的標稱溫度為 25°C，最高可升至 55°C。設備柜的溫度可能為 70°C，但是設備必須能夠在 10分鐘內承受額外增加的 15°C。TEP 150WI和 TEQ 300WIR具備集成散熱片，可以滿足這些要求（圖 6）。

乍看之下，額定溫度為 -40至+ 85°C的轉換器似乎足以應對大多數環境的挑戰。然而，當列車駛進和駛離可能存在 40°C的溫差、溫度變化速率為每秒 3°C的隧道環境時，我們必須考慮溫度急增的情況。這種溫度突變可能會導致冷凝。用于此類環境的電源轉換器需要進行封裝或涂上保形涂層，以防止因不同程度的膨脹率而出現損壞情況。TEN 40WIR系列的 DC/DC轉換器采用鍍鎳，而不是鍍金，可防止因冷凝而產生的腐蝕。

即時可用的解決方案

Traco Power提供品類廣泛的成品產品，可滿足鐵路設備對 DC/DC轉換器的嚴格要求（圖 7）。

所有產品均提供 4:1的輸入范圍，包括對于標稱值為 110VDC、24VDC和 48VDC的應用，輸入范圍分別為 43-160VDC、9-36VDC和 18-75VDC。封裝方式包括 3W和 6W的金屬罐式 SIP8封裝（帶有額外的防振安裝卡舌）、8W的 DIP24封裝，以及 10W至 40W的行業標準 1” x 1”和 2” x 1”型封裝。底座安裝式產品則可提供 20W至 300W的規格。轉換器包含符合 EN 55032 B級規定的輸入濾波器，以及加固性環境密封性能，具體視不同型號而定 [2]。

總結

瑞士制造商 Traco Power因供應各類優質的 AC/DC電源和 DC/DC轉換器而著稱。通過使用他們的加固性 DC/DC轉換器，可確保鐵路和同類行業的關鍵系統（例如惡劣條件下的工程機械和物料搬運系統）的設計人員解決電源方面的難題。