【導讀】隨著鐵路行業的不斷發展，為了提高車載運行的可靠性和提高乘客的舒適性，大量的電子設備被應用於軌道交通中。根據《車載電子設備標準》EN 50155-2007標準要求，車載設備除需滿足基本性能、可靠性指標之外
，同時還需滿足相應的電磁兼容指標要求。本文結合車載設備電磁兼容標準EN 50121-3-2標準
，簡單闡述設備的電磁兼容指標，通過案例應用分析，總結軌道交通設備電磁兼容設計方法。

1.引言

軌道交通設備的電磁兼容是指在軌道交通運營的電磁環境中
，軌道交通係統設備與設備之間、設備與外界之間，能夠正常工作、對其它設備不構成電磁幹擾
，在同一個電磁環境下共同執行各自功能的狀態。 軌道交通是一種安全運輸設備，對設備的可靠性、設備與設備之間的兼容性要求非常高。在惡劣的車內與車外電磁環境當中，如果設備受到幹擾而造成誤動作、或者損壞則會對設備的安全運行造成非常嚴重的後果，甚至會導致嚴重的安全事故，因此
，電磁兼容是軌道交通設備必須解決的問題。

2.軌道交通設備電磁兼容要求

根據EN50155-2007標準中的電磁兼容部分，軌交設備必須滿足EN50121-3-2標準中相關的電磁兼容指標要求，詳細如下：

3.隔離電源在機車走行部監測裝置主機中的應用

為保證設備的可靠性，此類設備的主電源會使用隔離模塊電源實現

，以下為整個係統的電源應用框圖，如圖1所示：

圖 1 機車走行部監測裝置主機電源方案框圖

如圖1所示為機車走行部車載監測裝置主機電源應用方案框圖，整個係統接入110VDC直流電網。根據EN50155標準要求
，110V供電係統需滿足0.6UN-1.4UN電壓範圍
，因此主電源需選擇一個寬輸入電壓範圍的隔離模塊電源。同時整個設備電源整體功率低於30W，考慮到降額問題，推薦URF1D15QB-50WH——輸入電壓範圍滿足40-160VDC

，且滿足EN50155標準
，為實現產品可靠性提供第一道保護。

為滿足軌道交通電磁兼容標準EN 50121-3-2要求，前端可配置鐵路電源專用濾波器，推薦FC-CX3D；

為進一步提供係統可靠性，主控製電路經過二次隔離，使用VRB1205YMD-10WR3用於MCU、顯示屏及操作按鍵等供電；

同時，此設備需要將相關數據傳輸到司機顯示平台

，以判斷設備工作狀況及數據信息
，推薦適合長距離傳輸的485通信。為增加傳輸可靠性，推薦使用自帶隔離電源的485隔離收發模塊TD521D485H。

整體電源方案在滿足功能需求及安全隔離
，同時又便於整體係統簡化設計和穩定可靠。

4.軌道交通設備電磁兼容設計方法

4.1 防護濾波

為(wei)使(shi)軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)設(she)備(bei)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)工(gong)作(zuo)
，通(tong)常(chang)主(zhu)電(dian)源(yuan)會(hui)選(xuan)取(qu)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)封(feng)裝(zhuang)的(de)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)。縱(zong)觀(guan)市(shi)場(chang)上(shang)的(de)軌(gui)道(dao)交(jiao)通(tong)設(she)備(bei)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)，特(te)別(bie)是(shi)大(da)功(gong)率(lv)的(de)DC/DC隔離電源。由於受製於體積原因，無法將EMC防護濾波器件集成於模塊內部，而軌交設備必須滿足相應的電磁兼容標準要求
，因此電源廠商會開發配套的濾波器或者提供相應的EMC解決方案供客戶端設計選擇。所以在設計輸入電源濾波時
，盡可能按照電源廠商提供的濾波器或EMC解決方案進行設計。  

