某机车车辆 OEM 准备一支新地铁车队的型式试验。机械、牵引、空调都通过了。结果车载乘客信息系统在 EMC 预测试上栽了 —— 给网络交换机供电的 DC-DC 变换器,每次列车通过分相区、110V 电池母线下沉时就复位一次。回去翻规格书,只写着 "24/110V 宽压输入 DC-DC,工业级",既没有 EN 50155 标注,也没有 S2 中断耐受等级,也没有 EN 50121-3-2 排放数据。这只变换器装在工业自动化柜里没问题。装在火车上不行。
这是轨道交通电子采购里最常见、也最贵的隐形参数错误之一。"工业级 DC-DC"和"轨道交通 DC-DC"在一行 BOM 上看几乎一样,但实际上要差大约三十项试验参数,其中一半要等到型式试验、甚至运营之后才会暴露。型式试验延迟会让一个轨道项目滑期数周;乘客信息系统在运营投入后才发现问题,代价是声誉。
本指南面向机车车辆采购、系统集成商和设计工程师,讲透怎么选一台 EN 50155 合规的车载 DC-DC 变换器:标准到底要什么、伴生标准补什么、拓扑怎么选、采购参数清单怎么写、供应商声明怎么核验。
车载 DC-DC 选型不当的典型故障表现
- 列车通过变电分段、PIS 或车载摄像头随之复位 —— 缺乏 S2 等级供电中断耐受
- 热带运营线路 18 个月就开始批量返修 —— 选了 T1 温度等级却跑在 TX 工况
- 整车 EMC 预测试在车体总线上的辐射发射超标 —— 变换器输入端不符合 EN 50121-3-2
- 固定不牢的变换器半年内 PCB 出现裂纹 —— 未通过 EN 61373 Category 1 Class B 振动鉴定
- 集成商驳回材料证明 —— 外壳或灌封材料不满足 EN 45545-2 R22/R23 危险等级要求
- 型式试验在介电耐压一项失败 —— 绝缘配合未对齐 EN 50124-1 过电压等级
为什么轨道交通 DC-DC 变换器必须按 EN 50155 选
工业级 DC-DC 和轨道交通级 DC-DC 是两个世界。一台工业 DIN 导轨电源面对的是稳定市电、可预测的柜内温度、温和的振动和以变频器谐波为主的 EMC 环境。一台轨道交通 DC-DC 面对的是:再生制动和分相区扰动下从 0.7×额定到 1.4×额定的电池电压摆动、从亚北极车辆段到沙漠正线的环境温度极端、轨道接缝带来的机械冲击,以及大众交通工具中最严苛的 EMC 环境 —— 高压牵引、受电弓拉弧、轨旁信号全部耦合进金属车体里。
EN 50155(《轨道交通 — 机车车辆 — 电子设备》)是把这一切合并起来的伞式标准。任何安装在机车车辆上的电子组件 —— 乘客信息系统、车载诊断、列车控制网关、网络交换机、IP 摄像头、通讯电台 —— 都必须 EN 50155 合规。而组件里最容易在型式试验上失败的,通常就是那台没按标准设计的 DC-DC 变换器。
全球轨道车辆市场是稳定的长期支出。仅欧洲铁路与基础设施公司联盟(CER)成员国就承诺到 2030 年投入超过 2000 亿欧元用于铁路基础设施和机车车辆,亚太地铁项目到 2030 年每年新增车辆数也维持在数百台量级(UIC 行业展望,2024)。对一级供应商来说,DC-DC 选型不能错。
EN 50155 到底要什么 —— 以及背后的伴生标准家族
EN 50155 不是一份单一的试验清单。它是一个体系标准,把一组伴生标准点名拉进合规边界,每一份都对应一支自己的试验。把这个家族搞清楚,是写一份可以站住脚的招标文件的第一步。
标准家族速览
- EN 50155 —— 车载电子设备的总要求:供电特性、环境分级、软件要求、设计与文档规则。
- EN 50121-3-2 —— 机车车辆设备级 EMC:发射与抗扰,与欧盟铁路互联互通指令对齐。
- EN 61373 —— 机车车辆设备的振动与冲击试验,设备类别(Category 1/2/3,对应车体悬挂、转向架、轴箱)和 Category 1 内部的等级 A/B(车体安装 vs. 司机室安装)。
- EN 45545-2 —— 轨道车辆防火,把材料按危险等级(HL1、HL2、HL3)和按零件功能编排的要求集(R22、R23、R24…)分类。
- EN 50124-1 —— 绝缘配合:轨道交通应用的爬电距离、电气间隙和介电耐受,定义过电压等级和污染等级。
