列車の外観設計は長年にわたりほとんど変わっていませんが、電気化と新技術の適用は絶えず進歩しています。信頼性と安全性を向上させるため、より多くの機械部品が、より安価で故障率の低い電子機器に置き換えられ、監視システムがすべての機能をより良く制御し、中央管制所との通信も拡大し続けています。

この発展は列車の運転室で最も顕著に見られ、モニターがアナログ計器や警告灯に取って代わり、使用されるスイッチやレバーも少なくなっています。目に見えない領域でも、列車全体の大量の制御信号を処理するために、コンピュータ、GPSシステム、GSM通信ユニット、バスシステムの数が増加しています。

この電気化の進展における主な課題の一つは、利用可能なスペースです。列車の機械設計は通常変更できないため、より多くの機能とより高い電力要件を持つ機器は、以前のシステムに割り当てられたスペースに適合する必要があります。電源供給については、これは電力密度と効率の大幅な向上を意味します。

開発コストを節約するだけでなく、異なる電源ソリューションの数を減らすために、製造業者は統一されたソリューションを求めています。これにより、様々なアプリケーションの異なる電圧と電力要件に簡単に対応できるようになります。

P-DUKEの新しいQBEシリーズDC/DCコンバーターは、業界標準のquarter-brick形式（57.9 x 36.8mm、または2.28 x 1.45インチ）を採用しており、顧客はモジュールと少数の外部コンポーネントを交換するだけで、アプリケーションに合わせて調整・拡張できる、より小型で強力なソリューションを設計することができます。

具体的な事例では、顧客が中央ドア制御ユニットを再設計し、GPS情報を使用したASDO（自動選択的ドア開閉）などのより多くの安全機能を統合したいと考えていました。電力要件は12V/35Wから12V/70Wへと倍増しました。さらに、顧客は24V/95Wのドア開閉回路に同じ電源設計を使用することで、開発コストを節約したいと考えていました。

従来のシステムでは、2 x 1インチの40Wコンバーターを使用し、35Wの出力電力で効率は86%でした。熱はモジュール表面と追加のヒートシンクからシステムに放散されていました。

P-DUKEの新しいQBE75Wモジュールは、鉄道アプリケーションの過酷な環境向けに設計されており、先進の電源技術を採用し、70W負荷時に91%の効率を達成し、損失はわずか6.9Wです。電力が倍増したにもかかわらず、損失はわずか20%、つまり1.2W増加しただけです。このモジュールの改良された熱設計により、ほとんどの熱は基板を通じて金属シャーシに導かれます。これは、他のコンポーネントが受ける熱ストレスが少ないことを意味します。

QBEシリーズは、24V公称（9V〜36V）、48V公称（18V〜75V）、110V公称（40V〜160V）の入力電圧を持ち、電圧低下や過渡現象を含むすべての列車電圧をカバーしています。

なぜ全範囲をカバーする1つのモジュールを使用しないのでしょうか？8:1または12:1の入力電圧範囲を設計することにより、入力電圧範囲全体で最適な効率を維持することが困難になります。すべてのコンポーネントが、低入力電圧での高電流と高入力電圧での高動作電圧の両方をサポートする必要があるためです。

明らかに、最高の電力密度と効率を追求する際には、「一刀両断」のデザインは理想的ではありません。ほとんどの鉄道システムは特定の列車アプリケーション用に注文・構成されており、電源電圧が変わることはありません。EMIフィルター、ヒューズ、コネクタなどのすべての外部コンポーネントは、この特定の列車向けに最適化できます。PCBだけが高電流用に設計され、すべてのコンポーネントの変更に対応する必要があります。

現在のほぼすべてのCPUボードと同様に、ドア開閉制御で使用されるCPUボードには、オンボードVRM（電圧レギュレータモジュール）が搭載されており、12Vバスからマイクロプロセッサ用の低電源電圧を生成しています。メモリやインターフェース用の電圧など、システム内のその他すべての電圧は、より低電力のDC/DCコンバータによって生成されます。インターフェースには高い絶縁障壁が必要なため、3000VDC絶縁を備えたP-Dukeモジュールが選ばれました。

24V/95Wの電動ドアオープナーには、顧客は従来製品で使用されていたHalf Brickモジュールから、QBE100Wモジュールに切り替えることができます。quarter brick形式は元のものよりも40%小さく、4%高い効率により損失が33%減少しています。

QBEシリーズは3.3Vから54Vまでの出力電圧を提供しています。75Wと100Wバージョンの電気的およびEMI動作、そしてPCBレイアウトは同じです。この場合、100Wソリューションの設計は数週間や数ヶ月ではなく、数時間で完了しました。大規模なテストや高価な認証は必要ありません。アプリケーションが異なる出力電圧を必要とする場合はどうすればよいでしょうか？同シリーズの別の部品でモジュールを交換し、いくつかの外部コンポーネントを調整すれば、作業は完了です。

中央ドア制御システム

ドアオープナー