鐵路電氣化系統(tǒng)依靠穩(wěn)定的直流電源為其直流電機和控制/能量電路供電。這些直流牽引系統(tǒng)比基于煤、天然氣或柴油的同類系統(tǒng)更節(jié)能，同時還減少了 CO 2排放。DC-DC轉(zhuǎn)換器在提高電氣化鐵路的能源效率和電能質(zhì)量方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些應(yīng)用中使用的電子元件將受到極端溫度、濕度、振動和機械沖擊的影響。因此，它們需要高度的電氣和結(jié)構(gòu)完整性才能承受這些條件并可靠運行。
早期的鐵路電氣化系統(tǒng)基于低壓直流電，其中電源由沿軌道的牽引變電站中的二極管整流器提供，并依靠架空線和鐵軌提供的電源將電力分配給火車的電機。直流牽引系統(tǒng)最常見的電壓是舊有軌電車和地下系統(tǒng)的 600 V，較新的地鐵系統(tǒng)中的 750 V 系統(tǒng)，以及更多郊區(qū)線路使用的 1,500 V。大型 3,000 V 系統(tǒng)也用于郊區(qū)網(wǎng)絡(luò)。
再生制動依賴于使用大型雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器將電能從直流饋線送回電池組或儲能系統(tǒng)?，F(xiàn)代鐵路需要較小的直流轉(zhuǎn)換，以便為車廂內(nèi)的所有電子設(shè)備和子系統(tǒng)分配持續(xù)的電力供應(yīng)。這些輔助系統(tǒng)包括高壓關(guān)鍵系統(tǒng)，如發(fā)動機控制、電機驅(qū)動控制和制動系統(tǒng)，以及低壓輔助系統(tǒng)，包括照明、電池充電、指示燈、泵、信息顯示器和電動開門器。傳統(tǒng)的解決方案通常涉及使用輸入濾波器、三相逆變器和低頻變壓器，以便在架空線電壓和輔助電源設(shè)備之間提供電氣隔離。通常，這種變壓器又大又笨重，給已經(jīng)受到空間和重量限制的應(yīng)用增加了額外的質(zhì)量。相反，隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可用于滿足現(xiàn)代鐵路應(yīng)用的尺寸、重量和功率要求。目標(biāo)是將 750-V、1,500-V 和/或 3,000-V 高輸入電壓轉(zhuǎn)換為 24-、28-、36-、48-、72-、96- 或 110-V 穩(wěn)壓輸出。
主電源在列車內(nèi)的配電也需要一系列 DC-DC 轉(zhuǎn)換到輔助系統(tǒng)。如前所述，標(biāo)稱輸入電壓可以從低至 24 V 到高達 110 V 不等；從那里開始，需要穩(wěn)壓的 3.3、5、12、15 或 24 V 輸出。EN 50155 歐洲鐵路電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求標(biāo)稱輸入電壓可以在額定電壓的 0.7 倍和 1.25 倍之間波動。該標(biāo)準(zhǔn)還允許在 0.6 倍和 1.4 倍標(biāo)稱輸入電壓之間的短期偏差。
換言之，110V 系統(tǒng)需要 67.2V 至 120V 的連續(xù)電壓范圍，以及 66V 至 154V 的波動電壓范圍。DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以支持寬輸入范圍，涵蓋超過一個標(biāo)稱輸入電壓。例如，用于通用 72V 和 110V 鐵路輸入電壓的轉(zhuǎn)換器將需要 43.2V 至 154V 的工作輸入電壓范圍（參見表 1）。P-Duke 提供適用于鐵路和工業(yè)應(yīng)用的 RHKW、RHMW 和 RHDW 系列可安裝 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。這些器件均提供 3,000 VAC 增強型隔離以及 36 V 至 160 V 的寬輸入范圍，可用于 72 V、96 V 和 110 V 鐵路應(yīng)用。
表 1：來自 EN 500155 的鐵路電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍規(guī)范
隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器將利用變壓器在設(shè)備的輸入和輸出之間提供電流隔離。通常，DC 到 DC 轉(zhuǎn)換是通過首先使用逆變器將信號轉(zhuǎn)換為 AC，通過變壓器發(fā)送信號，然后通過整流器獲得穩(wěn)定的 DC 輸出來完成的（因此在兩個之間沒有金屬或?qū)щ娐窂剑╇娐返膬蓚€部分）。隔離量取決于間隙和爬電距離，通常由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格定義。電氣間隙是兩個導(dǎo)體之間穿過空氣的距離，而爬電距離是兩個導(dǎo)體之間沿表面的距離。間隙距離將防止電弧，爬電距離減少了在表面被污染和導(dǎo)電的情況下發(fā)生短路的可能性。
變壓器和從直流到交流的轉(zhuǎn)換次數(shù)將限制轉(zhuǎn)換器可以達到的效率水平。隔離柵阻止輸出被直接控制以實現(xiàn)更好的輸出調(diào)節(jié)。還必須考慮變壓器的效率，這會限制轉(zhuǎn)換器本身的效率。即使間隙和爬電距離為 4.5 毫米，P-Duke 的專利變壓器設(shè)計也能以高達 90.5% 的效率運行（圖 1）。
在 EN 50155 標(biāo)準(zhǔn)之外，EN61373 標(biāo)準(zhǔn)列出了鐵路車輛中使用的設(shè)備的測試要求。這些設(shè)備將受到近乎恒定的振動，在某些情況下，還會受到機械沖擊。振動測試將包括模擬的長壽命測試，即被測設(shè)備以特定幅度承受至少 15 小時的振動。對于沖擊測試，該設(shè)備會經(jīng)歷一系列半正弦脈沖以重現(xiàn)傳輸?shù)男Ч?/p>
鐵路系統(tǒng)中使用的電子設(shè)備的認(rèn)證和安全認(rèn)證跨越 EN 50155、EN 61373 和 EN 44545-2，以確保這些系統(tǒng)的性能分別不受電氣、環(huán)境或火災(zāi)危害的影響。其他標(biāo)準(zhǔn)包括 IEC/UL/EN 62368-1 標(biāo)準(zhǔn)，適用于音頻、視頻、信息和通信設(shè)備領(lǐng)域的電氣和電子設(shè)備的安全要求——這些系統(tǒng)總是用于鐵路輔助系統(tǒng)。
除了在鐵路邊界圍欄處測量的最大發(fā)射水平的 EN 50121-2 標(biāo)準(zhǔn)之外，沒有針對鐵路應(yīng)用的直接 EMI 標(biāo)準(zhǔn)；然而，這些系統(tǒng)的電磁環(huán)境要求很高，可能來自變電站、主電源、架空線路和機車車輛。對于鐵路和工業(yè)應(yīng)用來說，擁有一個具有一定電磁抗擾度的轉(zhuǎn)換器是有益的。