如圖1中的EMC防護濾波即使用金升陽鐵路電源配套EMC輔助器FC-CX3D進行設計的，同時客戶也可以根據自身需求，選擇分立器件進行設計。 金升陽電源URF1D15QB-50WH
、VRB1205YMD-10WR3針對輸入端的EMI濾波
、EMS防護均有配套的EMC解決方案供客戶設計參考。

選(xuan)擇(ze)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)方(fang)案(an)僅(jin)僅(jin)是(shi)設(she)計(ji)的(de)開(kai)始(shi)，如(ru)何(he)對(dui)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)合(he)理(li)的(de)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)，達(da)到(dao)最(zui)優(you)的(de)效(xiao)果(guo)才(cai)是(shi)最(zui)重(zhong)要(yao)也(ye)是(shi)最(zui)難(nan)的(de)。針(zhen)對(dui)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)，總(zong)結(jie)以(yi)下(xia)三(san)點(dian)建(jian)議(yi)：

（1）DC/DC防護器件放置於接口位置，遵循“防護+輸入濾波+隔離電源+輸出濾波”的原則。

（2）布局時盡量遵循走直線的方式，避免“U”字型或“Z”字型布局走線
，以免降低防護濾波的效果或失效。

（3）防護濾波電路（輸入濾波與輸出濾波）在布局走線時，以走PCB導線的方式設計，禁止在下方作鋪銅設計；隔離電源模塊下方不要布電路及信號線。

4.2 信號處理

如圖1所示，存在很多傳感器裝置，實現對機車運行狀態進行采集。通過AD模數處理後反饋給MCU，ranhoutongguoshujuchuanshuzhisijishihuozhukongzhishi，yipandingjicheyunxingdeanquanzhuangtai。cizhonggongnengjiujuedinglecishebeibixumanzugaoxingnengdediancijianrongxingneng。xinhaoshishebeizuimingandedianluzhiyi，jirongyishoudaoESD、RS、EFT、SURGE、CS的影響
，為盡可能降低信號對噪聲的敏感度
，以下兩方麵需重點考慮：

（1）信號電路設計：

針對敏感信號
，如傳感器、采集處理電路、小信號控製電路、通信電路、複位電路、報警電路、液晶顯示電路等敏感電路，在設計時均要做一定的濾波處理。

可采取電容濾波、RC濾波、LC濾波，濾波電路在布局時要靠近電路端口且環路保持最小化
；

信號接口電路端口一定要放置防護濾波器件且靠端口放置。

（2）信號PCB設計：

信號部分
，PCB盡可能使用多層板並合理分層
，如4層板及以上
；

信號線在布局時遠離噪聲電路
，如數字電路
、開關電路
、時鍾電路等；信號線在走線時，不要靠近板邊緣且走線盡可能短。

4.3 結構設計

軌道交通設備的外殼一般都是金屬殼。金屬殼接地對靜電有很好的泄放作用
，同時對RE
、RS有很好的屏蔽作用。但是如果機殼的結構沒有設計好，不僅起不到應有的作用
，有時會引起反作用。

針對金屬機殼的設計，有以下幾點需重點關注：

（1）接地：金屬機殼接地推薦采用單點接地，即輸入濾波器的地就近接至金屬機殼，然後在金屬殼接地處設計安全接地點
；為保證良好接地，應大麵積接地，可使用墊片處理，接地區域不應有氧化漆；預留在設備內部的接地線長度盡可能短，一般不應超過5cm。

（2）外形設計：設備的外殼一般不是一個完整的封閉外殼，是通過幾部分組合而成的
，這就導致屏蔽效能變差、阻抗變高
，對輻射
、靜電均有影響。為盡可能提升金屬機殼的作用

，在組合設計時，接合處應采取錯位對接且每隔10cm左右用螺絲固定
；孔、洞設計時
，盡量采取圓形孔或六邊形孔，孔徑不應超過係統最高工作頻率的λ/20。

4.4 隔離電源“非隔離”應用

進jin行xing係xi統tong設she計ji時shi，常chang有you將jiang隔ge離li電dian源yuan之zhi後hou的de電dian源yuan地di或huo信xin號hao地di以yi直zhi接jie或huo間jian接jie的de方fang式shi與yu安an全quan地di相xiang連lian接jie的de情qing況kuang，認ren為wei此ci設she計ji能neng有you效xiao的de改gai善shan靜jing電dian泄xie放fang路lu徑jing，如ru果guo不bu連lian接jie則ze靜jing電dian無wu處chu泄xie放fang。實shi則ze不bu然ran。相xiang連lian接jie時shi確que實shi人ren為wei地di提ti供gong一yi條tiao靜jing電dian泄xie放fang路lu徑jing


