전력 컨버터가 EN 50155 철도 인증을 준수해야 하는 이유는 무엇입니까? (1 부)

서문

200년 이상 발전해온 철도 문명은 육상 운송의 역사에서 중추적 역할을 했을 뿐만 아니라 전 세계 국가 근대화의 중요한 토대를 마련했습니다. 기술이 전례 없는 속도로 계속 발전함에 따라 철도 열차는 점점 더 빠른 속도로 추진되어 승객 안전에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 결과적으로 철도 관련 장비의 안전과 효율성을 동시에 우선시하는 것이 장비 제조업체의 가장 중요한 관심사로 남아 있습니다.

철도의 현대화로 인해 철도 운행 안전을 감시하는 센서 시스템, 공조 장치, 조명 장치, 도어 제어 시스템, 철도 통신 시스템 및 고감도 센서와 같은 다양한 기능을 수행하는 수많은 전자 장치가 생겨났습니다. 기타. 이러한 전자 장치는 철도에 설치된 배터리에서 제공하는 전원에 의존합니다.

철도 진동에 장기간 노출되기 때문에 모든 전자 장치는 장기간 불안정한 전압에 노출됩니다. 또한 관련된 실질적인 안전 문제를 고려할 때 모든 철도 전자 장비는 다양한 고도, 습도 수준, 오일 및 가스의 존재, 충격, 진동, 온도 및 전압과 같은 불리한 환경 조건에 적응해야 합니다. 이러한 장비는 철도 애플리케이션의 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 최적화된 성능을 제공해야 합니다.

그러나 차량 배터리 시스템은 일반적으로 열차의 앞이나 뒤에 위치하므로 긴 케이블 라인을 통해 전자 장치나 시스템에 전압을 전송해야 합니다. 전송 과정에서 주변 번개 및 전력선 변동으로 인한 일시적인 전압 스파이크를 포함하여 전자기 간섭이 발생하기 쉽습니다. 기차 배터리는 또한 스타터 모터, 펌프, 압축기, 드라이버, 릴레이 코일, 스위치 장치, AC 발전기, 발전기, 변압기 및 기타 고전력 부하 장비를 구동해야 합니다. 이러한 요인으로 인해 종종 불안정하고 변동이 심하며 잡음이 많은 전원 공급 장치가 발생하여 일시적인 전압 스파이크, 기계적 손상, 발화, 화재, 간극, 아크 및 단락과 같은 감전 및 잠재적 위험이 발생할 수 있습니다. 접지 루프로 인한 PCB 회로. 전자 장비 또는 시스템이 상당한 충격과 고장에 노출되기 때문에 철도 전자 장비 및 시스템에는 고성능, 강화 절연, 견고하고 신뢰할 수 있는 철도 DC-DC 전원 모듈이 긴 수명을 보장하기 위한 필수 전제 조건으로 필요하다는 것이 분명해졌습니다. 열차의 기간 안정적인 운행.

앞서 언급한 요구 사항을 기반으로 EN 50155는 철도에 사용되는 전자 장비를 위해 특별히 개발된 유럽 표준입니다. 테스트 표준이 입력 전압, I/O 절연 전압, 절연 전압, 전자파 적합성(EMC), 역학 및 열악한 환경에 대한 신뢰성 테스트를 포함한 다양한 측면을 다루기 때문에 대부분의 국가에서 이 규정을 참조합니다. 이러한 신뢰성 테스트에는 작동 온도, 냉각, 습도, 진동 및 충격 테스트가 포함됩니다.

MINMAX는 적합한 제품을 제공할 뿐만 아니라 최종 사용자의 신뢰와 지원을 얻기 위해 포괄적인 서비스를 제공합니다. 여기에는 MINMAX 제품을 사용하여 개발 과정에서 고객이 요구하는 분석 및 검증을 제공하거나 고객 요구 사항에 따라 특수 설계를 제공하는 것이 포함됩니다. MINMAX는 진심으로 서비스를 제공하고 회사와 고객 간의 긴밀한 협력을 촉진하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

그림1-MINMAX의 전체 철도 인증 제품은 모두 EN 50155를 준수합니다

EN 50155:2017 입력 전압 테스트

현대식 고속 철도에서 무게를 줄이고 공간 활용을 극대화하기 위해 철도의 배터리는 종종 24V, 72V 또는 110V로 충전됩니다. 그러나 철도의 대부분의 전자 장비 및 시스템에는 5, 12, 15, 24 또는 54VDC의 입력 전압이 필요합니다. 따라서 24V, 72V, 110V의 DC 전압을 5, 12, 15, 24, 또는 그런 다음 수많은 전자 시스템에 공급됩니다.

