铁路电源（铁路电源）

电源综述

车辆控制电子设备的供电主要是通过车载蓄电池进行供电，蓄电池可以用电池充电器、辅

助逆变器和装有电子调压的发电机或发电机组充电。辅助设备启动或者电池充电器电压波动过

程均会影响蓄电池的输出电压。在蓄电池的电压波动过程中，车辆控制电子设备不应该引起功

能的改变。为了解决车辆控制设备的行业应用问题，满足电压波动和其他特性需求，需要宽电

​​压范围输入电源产品满足需求。

电源标准

铁路上的车辆控制电子设备和器件，在国际上有着严格的规定和管控。在欧洲，最常用 的

是 EN50155： 2007 标准--“铁路设施铁道车辆的电子设备”标准，中国最常用的是铁标 TB/T 3021：

2001，而英国常用的标准为 RIA12 用于拖动及运载设备的直流控制系统中瞬态浪涌保护的通用

规范”此规范是由铁路工业联会开发制定的。欧盟标准 EN50155 与中国铁标 TB/T3021 要求基本

一致，而 RIA12 标准则要求车载电子设备具有专门的抗浪涌能力。

欧盟标准 EN50155 已慢慢被许多铁路设备生产制造商认可，标准适合于安装在铁道车辆用

作控制、调整、保护、供电的的全部电子设备，并涉及到蓄电池供电系统和直接与接触系统连

接或者未连接的低压电源，但是不适合主电路设备。电源模块作为总线电源转换器件，前端供

电主要由车载蓄电池供电或者辅助电源供电。车载电子设备供电电源必须满足 EN50155 需求，

其中主要有以下方面需求：

1.输入电压范围需求；

2.电磁兼容需求；

3.机械需求--冲击和振动需求；

4.温度和湿度工作需求；

5.隔离电压需求；

EN50155 引用的主要标准和对应的中国铁标如下：

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标准内容需求

车载蓄电池的额定供电电压主要有以下几种： 24V、 48V、 72V、 96V、 110V 等 5 种规格，对

于没有稳压装置的蓄电池供电的电子设备，必须在 0.6VN和 1.25VN间(辅助设备启动或者蓄电

池充电电压波动)100mS波动之间不能引起电子设备的功能改变；必须在浪涌电压1.25VN和1.4VN

不超过 1s 间波动，不应引起设备的损坏，但是设备可以不运转。为了满足波动电压范围内使用

要求， DC/DC 电源厂家为了留有足够的裕量，设计的输入电压参数能够在 0.6VN和 1.4VN电压范

​​围内正常工作，并且兼容多个车载蓄电池电压等级。

额定输入电压范围

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英国铁路标准^[1]RIA12《拖动及运载设备的直流控制系统中瞬态浪涌保护的通用规范》 ，标

准要求与供电电源蓄电池连接的电子设备，必须能够经受以下两种波形，尤其是对于 3.5 倍输

入电压，持续时间 20mS 的浪涌电压，该浪涌脉冲电压的源阻抗为 0.2Ω ，如果考虑供电蓄电池

额定电压为 110VDC，那么如果只是采用单一的钳压器件进行防护，很难吸收（设钳位电压 VC

为 160VDC）高达 W=VN*（3.5VN-VC）/r*t=2475J 的能量，一般瞬时钳压抑制器件很难满足要求，

采用封装 1.5KE 系列的 TVS 管，瞬时能够承受 1500W 能量，但是只能承受 1.5J 的能量。

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EN50155 规定，在输入电压范围内，输入电压可发生 10mS 的中断，规定等级如下：

--S1 级 无中断

--S2 级 10mS 中断

并且 EN50155 规定，在蓄电池组供电和稳定的电压源供电的转换期间，可能发生中断，规

定等级如下：

--C1 级 在 0.6VN时， 100mS 期间不得中断

--C2 级 中断供电 30mS

单独依赖模块电源厂家很难满足 S1 级要求，车载电子设备需要适当的外围储能电路来满足

中断需求，可采用在电源模块前端增加储能电容即可满足要求。

不同的电气设备端口，对于 EMI 的要求是不一致的，对于蓄电池端口，在频率段 9kHz~150kHz

是没有传导的限值要求的。对于 EMI 要求部分，中国的铁标和欧标的限值是不一致的。表 4 为

EN50131-3-2 对蓄电池端口的 EMC 需求，对于信号和通信端口以及过程测量和控制端口也需要

满足此要求。中国铁标 TB/T 3034 对于传导部分的要求为频率段 150kHz~500KHz，限值要求

79dBuV 准峰值；频率段 500kHz~30MHz，限值要求 73dBuV 准峰值。

蓄电池端口对于 EMS 端口能力如表 4 所示，需要注意的是浪涌骚扰抗扰度试验的浪涌发生

器的内阻为 42Ω ，而中国铁标 TB/T 3034 对于浪涌要求是引用 IEC61000-4-5 标准中，浪涌发

生器的放电电阻为 2Ω （差模） /12Ω （共模） 。欧盟标准比中国铁标标准要求弱很多。

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根据电子设备在车辆中的安装位置，可分为 3 类：

1类 安装在车体上

A 级 安装在设置于车辆上面或者下面的设备箱内任何物体

B 级 安装在设置于车辆上面或者下面的设备箱内任何物体

2 类 安装在转向架上面

3 类 安装在轴上或者车辆轮上面系统

对于某些铁路应用，电子设备是悬挂在车辆的墙壁上或者置于车厢设备的箱内，必须满足

1 类 B 级要求。其试验的振动、冲击试验要求如下：

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为了更容易通过冲击和振动要求，将 DC/DC 电源内部灌满绝缘类环氧树脂，可以很容易阻

挡由于冲击和振动带来的机械应力。

机车车辆外部的环境温度为-40℃ ~50℃，内部靠近电子设备的空气温度可能处于-40℃

~70℃之间变化，靠近印刷 PCB 板周围的空气温度由于器件发热等影响，必须考虑起动过程的过

温等影响，印刷 PCB 板温度范围可到-40℃~85℃。

DC/DC 电源需要满足严苛的温度等级 TX 要求，并且在环境温度 85℃情况下，不应引起电源

的热保护和车载电子设备的性能异常。

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为了满足车载电子设备的过隧道要求，外部温度迅速变化过程，要求外界温度变化率要求

为 3℃，其最大变化温度范围为 40℃。并且车辆在长距离运行时，外界的湿度也在变化中，需

要车载电子设备必须经受交变湿热试验。车载电子设备的要求型式可靠性试验如下：

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车载电子设备的介电试验（耐压试验）的试验电压与车载蓄电池的供电电压相关，通过逐

渐升压，将试验电压加载到车载电子设备上，并在规定的等级电压上 1min，期间不应出现闪烁

和击穿现象。试验要求电压如表 9.

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介电试验电压优先取 50Hz 的交流电压，采用相对于交流电压的峰值直流电压也是等同的。

也就是说 2250VDC 的隔离电压等同于 1500VAC 的隔离电压要求。需要特别注意的是，对于 96VDC、

110VDC 的车载蓄电池供电系统，其蓄电池电压可能被充电至大于 125VDC 及以上， 1000VAC 的需

求已不能满足其要求，隔离耐压至少达到 1500VAC 的要求。