为何【电源转换器】会需要遵守EN 50155铁道认证? (上)

前言

铁道文明发展至今已有两百年的历史，称其是陆运史的动脉也不为过，更是各国在奠定现代化的重要基础之一，而科技日新月异的进步，也带动铁道的列车速越来越快，相对地，对於乘客安全性的重视更是与日俱增。因此，铁道的相关设备如何兼顾安全与效率，一直是各家设备商非常关注的议题。

铁道的现代化伴随着许多电子设备应运而生，如监控铁道运行安全的感测系统丶空调设备丶照明设备丶门控系统丶铁道通讯系统以及高灵敏度传感器…等，而这些电子设备都是由铁道上的蓄电池提供所需电力。

因铁道长期处於震动状态，所有电子设备长时间面临电压不稳定，再加上涉略大量安全性议题，因此所有铁道电子设备必须适应不同的海拔丶湿度丶油气丶冲击丶震动丶温度和电性等恶劣环境，提供最佳化效能以满足各种严苛的铁道应用需求。

然而，车辆蓄电池系统通常位於列车的前方或後方，因此需要透过很长的电缆线传递电压到电子设备或系统中，而在传输的过程中非常容易发生电磁干扰，包含附近的雷电和电源线的波动所造成的瞬态突波电压。列车 蓄电池也须驱动启动马达丶泵丶压缩机丶驱动器丶继电器线圈丶开关装置丶交流发电机丶发电机丶变压器和其他高功率负载设备。上述这些原因，通常会造成不稳定丶高波动丶高杂讯的电源，它也可能会引起电击和多馀的能量危害，像是瞬态突波电压，机械损伤，点火，火灾以及 PCB 电路板间产生的气隙丶电弧和接地回路的短路，使 电子设备或电子系统遭受到极大的冲击而故障。 因此我们可以了解到，列车电子设备与电子系统是需要高性能丶高绝缘（加强绝缘）丶高坚固性和可靠性的铁道直流对直流电源模组，也是让列车长期稳定运行的必要条件。

根据上述要求，EN 50155即是欧洲针对铁道用电子设备所制定的标准，多数国家都会选择参考此法规，测试标准从输入电压规格丶I/O隔离电压丶绝缘电压丶电磁兼容性(EMC)丶机构……等多项测试，以及对於严苛环境的可靠度测试，像是工作温度丶冷却丶湿度丶振动与冲击测试。

MINMAX不仅提供合适的产品，像是客户在开发过程中使用MINMAX产品所需的分析与验证，或是依照客户需求做特别设计，全面性的服务来赢得终端使用者的信任与支援。MINMAX竭诚为您服务，让您的客户也能密切的与您们合作。

图1-MINMAX全系列铁道认证产品皆通过EN 50155

EN 50155:2017 输入电压规格测试

铁道一次侧绝缘屏障直流电源架构中，所需要的24V, 28, 36V, 48V, 72V, 96V, 110V 直流输入电压，皆由铁道蓄电池提供(Vn)。一般来说铁道蓄电池中是没有电压稳定装置的，因此 MINMAX 铁道认证直流对直流电源模块，在操作期间中，是必须承受铁道蓄电池的以下三种情况：

• 0.7 Vn至1.25 Vn的电压波动(请参阅下图2)
• 电压0.1秒跌落至0.6 Vn的幅度(请参阅下图3)
• 蓄电池启动过程中发生一秒的1.4 Vn突波电压。(请参阅下图3)

图2-直流供电电压范围

图3-暂时的直流供电电压波动要求

从下方表格可得知 MINMAX 铁道认证直流对直流电源转换器的电源测试包含输入电压范围丶欠电压丶瞬态变化丶 突波电压等，而MINMAX的测试更是站在EN 50155之下，订定出对等或更加严格的测试条件，以确保电源模组在铁道电子设备系统中长期运行的稳定性

测试项目	EN 50155 : 2017 参考条款/标准
	标准测试等级	MINMAX测试等级
A.供电电压变化 Supply Variations	EN 50155 13.4.3.2 / EN 50155 5.1.1.3
	Test Voltage / Time: 1.4 VN / 0.1sec. Test Voltage / Time: 1.4 VN / 1sec	Test Voltage / Time: 1.4 VN / 10min. Test Voltage / Time: 1.4 VN / 60min. Test Number: repeated 10 times
B.供电电压骤降 Temporary supply dips	N 50155 13.4.3.3 / EN 50155 5.1.1.3
	Test Voltage / Time: 0.6 VN / 0.1sec.	Test Voltage / Time: 0.6 VN / 10min. Test Number: repeated 10 times
C.供电电压中断 Supply Interruptions	EN 50155 13.4.3.4 / EN 50155 5.1.1.4
	Class S1: 100% VN / 0mS Class S2: 100% VN / 10mS Class S3: 100% VN / 20mS	Class S1: 100% VN / 0mS Class S2: 100% VN / 10mS* Class S3: 100% VN / 20mS Test Number: repeated 10 times
D.供电电压变换 Supply Change Over	EN 50155 13.4.3.5 / EN 50155 5.1.3
	Class C1: Dip 40% VN / 100mS Class C2: Interruptions 100% VN /30mS	Class C1: Dip 40% VN / 100mS & 10min. Class C2: Interruptions 100% VN /30mS* Test Number: repeated 10 times