예를 들어 철도 인증 DC-DC 전력 변환기를 사용하면 입력 측을 철도 배터리에 연결해야 합니다. 따라서 이 표준은 컨버터의 입력 전압이 철도 배터리의 작동 전압을 준수해야 정상적인 시스템 작동을 보장하도록 규정합니다. 또한 과도한 전압 변동에 대한 전원 모듈의 절연 및 복원력을 보장하기 위해 과도 전압 테스트도 수행하여 장기간 작동의 안전성을 보장합니다

철도 DC 전원 아키텍처의 1차 절연 장벽과 관련하여 24V, 28V, 36V, 48V, 72V, 96V 및 110V의 필수 DC 입력 전압은 모두 철도 배터리(Vn)에서 공급됩니다. 일반적으로 철도 배터리에는 전압 안정화 장치가 없습니다. 따라서 민맥스의 철도 인증 DC-to-DC 전원 모듈은 작동 중에 다음 세 가지 조건을 견뎌야 합니다:

0.7Vn에서 1.25Vn까지의 전압 변동(그림2 참조)
(2) 0.1초에 0.6Vn까지 전압 강하(그림3 참조)
배터리 시동 과정에서 1초 동안 지속되는 1.4Vn의 과도 전압 스파이크(그림3 참조)

그림2-DC 전원 공급 장치 전압

그림3-임시 DC 전원 공급 장치 전압에 대한 변동 요구 사항

아래 표는 민맥스의 철도 인증 DC-DC 전력 변환기에 대한 전력 테스트에 입력 전압, 부족 전압, 과도 변동 및 전압 스파이크가 포함되어 있음을 보여줍니다. 또한, 민맥스의 테스트 표준은 EN 50155를 뛰어넘어 철도 전자 장비 시스템에서 전력 모듈의 장기적 안정성을 보장하기 위해 동등하거나 더 엄격한 테스트 조건을 설정합니다.

시험 유형	EN 50155: 2017 (참조 소스)
시험 유형	표준 시험 수준	MINMAX시험 수준
A.급전압 변경 Supply Variations	EN 50155 13.4.3.2 / EN 50155 5.1.1.3
A.급전압 변경 Supply Variations	Test Voltage / Time: 1.4 V_N / 0.1sec. Test Voltage / Time: 1.4 V_N / 1sec	Test Voltage / Time: 1.4 V_N / 10min. Test Voltage / Time: 1.4 V_N / 60min. Test Number: repeated 10 times
B.공급 전압 강하 Temporary supply dips	N 50155 13.4.3.3 / EN 50155 5.1.1.3
B.공급 전압 강하 Temporary supply dips	Test Voltage / Time: 0.6 V_N / 0.1sec.	Test Voltage / Time: 0.6 V_N / 10min. Test Number: repeated 10 times
C.공급 전압 중단 Supply Interruptions	EN 50155 13.4.3.4 / EN 50155 5.1.1.4
C.공급 전압 중단 Supply Interruptions	Class S1: 100% V_N / 0mS Class S2: 100% V_N / 10mS Class S3: 100% V_N / 20mS	Class S1: 100% V_N / 0mS Class S2: 100% V_N / 10mS* Class S3: 100% V_N / 20mS Test Number: repeated 10 times
D.공급 전압 중단 Supply Change Over	EN 50155 13.4.3.5 / EN 50155 5.1.3
D.공급 전압 중단 Supply Change Over	Class C1: Dip 40% V_N / 100mS Class C2: Interruptions 100% V_N /30mS	Class C1: Dip 40% V_N / 100mS & 10min. Class C2: Interruptions 100% V_N /30mS* Test Number: repeated 10 times

*Note: 위의 조건을 충족하기 위해 추가 구성 요소가 필요한 경우 자세한 내용은 MINMAX에 문의하십시오.

A.공급전압 변경 Supply Variations

시험이 정격 전원 공급 전압과 지정된 상한/하한 내에서 올바르게 작동함을 입증하기 위해 테스트를 수행해야 합니다.

