電梯系統(tǒng)是一個與人身安全息息相關(guān)的特種設(shè)備，有其特殊的電氣復雜性，應(yīng)急照明為其重要組成部分，保障電梯應(yīng)急照明系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。傳統(tǒng)的應(yīng)急照明基本使用白熾燈，但其有一些弊端，比如電量消耗大、能效低、照度低、使用壽命短等。

　　隨著LED性能的提升，LED因其環(huán)保、節(jié)能、抗震、使用壽命長等特點，逐漸替代白熾燈作為電梯應(yīng)急照明，較好地克服了白熾燈的這些弊端。由于LED對電源有較高的要求，選擇穩(wěn)定可靠，持久耐用的應(yīng)急照明方案并優(yōu)化驅(qū)動電源，不但可以減少應(yīng)急照明系統(tǒng)的維護，更重要的是可以提高電梯系統(tǒng)的運行效率和可靠性，具有保障電梯安全運行具有重大意義。

　　1、LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源的工作原理

　　根據(jù)應(yīng)急備用電源的基本工作原理，LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源應(yīng)滿足以下工作要求：在有市電時，直接由市電供電，用AC/DC驅(qū)動控制電路轉(zhuǎn)換提供低壓直流電源，主要為正常檢修時LED燈具供電，以及給系統(tǒng)自帶的備用電池充電；在發(fā)生故障時，或者市電停電時為應(yīng)急備用電池為用電設(shè)備供電，包括LED應(yīng)急燈的驅(qū)動。

　　根據(jù)此工作原理，LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源由四部分組成（如圖1所示）。

　　圖1中，深色的四個模塊是LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源基本功能模塊。其中，AC/DC恒壓驅(qū)動電路是用于市電給蓄電池充電，同時還為其他直流用電設(shè)備提供驅(qū)動電源。輸入電源選擇輔助回路是控制在有市電時蓄電池沒有輸出，只有在應(yīng)急狀態(tài)下蓄電池才有電壓輸出。LED應(yīng)急驅(qū)動電路是用于驅(qū)動LED應(yīng)急燈。

　　由于LED需要特定的驅(qū)動電源來提供穩(wěn)定的電流電壓才能可靠的正常工作，所以對于LED應(yīng)急燈的驅(qū)動電路的設(shè)計就顯得尤為重要。另外，蓄電池是一個集成部件，與電路設(shè)計無關(guān)。因此電路設(shè)計主要AC/DC恒壓驅(qū)動電路，輸入電源選擇輔助回路，及LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路由三個模塊來組成。下面將主要介紹這三個模塊的電路設(shè)計。

　　2、LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源的電路設(shè)計

　　本部分圍繞LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源的三個電路設(shè)計部分展開，即AC/DC恒壓驅(qū)動電路、輸入電源選擇輔助回路、LED驅(qū)動電路。其中AC/DC恒壓驅(qū)動電路和輸入電源選擇輔助回路一起為LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路提供一個穩(wěn)定的直流輸入電壓源，LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路將輸入的電源經(jīng)恒流穩(wěn)壓控制后直接驅(qū)動LED應(yīng)急燈。在應(yīng)急狀態(tài)下，由蓄電池給LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路供電。將重點介紹較特殊應(yīng)用的蓄電池作為輸入電源的LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路。

　　2.1 AC/DC恒壓驅(qū)動電路設(shè)計

　　開關(guān)電源被譽為高效、節(jié)能電源，是目前能量變換中效率最高的，而且體積小、重量輕。應(yīng)急備用電源中用開關(guān)電源是符合電梯應(yīng)用環(huán)境的最佳方式。需要的是從AC220V電壓轉(zhuǎn)換為DC12V電壓，所以選擇Buck拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源電路。

　　圖2 是Buck拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源原理示意框圖。

　　其中，脈寬調(diào)制器使用SANKEN芯片A6051，是內(nèi)置MOSFET的電源驅(qū)動IC，簡化了電路設(shè)計。恒壓反饋電路設(shè)計采用常用的LM258運算放大器實現(xiàn)。電壓采樣基準電壓由TL431提供2.5V的基準電源電壓。輸出端電壓電流的取樣電壓和TL431的基準電壓比較，經(jīng)過運算放大器LM258 的P1腳輸出一個調(diào)節(jié)電壓電流，達到恒壓DC12V輸出的效果，可以給蓄電池充電。

