EO Power 33

EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2024 XXVIII Power mentazione sono differenti in funzione del tipo di ap- plicazione, come ad esempio tra apparati di sicurezza e quelli di infotainment per i passeggeri. Un ambiente meccanico particolarmente severo L’ambiente a bordo treno dove possono essere installati gli equipaggiamenti è molto vario. Per tale motivo, si è ritenuto necessario classificare gli ambienti di lavoro, che vanno dalla Classe 1, la meno se- vera, che tipicamente è quella dei compartimenti riservati ai passeggeri, per arrivare fino alla Classe 7, che è quella a livello assi, dove i componenti devono resistere a vibrazio- ni, shock, acqua, sporco proveniente dai sistemi di frenatu- ra, carburate e liquidi di ogni genere. Fortunatamente, molti dei dispositivi ausiliari richiedo- no convertitori montati all’interno di box isolati e pro- tetti dagli agenti esterni e vengono quindi classificati in 3 categorie in accordo alla norma EN 50124-1 e categoria 1B per vibrazioni e shock come da normativa EN 61373. Inoltre, ci sono classi definite in base alla temperatura di lavoro: da OT1 (-25 °C a +55 °C) a OT6 (da -40 °C a +85°C). Inoltre, devono essere tenute in considerazione possibi- li variazioni termiche (come accade in ingresso e uscita dalle gallerie) con variazioni tipiche di +/-3 °C al secondo. Per soddisfare i requisiti sopra elencati, i convertitori di potenza utilizzati nelle applicazioni a bordo treno devo- no garantire un lungo ciclo di vita e alta affidabilità per ridurre al minimo il fermo macchina e i relativi costi di manutenzione. Senza dimenticare che la disponibilità dei prodotti utilizzati deve essere garantita per un perio- do superiore ai 10 anni di vita. Convertitori DC/DC per applicazioni a bordo treno Considerate le specifiche di sistema richieste, l’utilizzo di componenti commerciali per l’ambiente industriale è solitamente da escludere. Nonostante il fatto che i prodotti COTS (Commercial Off- The-Shelf) possono garantire buone prestazioni, non è detto che la disponibilità degli stessi sia garantita per l’intero periodo di vita degli apparati, che come già det- to, risulta di molto superiore ai 10 anni. Molti convertitori hanno inoltre un limitato valore di isolamento – solo di tipo funzionale – mentre spesso sono richiesti isolamen- ti di tipo base o rinforzato a salvaguardia degli apparati stessi e delle persone che si occupano della manuten- zione o dell’installazione. Per colmare questo e altri gap (vedi EMC), è necessario aggiungere altri componenti per garantire la conformità con le normative di setto- re. Ovviamente, al crescere del numero dei componenti, aumenta il costo del sistema complessivo, oltre agli in- gombri delle schede: ciò, ovviamente, contribuisce a ri- durre drasticamente il valore di MTBF dell’intero apparato. Le difficoltà di progettazione aumentano anche al cresce- re della potenza richiesta, che comporta lo sviluppo di un sistema più voluminoso e complesso, se si prende come esempio la parte di filtraggio o il sistema di condensatori per garantire il tempo minimo di hold up dell’apparato. Inoltre la necessità di avere un ampio intervallo di in- gresso porta a ridurre l’efficienza dei componenti utiliz- zati, oltre ad aumentarne i costi. Quindi il binomio alta potenza-ampio ingresso non è assolutamente una solu- zione di facile realizzazione. Il binomio funziona meglio per valori di potenza contenuti (fino a 80 W). Nuove possibili soluzioni “DC-DC Converter” per applicazioni a bordo treno Prodotti di recente rilascio[3] sono ottimizzati per appli- cazioni a bordo treno, proponendo topologie di conver- sione innovative che garantiscono una maggior densità di potenza in un formato compatto e per montaggio su scheda, garantendo inoltre, valori di efficienza elevati. Per esempio, il modulo da 80 W con dimensioni 50 x 44 x 12.9 mm (Fig. 2) , ha un ingresso ultra wide da 12 a 160 V continui operativi (picco da 176 VDC x 100 ms) che è di- mensionato a 60 W per valore di tensione di uscita in- feriore a 36 VDC. Da evidenziare l’isolamento rinforzato. Come visto in figura 1, questo ingresso copre tutti gli in- put di batteria nominale oltre a rispettare la condizione relativa al transiente da 1 secondo definito sia nella EN 50155 sia nella RIA 12, rispettivamente a 154 VDC e 165 VDC. Viene garantito anche il picco di 176 V per 100 ms richiesto dalla normativa francese NF-F 01-510. Per i buchi di tensione, il valore minimo di 12 V dichiarato soddisfa tutte le norme. Per quanto riguarda la tempera- Fig. 2 – DCDC converter da 80Wottimizzato per applicazioni di bordo treno con tensione di ingresso operativa da 12 VDC a 160 VDC