- EN 50125-1 —— 车载设备的环境条件:温度、湿度、海拔、防水。
一台真正可交付的轨道交通 DC-DC 变换器,在符合性声明里会逐一引用这些标准 —— 不会只写"EN 50155 compliant"。只写一句"EN 50155 合规"、不点名伴生标准的规格书,就是没做完整的试验。
供电特性:名义电压与电压变化范围
EN 50155 列出了全球机车车辆使用的名义车载电池电压:24V、36V、48V、72V、96V、110V DC 是主流。围绕每个名义值,标准要求变换器在较宽容差带内连续工作 —— 通常是 0.7×Un 到 1.25×Un —— 并能在限定时间内承受到 0.6×Un 至 1.4×Un 的瞬态偏移。多档位/宽压输入(例如"24/48/72/110V 宽压轨交")的变换器对采购最友好,一个 SKU 可以服务多个车型平台。
供电中断等级(S1 / S2 / S3)
分相区、电分段和受电弓跳脱会带来车载辅助电池母线的短暂中断。EN 50155 对设备必须穿越的中断时长定义了等级:
- S1 等级 —— 必须穿越 10 ms 中断
- S2 等级 —— 必须穿越 20 ms 中断
- S3 等级 —— 必须穿越 30 ms 中断
部分应用要求更长保持时间。乘客信息、信号网关以及任何"复位会被乘客肉眼看到"的系统,采购底线应当是 S2 或 S3,不要被投标里那台最便宜的"工业 DC-DC"拉低标准。
温度等级(T1、T2、T3、TX)
EN 50155 按设备安装位置(司机室、设备柜、车下、车顶)和车队运营气候,把工作环境温度分为若干等级。常见等级:
- T1 —— −25°C 至 +55°C
- T2 —— −40°C 至 +55°C
- T3 —— −25°C 至 +70°C
- TX —— −40°C 至 +70°C,并允许限定时长的 +85°C 短期偏移
车顶和车下设备在热带或沙漠运营条件下,几乎都要求 T3 或 TX。仅因为规格书便宜就选 T1,是在役车辆 18-24 个月就出现批量返修的主因之一。
EMC、绝缘、振动、防火
EN 50121-3-2 规定传导和辐射发射限值,以及抗扰试验(浪涌、电快速瞬变脉冲群、静电放电、高场强辐射抗扰)。EN 61373 规定随机振动谱和长寿命耐久试验。EN 45545-2 决定变换器的塑料件、灌封料、套管和标签是否能装入车体。EN 50124-1 规定输入电池端、输出端、机壳之间的爬电与电气间隙。这四件事必须在变换器的设计阶段一次性解决,不能让集成商后期补救。
拓扑选择:轨交 DC-DC 用隔离还是非隔离
绝大多数车载 EN 50155 DC-DC 变换器采用输入输出电气隔离。原因很具体。
- 抑制电池母线噪声 —— 受电弓抖动、牵引逆变器开关、轨旁信号都会把高频噪声耦合到辅助电池母线。隔离是把这种噪声挡在敏感负载(电台、IP 摄像头、光模块)之外的最干净办法。
- EN 50124-1 绝缘配合要求 —— 高压等级要求电池母线(可能浮地)与设备机壳之间存在加强绝缘。
- 接地故障定位 —— 轨道交通通常采用浮地电池系统并持续监测接地故障。非隔离变换器会把这套监测逻辑打乱。
- EMC 行为可重复 —— 用屏蔽变压器的隔离拓扑,远比一个长接地回路的非隔离 buck/boost,更容易通过 EN 50121-3-2 认证。
非隔离 DC-DC 仍然有用 —— 通常作为隔离母线下游的本地点负载(POL)调压,或在共参考的低压子系统里做局部稳压。车载主母线降压级,默认就是隔离。
第二个决策是单输出还是多输出。只需要一路供电的负载(例如从 110V 电池给 24V 网络交换机供电)用单输出、全调节最干净。混合模拟/数字负载(同时需要 24V、12V、5V 的乘客信息模块)更适合"前级单路隔离 + 负载内部 POL 子调节"的方式 —— 把交叉调节问题挡在安全相关前级之外。
采购参数清单:可以直接进入招标文件
招标团队写"EN 50155 DC-DC 变换器"这一行时,下表每个参数都应当显式声明。任何留给"工业默认"的项,都会被最便宜的投标方按对他自己最有利的方式补上 —— 而不是按集成商利益。
| 参数 | 怎么写 | 为什么重要 |
|---|---|---|
| 名义输入电压 | 24 / 48 / 72 / 96 / 110 V(或宽压输入) | 必须匹配车队电池母线,宽压简化多车型平台。 |