　　2.2 輸入電源選擇輔助回路的設(shè)計

　　LED應(yīng)急照明電源應(yīng)用方式，在有市電時，用市電通過應(yīng)急備用電源恒壓恒流供電，照明以及給蓄電池充電。在市電停電或有故障時，由應(yīng)急備用電源中自帶的蓄電池供電。要完成這兩種輸入電源的選擇，就需要一個輸入電源選擇輔助電路。輸入電源選擇輔助回路設(shè)計原理如圖3所示。

　　12V蓄電池輸出的控制是通過繼電器來實現(xiàn)的，接繼電器的常閉開關(guān)，通過三極管來控制。市電正常供電時，三極管導通，使繼電器常閉觸頭斷開，繼電器斷開，故此時，12V蓄電池無輸出。市電沒有電壓輸入時，控制三極管不工作，使繼電器閉合，接通蓄電池輸出電路，實現(xiàn)蓄電池電壓的輸出。只要備用電池有電，就可以保證DC12V持續(xù)穩(wěn)定的輸出。給LED驅(qū)動電路提供持續(xù)的電壓。

　　2.3 LED驅(qū)動電路的設(shè)計

　　LED正向伏安特性非常陡，需要穩(wěn)定的電流，否則電壓波動稍增，電流就會增大到將LED燒毀的程度。因此要讓LED燈能可靠的工作，必須要配置恒流穩(wěn)壓的電源來驅(qū)動。

　　（1）LED驅(qū)動電路方案的選擇

　　本LED驅(qū)動電路選擇開關(guān)電源驅(qū)動電路作為驅(qū)動方案。一般來看，LED恒流驅(qū)動方案有鎮(zhèn)流電阻、線性恒流驅(qū)動、開關(guān)電源驅(qū)動等。

　　鎮(zhèn)流電阻方案，原理是電路串聯(lián)限流電阻，此電路的優(yōu)點是簡單、成本低，缺點是電流穩(wěn)定度不高、電阻發(fā)熱消耗功率、導致用電效率低。線性恒流驅(qū)動電路，利用電子技術(shù)常見的電流負反饋原理，設(shè)計出恒流驅(qū)動電路，輸入的最小電壓必須大于該飽和電壓與負載電壓之和，電路才能正確地工作。這兩種驅(qū)動技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。

　　開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以達到90%以上。使用開關(guān)電源方案設(shè)計的恒流穩(wěn)壓電源驅(qū)動LED是一個較好思路。恒流源可以避免因輸入電壓的波動使輸出電流波動，這也使得LED的亮度始終保持不變。

　　本LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源中是以備用蓄電池作為應(yīng)急LED燈驅(qū)動電源的輸入電源，所以要選擇DC/DC的開關(guān)電源。DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器常見的拓撲結(jié)構(gòu)包括降壓（Buck）、升壓（Boost）、降壓—升壓（Buck-Boost）三種基本拓撲。不過也有專家認為最基本的拓撲是buck和boost，其他均由此演變而來。

　　Buck電路是用于降壓電路。Boost電路是用于升壓電路。Buck-Boost電路用于升降壓電路。其輸出平均電壓Vo=DVs/（1－D）大于或小于輸入電壓Vs，極性相反，電感傳輸。是反激變換器的原型。

　　根據(jù)LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源產(chǎn)品在電梯系統(tǒng)中應(yīng)用的特點，需要設(shè)計出一個具有自動升降壓功能的電路。以適應(yīng)，在電池電壓充足時，或負載LED額定電壓低于電池輸出電壓時，自動降壓恒流驅(qū)動輸出；在電池電壓變低或需要驅(qū)動的LED燈負載額定電壓高壓電池輸出電壓情況下，自動升壓恒流驅(qū)動輸出。這里就應(yīng)用不常見的升降壓電路單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）。

　　（2）LED驅(qū)動電路所選拓撲電路原理說明

　　下面對LED驅(qū)動電路所選拓撲、單端初級電感變換器的電路工作原理進行分析介紹。

　　單端初級電感變換器（SingleEndedPrimaryInductorConverter，簡稱SEPIC）電路的效率通常可達90%以上。此外，在傳統(tǒng)的Buck，Boost拓撲結(jié)構(gòu)中，只能實現(xiàn)單一的升壓或降壓。而SEPIC拓撲結(jié)構(gòu)既可實現(xiàn)降壓，又可實現(xiàn)升壓。SEPIC由兩個松耦合的電感替代了傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的單一電感。通過纏繞在同一磁芯上的兩個耦合電感，在適當?shù)脑褦?shù)比下，可在理論上使輸入電流的紋波電流降為零，進而大大削減輸入的電磁干擾，提高轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。

