Alimentatori per trasporti automobilistici e ferroviari

Mobilità ed energia elettrica: un binomio indissolubile che non riguarda solo le nuove auto a batteria ma qualsiasi mezzo di trasporto. Da sempre, infatti, tutti i veicoli dotati di motore (sia esso a scoppio oppure elettrico) possiedono anche un impianto elettrico, che svolge molti compiti importanti. La grande eterogeneità dei veicoli e dei mezzi di trasporto (dalle automobili ai carrelli elevatori, dai camion ai treni, dai bus di trasporto pubblico alle metropolitane) determina ovviamente notevoli differenze funzionali nei relativi impianti elettrici; in tutti i veicoli, però, esiste certamente la necessità di fonti di energia elettrica regolata e stabilizzata. Gli alimentatori giocano quindi un ruolo importante nel campo della mobilità. I requisiti elettrici di questi sottosistemi (tensione e corrente d’ingresso/ corrente d’uscita, potenza) variano enormemente da un veicolo all’altro ma tutti gli alimentatori utilizzati nel settore dei trasporti sono accomunati dalla necessità di operare in condizioni ambientali spesso molto pesanti, caratterizzate da alti valori di temperatura, umidità, vibrazioni. I principali produttori hanno sviluppato una varietà di alimentatori adatti a queste applicazioni. Questo articolo analizza alcuni di questi prodotti seguendo il criterio di classificazione solitamente utilizzato, cioè la tipologia del contenitore e le modalità di montaggio.

Montaggio a circuito stampato

Iniziamo esaminando la categoria comprendente i convertitori Dc-Dc dotati di piedini per il montaggio su circuito stampato. Nell’ambito di questa tipologia Murata Power Solution offre la serie RUW15, una famiglia di convertitori a singola uscita da 15 W che si caratterizzano per le dimensioni ridotte (50,8x50,8x20 mm), particolarmente adatti alle applicazioni ferroviarie grazie all’ampia gamma di tensione in ingresso, da 16 a 160 Vdc. I quattro modelli coprono due tensioni d’uscita, 12 V a 1,25 A e 24 V a 0,625 A, e offrono come opzione un segnale di power fail / Dc OK. Tutte le uscite sono protette contro sovratensioni e cortocircuito. La gamma delle temperature ambiente di funzionamento è compresa tra -40 °C e +85 °C. Sempre nel campo dei prodotti per montaggio a Pcb, Power-One (Melcher) offre i convertitori Dc-Dc della serie IMX, progettati in conformità ai requisiti delle applicazioni ferroviarie e di trasporto. La serie comprende modelli da 15W, 35W e 70W. In particolare, la famiglia IMX35 comprende versioni che accettano tensioni d’ingresso fino a 150 V; ciascun modulo fornisce quattro uscite con tensioni fino a 60 V. Queste unità possono operare a pieno carico con una temperatura ambiente di 71 °C in aria libera o 105 °C con ventilazione, benché prive di incapsulamento in resina.

Formato box

Le applicazioni che richiedono un montaggio “libero” tramite viti su superfici di vario tipo possono avvalersi di una tipologia di alimentatori denominata “formato box”. È il caso, ad esempio, dell’alimentatore Ac-Dc LCC250 prodotto da Artesyn, dotato di un contenitore chiuso raffreddato a conduzione, con connessioni a filo. Il prodotto accetta in ingresso una gamma di tensioni compresa tra 90 Vac e 264 Vac (a 47-63 Hz); la sua uscita, totalmente isolata, eroga 250 W (12 V a 20,8 A oppure 24 V a 10,4 A). Il grado di protezione di questo alimentatore è IP64, sufficiente a evitare l’ingresso della polvere e degli spruzzi d’acqua. Anche Delta PSU offre una famiglia di prodotti in formato box: si tratta dei convertitori Dc-Dc della serie B40SR, dotati di una placca metallica che facilita il montaggio e la dissipazione del calore. Questi convertitori accettano in ingresso tensioni comprese tra 18 e 60V e forniscono un’uscita a 12,4 V e 24 A, con un’efficienza a pieno carico dell’88,3%. La gamma delle temperature operative è compresa tra -40 °C e +85 °C. Dotati di varie protezioni, i prodotti della serie B40SR impiegano connessioni a terminale e si caratterizzano per il grado di protezione IP67 (tenuta stagna per immersione in acqua fino alla profondità di un metro).