| 输入电压范围 | 连续 0.7Un–1.25Un,瞬态 0.6Un–1.4Un | 覆盖再生制动浪涌和电池低 SOC 工况。 |
| 供电中断等级 | S1、S2 或优选 S3 | 决定分相区与受电弓抖动期间的保持时间。 |
| 温度等级 | T1 / T2 / T3 / 严酷工况 TX | 决定工作环境温度;车顶和车下需要 T3 或 TX。 |
| EMC 合规 | EN 50121-3-2,发射与抗扰试验报告齐全 | 型式试验强制项,不能用软件补救。 |
| 振动 / 冲击 | EN 61373 Category 1 Class A 或 B | 车体安装 Class B 通常是司机室与客室区采购底线。 |
| 防火 | EN 45545-2,材料清单注明危险等级(常见 HL2) | 装入车体的所有部件硬要求。 |
| 绝缘配合 | EN 50124-1,声明过电压等级 | 决定介电耐受与爬电距离;110V 系统不能省略。 |
| 隔离电压 | 加强绝缘,声明 kVrms | 验证安全相关负载侧的隔离屏障。 |
| 效率 | 给负载与输入电压扫描的曲线,而不是单点 | 单点效率说明不了车载真实负载工况。 |
| MTBF | 计算方法(Telcordia / MIL-HDBK-217)+ 目标小时数 | 设采购底线、追溯供应商设计裕度。 |
| 防护等级 | 按安装位置选 IP20 / IP54 / IP65 | 车下和车顶必须有进一步防护。可参考IP65/IP67/IP68 防水电源选型指南了解防护等级定义。 |
| 机械 | 传导散热或风冷,以及安装接口 | 多尘工况下风冷的 MTBF 显著低于传导散热。 |
| 文档 | 符合性声明 + 各标准的具名试验报告 | 没有试验报告的"EN 50155 合规"只是营销话术,不是采购证据。 |
常见车载应用场景
不同车载子系统对 EN 50155 的压榨方向不同。事先明确应用,就能让采购规格分级。
- 乘客信息系统(PIS)和车载显示 —— 通常 24V 或 12V 负载,从 110V 电池经隔离 DC-DC 供电。强烈推荐 S2 / S3 等级避免分相区可见复位。客室安装常用 T2 或 T3 温度等级。
- 车载信号网关与 ETCS 接口 —— 安全相关。需要加强绝缘、冗余供电和预算允许范围内最高的中断等级。EN 50124-1 绝缘配合是硬约束。
- 车载 IP 摄像头与 CCTV 录像 —— 下游通常是 PoE 负载。整条链路必须穿越中断事件而不丢失录像连续性。柜内常见 T2 或 T3,车顶摄像头需要 T3 或 TX。我们的PoE 功率预算计算器与交换机选型指南讲解了 DC-DC 前级选定后下游 PoE 怎么算。
- 车载诊断与状态监测 —— 中等功率,常用 T2 或 T3。停车时也要长期供电,空载和待机损耗会变成运营成本。
- 车载通讯电台(LTE-R / GSM-R / 5G) —— RF 负载敏感。变换器侧 EN 50121-3-2 抗扰是硬约束;共模滤波差的"工业 DC-DC"是电台灵敏度下降的常见根因。
- 空调控制器与客室照明驱动 —— 功率较大,通常分布式。优先长寿命 MTBF 与传导散热,不优先风冷。
怎么核验供应商的合规声明
采购方应当默认所有声明未经证实,直到试验报告摆到桌上。下面这套文档是采购放行门槛:
- 符合性声明(DoC) —— 同时点名 EN 50155 和 所有声称的伴生标准(EN 50121-3-2、EN 61373、EN 45545-2、EN 50124-1、EN 50125-1)。
- 型式试验报告,由认可实验室出具(或供应商自有可溯源校准的型式实验室出具)。每份报告应与所引等级一致 —— 例如 EN 61373 报告必须写明 Category 与 Class;EN 50155 供电试验必须写明 S1/S2/S3。
- EN 45545-2 材料声明 —— 列出外壳、灌封料、套管、标签的材料,标注危险等级与要求集。
- 可靠性预测 —— MTBF 方法(Telcordia SR-332 第 4 版 / MIL-HDBK-217F)与环境类(柜内常用 GB,严酷常用 GF)。