　　SEPIC的電氣原理簡圖如圖4所示。

　　通常稱之為升降壓變換器SEPIC的簡單原理如圖1所示：SEPIC設(shè)計中具有原邊電感（L1）、副邊電感（L2）和位于兩個電感之間的串聯(lián)電容 （Cp），某種程度上，可以把SEPIC設(shè)計看作是具有隔直流電容（消除輸入電壓）的BOOST調(diào)節(jié)器，允許輸出電壓高于或低于輸入電壓。然而，為了復位隔直流電容，允許能量傳遞到輸出端，在副邊放置了另一個電感L2。

　　對電路進行分析，會發(fā)現(xiàn)Cp上的直流電壓等于輸入電壓，當 MOSFET（圖中用SW代替）導通時，Vin為L1充電、Cp為L2充電。由于Cp上的電壓等于輸入電壓，導通期間每個電感電壓相同。關(guān)閉期間，每個電感的放電電壓相同———輸出電壓加上D1的導通電壓。由于L1和L2具有相同的充、放電電壓，它們可以具有相同的電感量和紋波電流，但二者的平均電流相差較大。

　　MOSFET管導通時，D1反偏，只有輸出電容Cout支持輸出電流（Iout）；MOSFET斷開時，L1的電感電流流過 Cp，與L2電流合并，為輸出電容充電并支持Iout。通過對方程式進行分析，會發(fā)現(xiàn)電路中L2的電流用于支持Iout，L1的電流重新為輸出電容充電，補充能量。即L2的平均電流等于Iout，而L1的平均電流等于Iout×Vout/Vin。由SEPIC的原理可推出基本關(guān)系式：Vout/Vin=D /（1—D）。式中D為占空比，且忽略SW及D1等的壓降。

　　電路是可升降壓的DC/DC直流開關(guān)變換電路，通過控制開關(guān)管S的PWM信號中的占空比，便可達到升降壓的目的。

　　（3）LED驅(qū)動電路所選拓撲的電路設(shè)計

　　具體設(shè)計原理圖如圖5所示，是一個典型的SEPICBUCK-Boost恒流LED驅(qū)動電路。驅(qū)動IC選擇XL6005，60V，4A的開關(guān)控制芯片。

　　VIN是恒流驅(qū)動電路的電源輸入端，輸入電壓范圍8V～30V。VOUT+，VOUT-接LED應(yīng)急燈。R1，RCS1，RCS2，組成了一個輸出電流調(diào)節(jié)電路。

　　輸出電流調(diào)節(jié)電阻：

　　輸出電流：

　　公式（1）、（2）計算得出：

　　由于當前電梯系統(tǒng)中配備的LED應(yīng)急燈大多是3W～5W的。在應(yīng)急狀態(tài)下驅(qū)動電流選擇為350mA。電阻選擇RCS1=1.21R±1%，RCS2=1.3R±1%，輸出電流就很精確了，可以驅(qū)動6串LED燈珠。滿足了12V應(yīng)急備用電池輸入，可以驅(qū)動1～6個LED應(yīng)急燈，應(yīng)急驅(qū)動電流350mA。至此，整個應(yīng)急驅(qū)動電源設(shè)計完成。

　　經(jīng)過實際應(yīng)用驗證了這款電源設(shè)計拓撲結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，穩(wěn)定，能夠適應(yīng)不同種電梯或不同公司配備不同功率的LED應(yīng)急燈的驅(qū)動需要。

　　3、結(jié)論

　　本文介紹了電梯專用LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源的設(shè)計方案。電梯專用LED應(yīng)急照明驅(qū)動電源電路設(shè)計部分由三大模塊構(gòu)成，AC/DC穩(wěn)壓電路，輸入電源選擇回路和LED恒流驅(qū)動電路。其中輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭的LED應(yīng)急照明驅(qū)動電路，選擇非常見的單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）結(jié)構(gòu)的電路，詳細介紹了SEPIC變換器的工作原理、元件選擇的依據(jù)，以及一些常用芯片的典型應(yīng)用電路。電路具有實用、節(jié)能、長壽、電路合理、安裝方便、可靠性高等特點。