Formato “cassetta”

A bordo dei veicoli di grandi dimensioni trovano spazio anche apparecchiature installate in “rack”; per questo tipo di applicazioni si possono utilizzare alimentatori in formato “cassetta”. Power-One è presente in questa categoria con due serie di convertitori Dc-Dc. I prodotti della serie HR, conformi agli standard ferroviari En50155 ed En50121-3-2, offrono prestazioni molto elevate, tra cui una gamma di tensioni d’ingresso estremamente ampia (da 12V a 168V in uno stesso prodotto), alta efficienza (fino al 94%) ed elevata affidabilità. Sono dotati di tutte le funzioni di protezione e sicurezza richieste nel settore dei trasporti, compreso il conformal coating dei circuiti stampati. La gamma HR offre due uscite a 12V, ciascuna delle quali può erogare correnti da 10 A o 12 A. Sono inoltre disponibili versioni a singola uscita a 12V (20A o 24A) e 24V (10A o 12A). Anche i convertitori Dc-Dc della serie Q di Power-One sono prodotti molto robusti, particolarmente idonei alle applicazioni ferroviarie e conformi agli standard europei En50155 ed En50121-3-2 (urti e vibrazioni). La Q Series prevede numerose configurazioni, con sei opzioni per la tensione d’ingresso (comprese tra 14,4 e 150V ) e versioni con uscita singola o doppia da 3,3 a 24 V. Gli ingressi sono protetti contro picchi, transienti, sovratensioni e sottotensioni. È inoltre garantito il totale isolamento tra ingresso e uscita. I prodotti sono dotati di un contenitore in alluminio totalmente chiuso che agisce sia come dissipatore termico sia come schermo RFI; anche in questo caso tutti i circuiti stampati sono dotati di conformal coating. Questi convertitori sono anche conformi agli standard di sicurezza Class 1.

Montaggio su barra Din

Sui veicoli di grandi dimensioni possono essere installati anche quadri elettrici Ac dotati di barre Din; il mercato, pertanto, offre anche alimentatori (solitamente convertitori Ac-Dc) predisposti per questa modalità di montaggio e specifici per le applicazioni nei trasporti. Gli alimentatori da 50 W per barra Din della serie LOK4000 di Power-One, ad esempio, sono convertitori Ac-Dc con ingresso 100-240 Vac, dotati anche di un ingresso Dc (90-250V). Grazie al contenitore plastico, alle dimensioni ridotte e all’alta affidabilità, questi prodotti sono ideali per le applicazioni in spazi limitati. La serie offre tensioni d’uscita di 12, 24 e 48 V, con possibilità di regolazione della tensione tramite trimmer resistivo. Tra le altre caratteristiche di questa serie sono compresi la conformità a vari test di immunità (interferenze elettromagnetiche, scariche elettriche, transienti, picchi di tensione), alla norma EN55022 (class B) sulle emissioni, e agli standard europei relativi a urti e vibrazioni oltre alle certificazioni degli standard di sicurezza internazionali. Gli alimentatori della serie LOK4000 operano in una gamma di temperature compresa tra -10 °C e +50 °C con raffreddamento a convezione, ma possono raggiungere +70 °C con una riduzione della potenza (derating). Offrono inoltre un grado di protezione IP20, sufficiente a evitare l’introduzione di oggetti solidi di dimensioni superiori a 12,5 mm. Anche Delta PSU offre prodotti per montaggio su barra Din: si tratta delle serie CliQ e CliQ II, che comprendono modelli monofase e trifase. Questi convertitori prevedono tensioni di uscita di 12, 24 e 48 V e valori di potenza compresi tra 15 e 480 W. Gli alimentatori CliQ di Delta, raffreddati a convezione, possono operare in una gamma di temperature compresa tra -20 °C e +75 °C. Sono inoltre conformi ai requisiti di sicurezza Class 1 Div. 2, agli standard IEC60068-2-27 e IEC60068-2-6 (resistenza a urti e vibrazioni) e a vari standard Emc. Offrono anche protezione da sovratensioni, sovracorrenti, surriscaldamento e cortocircuito. I contenitori della serie CliQ non sono sigillati ma i circuiti stampati sono protetti tramite conformal coating. Il modello DRP024V480W1BA, rappresentato in figura 5, è un convertitore Ac-Dc da 480 W con uscita a 24 V, che accetta un ingresso monofase a 85-264 Vac (valore nominale 100-240 Vac, 50/60 Hz) ma può anche funzionare con un ingresso DC di 120-375 V. La serie CliQ II è dotata di connettori staccabili IP20 e offre migliori prestazioni e livelli di efficienza più alti.

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