，但dan是shi不bu連lian接jie也ye並bing非fei沒mei有you路lu徑jing了le。

隔離電源在設計時為了改善紋波噪聲或EMI性能時
，通常會在電源的原邊與副邊使用高壓隔離電容，一般為1nF--3nF左(zuo)右(you)。有(you)此(ci)路(lu)徑(jing)後(hou)，後(hou)端(duan)的(de)靜(jing)電(dian)可(ke)以(yi)形(xing)成(cheng)自(zi)泄(xie)放(fang)路(lu)徑(jing)。隻(zhi)要(yao)保(bao)證(zheng)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)之(zhi)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)與(yu)金(jin)屬(shu)機(ji)殼(ke)滿(man)足(zu)共(gong)模(mo)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)等(deng)級(ji)的(de)安(an)全(quan)距(ju)離(li)及(ji)接(jie)口(kou)信(xin)號(hao)增(zeng)加(jia)靜(jing)電(dian)防(fang)護(hu)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)之(zhi)後(hou)，靜(jing)電(dian)一(yi)般(ban)都(dou)不(bu)會(hui)有(you)問(wen)題(ti)。將(jiang)隔(ge)離(li)之(zhi)後(hou)的(de)電(dian)源(yuan)地(di)或(huo)信(xin)號(hao)地(di)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)於(yu)安(an)全(quan)地(di)之(zhi)後(hou)

，進(jin)行(xing)共(gong)模(mo)浪(lang)湧(yong)測(ce)試(shi)時(shi)反(fan)而(er)往(wang)往(wang)會(hui)出(chu)現(xian)損(sun)壞(huai)、拉弧或複位的情況
，將此路徑斷開後
，共模浪湧就不存在問題。

如圖2所示，此種隔離電源應用是電源廠家不提倡或禁止的設計。主要原因是進行共模浪湧測試時（如Vin+對PE、Vin-對PE），就相當於在輸入與輸出之間進行隔離耐壓試驗。

平ping時shi的de隔ge離li耐nai壓ya測ce試shi漏lou電dian流liu都dou是shi預yu先xian設she置zhi好hao的de，非fei常chang小xiao，就jiu算suan隔ge離li強qiang度du達da不bu到dao要yao求qiu也ye不bu至zhi於yu損sun壞huai產chan品pin。，而er共gong模mo浪lang湧yong電dian壓ya的de能neng量liang是shi非fei常chang高gao的de
，浪lang湧yong電dian流liu達da到dao167A（以2KV浪湧作參考）。如果隔離電源的隔離強度達不到要求
，擊穿瞬間將有大能量進入電源內部或後端負載，係統損壞
、拉弧、複位也是常有的現象
，同時隔離電源也容易失效。

如果後端信號一定要接PE，則如圖3是推薦的設計方法
，可通過高壓電容進行連接
，同時此電容的容值盡量在1nF左右。

5.總結

軌道交通是一種安全運輸工具，內部各設備的可靠性、兼容性對運輸的安全有著非常重要的影響。隨著軌道交通的高速化發展，標準化、模塊化設計已經成為當下的趨勢，首當其衝的就是電源模塊化。當前國際標準封裝的鐵路隔離電源受製於體積封裝的原因，無法將所有EMC電路集成化，然而針對不同的應用需求，金升陽開發出了一係列滿足鐵路行業標準EN50155的模塊化電源
，同時提供完善的EMC配套服務與技術支持，為軌道交通設備保駕護航。

參考文獻：

1、EN50121-3-2:《Railway applications —Electromagnetic compatibility —Part 3-2: R

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