一种用于电源中断和转换的功率级设计新方法

电源不仅为单个负载供电。连接到多个子系统和多个负载是很常见的。当增加其中一个负载或应用设备时，由于电流突然增加，母线电压适当下降。尤其是电机等负载，压降更为明显。目前的DC-DC一般都能应付电压降的输入偏差。但是，如果发生供电中断情况，所有连接的设备都会关闭。 EN 50155 - 铁路应用 - 机车车辆 - 电子设备标准描述了两种情况：供电中断和转换，其中输入电压在 10ms 到 30ms 内降至零。输入电源的中断会使任何一个 DC/DC 暂时停止运行，即使是 10ms 到 30ms 的短暂时间，所有连接的负载都将失去功能，然后设备将面临几秒到几分钟的重启。关闭和重新启动的过程可能对行驶中的火车造成危险。因此，EN 50155 中也有明确规定，S2、S3 和 C1 的供电中断和转换等级必须符合标准 A； C2 必须符合标准 B。 （标准 A 表示当条件发生时，设备仍保持其功能。标准 B 表示允许暂时的性能下降）。

为避免电源中断和转换引起的问题，必须在输入端安装额外的电容器，以便在中断期间提供能量。根据实际输出功率和转换效率、输入电压和欠压锁定阈值计算保持功能所需的电容。电容可以时间为 1.5 倍或留出适当的余量，以避免由于零件公差而导致的保持功能失效。铝电解电容器被称为易损元件之一。对于铁路应用的恶劣环境，建议使用125°C工作温度和长寿命规格的电解电容器，并选择可靠的制造商。保持电容的大电容会在通电时产生较大的浪涌电流。应避免直接连接到电源总线。建议使用功率电阻器和二极管并联来限制和降低浪涌电流。另一个挑战是电容器的电压规格是基于不同的铁路电池系统（24、36、48、72、96 和 110Vdc）乘以 1.4 的瞬态电压系数，然后采取适当的余量。由于不同国家采用不同的系统电压，因此需要不同型号的 DC/DC 转换器和电容器。设计不同的电源板需要很长时间，并且库存中会留下许多不同型号和数量的DC-DC模块和电容器。

P-DUKE 推出了 QAE 和 HAE 超宽输入系列。它们是 QAE40U、QAE60U、QAE100U、HAE150U 和 HAE200U，提供 40 到 200W 的输出功率，14-160Vdc（12Vdc @ 100ms/185Vdc @1s）输入电压涵盖了铁路应用的所有标准电压。 QAE和HAE超宽输入系列具有完善的保护功能（OCP、SCP、UVP、OVP、OTP等），并通过了IEC/UL/EN 62368-1、EN 50155、EN 45545-2认证。 HAE-U 系列的增强型保持功能通过 BUS 引脚提供升压充电电压。这降低了输入电压低于 80V 所需的保持电容。 QAE-U 系列的增强保持功能已获得专利，并提供固定的充电电压，允许电容器在所有不同的电源电压下具有相同的电容值和额定电压。凭借其超宽输入和获得专利的保持功能，这些转换器提供了一个单一且完整的解决方案，可满足任何国家/地区的各种要求，从而在开发阶段节省时间和成本。