*备注: 如需符合上述条件需外挂元件，请联系MINMAX获得更多资讯。

A.供电电压变化Supply Variations

应进行测试，证明在额定电源电压以及指定的上/下限下必须正常运作：

B.供电电压骤降Temporary supply dips

供电电压骤降主要是由於直流配电系统故障，或负载突然大幅度变化引起的。测试方式应将供电电压骤降至0.6Un，在不超过0.1秒下，不应该导致功能偏差，则设备满足性能标准A。

C.供电电压中断Supply Interruptions

由於直流电源配电线路短路，输入电压可能会短时间降至0 V，或者是呈现低阻抗状况，中断则分为三类：

S1：在供电电压中断的情况下，不要求性能准则，但转换器应在电压中断後继续按规定运行，则符合S1规格。
S2：如供电电压中断长达10毫秒，转换器的功能无偏差，则符合S2规格。
S3：如果供电电压中断长达20毫秒，转换器的功能无偏差，则符合S3规格。

D.供电电压变换Supply Change Over

设备应在以下条件皆能顺利运行：

EN 50155:2017 隔离电压与耐压测试

电源模组的隔离耐压能力是各家制造商必须考量进去的重要规格，因为使用隔离型电源模组可以保护人员避免受到物理与电气伤害，也能保护後端负载设备与系统，是防止故障扩大的有效方法，在极度重视安全的铁道电子设备中，扮演至关重要的角色。因此EN 50155也将隔离耐压的测试列为基础测项之一，但MINMAX内部则采用更高测试的标准，确保产品的安全性能满足客户更高的要求。

MINMAX的铁道认证电源转换器皆通过加强绝缘的 2000VAC 隔离/耐压测试，也用来验证电源模组要求的设计爬电距离丶空气间隙和绝缘水平。上述标准符合正常/单一故障条件下的有限泄漏电流，并用来保护敏感的系统电路在铁道运行中免受噪声丶电磁干扰丶电源母线波动丶电击丶突波电压丶暂态尖峰电压丶绝缘击穿丶机械损坏丶火灾丶 气隙丶电弧和短路…等危害。

测试项目	EN 50155 : 2017参考条款/标准
	标准测试等级	MINMAX测试等级
隔离耐受电压测试 Isolation / Withstand Voltage Test	EN 50155 13.4.9
	Test Voltage / Time: 1500VAC / 60sec.	Test Voltage / Time: 2000VAC / 60sec.

图4-MINMAX的铁道认证产品皆通过加强绝缘2000VAC以上的隔离耐压测试

EN 50155:2017 电磁兼容性(EMC)测试

在现代化的驱动下，列车上搭载的电子设备日益增加，而设备里又有大量的电子元器件，在追求微小化及轻量化的诉求下，设计集成化已成为各家电子设备商不可或缺的本领，因此如何在狭小的空间下，去保证设备不受干扰或不去影响其他设备的能力，更显得重要无比。

因此电磁兼容性(EMC)也是EN 50155认证中主要的测试类别。MINMAX 铁道认证的直流对直流电源模块皆参照欧盟 EN 50121-3-2 规范 「铁路应用-电磁兼容性第3-2部分车辆设备」，此规范声明，电源模组的传导性与辐射性干扰不得超过规定值，并且不受外部的辐射丶涌浪丶 ESD丶EFT 的影响，必须具备一定程度的自我保护能力。

EMC	测试项目	EN 50155 : 2017 参考条款 / 标准
		标准测试等级	MINMAX测试等级
EMI	传导性干扰 Conducted Emission	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 55016-2-1
		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*
	辐射性干扰 Radiated Emission	EN 50155 13.4.8/ EN 50121-3-2, EN 55016-2-1
		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	ESD 抗扰度测试 ESD Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-2
		Air Discharge: ±8KVDC Contact Discharge: ±6KVDC Indirect Discharge HCP & VCP: ±6KVDC	Air Discharge: ±8KVDC Contact Discharge: ±6KVDC Indirect Discharge HCP & VCP: ±2/4/6KVDC
	射频,电磁场抗扰度测试 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
	电子快速瞬变脉冲群 抗扰度测试 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*
	浪涌(雷击) 抗扰度测试 Surge Immunity Test	EN 50155 13.4.8 / EN 50121-3-2, EN 61000-4-5
		Line to Line: ±1KVDC	Line to Line: ±2KVDC*
	射频场感应的传导 骚扰抗扰度 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
	电源频率磁场抗扰度试验 Power Frequency Magnetic Field Immunity Test	EN 61000-4-8
		No Needed	Frequency: 50Hz Field: 30/100/1000 A/m
	阻尼振荡磁场抗扰度测试 Damp Oscillatory Magnetic Field Immunity Test	EN 61000-4-10
		No Needed	Frequency: 0.1 & 1 MHz Field: 30 A/m