- CE 标记技术文档与欧盟符合性声明 —— 欧洲项目须有 EMC、RoHS,以及(适用时)RED 的合规文件。
- 长期供货声明 —— 轨道项目寿命 30+ 年,5 年就 EOL 的零件会变成集成商背的过时性问题。
锁 BOM 之前,取样到集成商实验室做一次独立 EMC 预扫描。两天预扫描的成本,是规避六个月型式试验滑期最便宜的保险。
三一精工的角色:轨旁、车辆段、车站侧基础设施供电
三一精工的工业 AC-DC 产品线服务于机车车辆周边的轨旁、车辆段、车站、信号机房等基础设施,而不是车载 DC-DC 变换器本体。如果你的项目同时涉及这条供电链,以下工业级平台对应常见相邻应用:
- 轨旁柜与信号机房 AC-DC 供电 —— 室内防护柜内为控制电子供电,主流方案是 SZ 系列工业开关电源 240W-480W 与 SFY-Z 系列 240W-480W,全保护(过流/过压/过温)、铝壳散热设计。
- 车站乘客信息与 CCTV 柜内电源 —— 中等功率多用 SFY-I 系列 120W-200W 给典型 24V 柜供电;若下游是 PoE 化的车站 CCTV 与 AP,适合 POE-300W 与 POE-480W PFC 平台。
- 车辆段维修台与车间电源 —— 工位测试台与车辆段柜的需求,可参考我们的工业 DIN 导轨电源选型指南,按功率档位对照选型。
至于车载 EN 50155 DC-DC 变换器本体,三一精工以项目方式与轨道集成商合作。可通过下方咨询通道联系我们,提供目标车队的名义电池电压、负载类别(PIS / 信号 / CCTV / 电台)、温度等级(T1 / T2 / T3 / TX)和 EN 61373 振动类别,我们一起圈定平台。
FAQ
EN 50155 和 IEC 60571 是同一个标准吗?
紧密相关但不完全相同。IEC 60571 是国际标准《轨道交通 — 机车车辆电子设备》;EN 50155 是欧洲协调版本。许多招标文件引用其中之一并接受另一个,但采购方需要确认精确版次(例如 EN 50155:2017 还是早期版本)并核对试验报告引用的版本。两者覆盖范围基本一致(供电、环境、EMC、设计、文档),仅在条款编号与日期上有细微差别。
S1、S2、S3 中断等级有什么区别?
三者都定义变换器必须穿越的辅助电池母线中断时长,负载不能复位。S1 = 10 ms、S2 = 20 ms、S3 = 30 ms。乘客可见的系统(PIS、CCTV)采购底线一般是 S2;安全相关网关推荐 S3。等级越高,变换器需要的母线储能或保持电容越大,单价也越高。
车顶安装的变换器需要 EN 45545-2 危险等级 HL2 还是 HL3?
HL2 是装入车体的部件最常见的采购底线,大多数 OEM 在通用供应商规范里就会要求 HL2。HL3 用于高风险位置以及运营在长隧道或高客流条件下、疏散时间受限的车队。具体等级由集成商按 EN 45545-1 做火灾风险评估后确定;锁 BOM 之前,务必拿到项目方的具体危险等级要求。
我能用一台"工业级宽压 DC-DC"再加外置滤波器把 EMC 凑过吗?
几乎一定不可行。在设计阶段没过 EN 50121-3-2 的工业 DC-DC,通常 EN 50155 的其它条款也通不过 —— 温度等级、中断等级、振动、防火材料、绝缘配合一个个都是雷。用外置滤波补一个参数(EMC),解决不了其他几个,集成商把没解决的风险全部背走。从第一天起就按 EN 50155 设计的变换器是唯一靠谱的选择,并要求供应商给出每一条引用条款的试验报告。
结论:把标准写进招标文件,而不是把口号写进招标文件
轨道交通采购团队能做的最有用的事,就是按标准而不是按口号写规格书。一行 BOM 上的"EN 50155 compliant"约束不了任何供应商。一行写成"EN 50155:2017 合规;供电中断 S2;温度等级 T3;EN 50121-3-2 发射与抗扰均符合型式试验报告;EN 61373 Category 1 Class B;EN 45545-2 HL2 R22/R23 材料;EN 50124-1 OV3 / PD2;加强绝缘 3 kVrms"才把供应商钉在一份可辩护的合规包以及对应的试验报告上。
如果你正在立项一支新车队,或在做一级供应商资质评审,欢迎尽早联系我们 —— 在初步设计阶段把电源平台敲定,可以避免后期型式试验滑期。