→정격 공급 전압의 최대 1.4배의 전압을 0.1초 이내로 가했을 때 장비가 편차 없이 기능적으로 작동하면 성능 기준 A를 충족합니다.

→1초 이내의 시간 동안 정격 공급 전압의 1.4배까지의 전압을 가해도 장비가 편차 없이 기능적으로 작동하면 성능 기준 B를 충족합니다.

B.공급 전압 강하 Temporary supply dips

전원 공급 장치의 전압 강하는 주로 DC 분배 시스템의 결함 또는 갑작스러운 부하 변경으로 인해 발생합니다. 테스트 방법은 공급 전압을 정격 전압의 0.6배(0.6Un)로 낮추고 0.1초를 초과하지 않는 기간 내에 기능 편차가 발생하지 않도록 하는 것입니다. 장비가 이러한 조건에서 편차 없이 기능적으로 작동하면 성능 표준 A를 충족합니다.

C.공급 전압 중단 Supply Interruptions

DC 전원 분배 회로에서 단락이 발생하면 입력 전압이 잠시 0V로 떨어지거나 낮은 임피던스 상태를 나타낼 수 있습니다. 중단은 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

S1: 전압 중단의 경우 성능 기준이 필요하지 않습니다. 그러나 변환기는 S1 사양을 충족하기 위해 전압 중단 후에도 지정된 대로 계속 작동해야 합니다.
S2: 전압 중단이 컨버터 기능의 편차 없이 10밀리초 동안 지속되면 S2 사양을 충족합니다.
S3: 전압 중단이 컨버터 기능의 편차 없이 20밀리초 동안 지속되면 S3 사양을 충족합니다.

D.공급 전압 중단 Supply Change Over

장비는 다음 조건에서 원활하게 작동할 수 있어야 합니다:

정격 공급 전압이 100밀리초 동안 컨버터 기능의 편차 없이 0.6Un으로 떨어지면 성능 표준 A를 충족합니다.

정격 공급 전압이 컨버터 기능의 편차 없이 30밀리초 동안 0V로 감소하면 성능 표준 B를 충족합니다.

EN 50155:2017 절연 전압 및 내전압 테스트

전력 모듈의 절연 및 내구성은 제조업체가 고려해야 하는 중요한 사양입니다. 절연 전원 모듈을 사용하면 물리적 및 전기적 위험으로부터 직원을 보호하고 백엔드 부하 장비 및 시스템을 보호할 수 있습니다. 고장의 확산을 방지하는 효과적인 방법으로 안전이 가장 중요한 철도 전자 장비에서 중요한 역할을 합니다. 따라서 EN 50155에는 기본 테스트 항목 중 하나로 절연 전압 테스트가 포함되어 있습니다. 그럼에도 불구하고 MINMAX는 제품의 안전 성능이 고객의 더 높은 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 내부적으로 더 높은 테스트 표준을 채택합니다.

MINMAX의 철도 인증 전력 변환기는 전원 모듈의 연면 거리, 공기 간극 및 절연 수준 측면에서 요구되는 설계를 검증하는 데에도 사용되는 향상된 2000VAC 절연/내전압 테스트를 모두 통과했습니다. 앞서 언급한 표준은 정상/단일 고장 조건에서 제한된 누설 전류를 준수하며 노이즈, 전자파 간섭, 전원 버스 변동, 감전, 서지 전압, 과도 스파이크, 절연 파괴, 기계적 손상과 같은 위험으로부터 민감한 시스템 회로를 보호하는 역할을 합니다. 철도 운영 중 화재, 간극, 아크 및 단락.

시험 유형	EN 50155: 2017 (참조 소스)
시험 유형	표준 시험 수준	MINMAX시험 수준
절연/내구성 전압시험 Isolation / Withstand Voltage Test	EN 50155 13.4.9
절연/내구성 전압시험 Isolation / Withstand Voltage Test	Test Voltage / Time: 1500VAC / 60sec.	Test Voltage / Time: 2000VAC / 60sec.

그림4-민맥스의 모든 철도 인증 제품은 2000VAC 이상의 강화 절연 및 내전압 테스트를 통과했습니다.

EN 50155:2017 전자파 적합성 (EMC) 시험

현대화의 영향으로 열차에는 수많은 전자 부품으로 구성된 더 다양한 전자 장치가 설치됩니다. 소형화 및 경량화 설계를 추구하면서 통합은 전자 장치 제조업체에게 없어서는 안 될 기능이 되었습니다. 따라서 장치가 간섭에 민감하지 않거나 다른 장비의 성능에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 특히 제한된 공간에서 중요합니다.

전자기 호환성(EMC)은 EN 50155 인증에서 중요한 범주이므로 민맥스의 철도 인증 DC-DC 전원 모듈은 유럽 연합 표준 EN 50121-3-2, "철도 애플리케이션 - 전자기 호환성 - 파트 3-2: 장비를 철도 차량에 통합." 이 표준은 전력 모듈의 전도성 및 방사성 방해가 지정된 제한을 초과해서는 안 된다고 선언합니다. 또한 모듈은 일정 수준의 자체 보호 기능으로 외부 방사, 서지, 정전기 방전(ESD) 및 전기적 빠른 과도 전류(EFT)의 영향을 받지 않아야 합니다.

EMC	시험 유형	EN 50155: 2017 (참조 소스)
EMC	시험 유형	표준 시험 수준	MINMAX시험 수준
EMI	전도성 방출 Conducted Emission	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 55016-2-1
	전도성 방출 Conducted Emission	Frequency / level: 0.15~0.5MHz / 99 dBuV Frequency / level: 0.5~5MHz / 93 dBuV Frequency / level: 5~30MHz / 93 dBuV	Frequency / level: 0.15~0.5MHz / 66 dBuV* Frequency / level: 0.5~5MHz / 60 dBuV* Frequency / level: 5~30MHz / 60 dBuV*
	복사 방출 Radiated Emission	EN 50155 13.4.8/ EN 50121-3-2, EN 55016-2-1
	복사 방출 Radiated Emission	Frequency / level: 30~230MHz / 40 dB(uV/m) Frequency / level: 230~1000MHz / 47 dB(uV/m) Frequency / level: 30~230MHz / 40 dB(uV/m)*	Frequency / level: 30~230MHz / 40dB(uV/m)* Frequency / level: 230~1000MHz / 47 dB(uV/m)*
EMS	ESD내성 시험 ESD Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-2
	ESD내성 시험 ESD Immunity Test	Air Discharge: ±8KVDC Contact Discharge: ±6KVDC Indirect Discharge HCP & VCP: ±6KVDC	Air Discharge: ±8KVDC Contact Discharge: ±6KVDC Indirect Discharge HCP & VCP: ±2/4/6KVDC
	RF전자기장 내성 시험 Radio-Frequency, Electromagnetic Field Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-3
		Frequency / Field: 80~1000MHz/20 V/m Frequency / Field: 1400~2000MHz/10 V/m Frequency / Field: 2000~2700MHz/5 V/m Frequency / Field: 5100~6000MHz/3 V/m	Frequency / Field: 27~80MHz/20 V/m Frequency / Field: 80~1000MHz/20 V/m Frequency / Field: 1400~2000MHz/20 V/m Frequency / Field: 2000~2700MHz/10 V/m Frequency / Field: 2700~5000MHz/10 V/m Frequency / Field: 5100~6000MHz/10 V/m
	전자 고속 과도 버스트 면역 시험 Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-4
		Line, Neutral, Line+Neutral: ±2KVDC	Line, Neutral, Line+Neutral: ±2KVDC*
	서지 내성시험 Surge Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-5
	서지 내성시험 Surge Immunity Test	Line to Line: ±1KVDC	Line to Line: ±2KVDC*
	RF 필드에 의해 유도 된 전도 시험 Radio-Frequency, Conducted Disturbances Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-6
		Frequency : 0.15 to 80MHz Field: 10 Vrms	Frequency : 0.15 to 80MHz Field: 10 Vrms
	전원 주파수 자기장 면역 시험 Power Frequency Magnetic Field Immunity Test	EN 61000-4-8
		No Needed	Frequency: 50Hz Field: 30/100/1000 A/m
	감쇠 진동 자기장 내성 테스트 Damp Oscillatory Magnetic Field Immunity Test	EN 61000-4-10
		No Needed	Frequency: 0.1 & 1 MHz Field: 30 A/m

전력 변환기가 EN 50155 철도 인증을 준수해야 하는 이유는 무엇입니까? (1 부) 끝

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