目前鐵路信號(hào)燈主要采用雙絲白熾燈作為光源，但因其壽命問題，始終制約著信號(hào)燈的發(fā)展。隨著LED光源的出現(xiàn)，尤其是大功率LED技術(shù)的日趨成熟，采用LED作為信號(hào)燈光源就逐漸成為一種趨勢。而實(shí)現(xiàn)LED光源高可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，則是驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)。為此，提出一種基于LM2576和AD8217芯片實(shí)現(xiàn)的高精度恒流電源設(shè)計(jì)方案，具有精度高、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
1.硬件設(shè)計(jì)
高精度恒流電源總體框圖如圖1所示，主要由降壓整流濾波電路、門限電路、開關(guān)穩(wěn)壓集成電路和恒流反饋電路4部分組成。
圖1 高精度恒流電路總體框圖
1.1降壓整流濾波電路
采用工頻線繞R型變壓器進(jìn)行降壓處理，使用橋式整流電路和濾波電容進(jìn)行整流濾波，輸出相對穩(wěn)定的直流電源。
1.2門限電路
為了避免信號(hào)燈在異常干擾電壓下誤觸發(fā)點(diǎn)燈，設(shè)置了啟動(dòng)門限，即必須大于門限電壓閾值才可點(diǎn)燈。門限電路原理如圖2所示。當(dāng)輸入電壓值小于門限值時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q2截止，此時(shí)消感應(yīng)電阻R3接通，LM2576電源電路關(guān)閉，信號(hào)燈不會(huì)被點(diǎn)亮;當(dāng)輸入電壓值大于等于門限值時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，消感應(yīng)電阻R3斷開，LM2576電源電路打開，信號(hào)燈將會(huì)被點(diǎn)亮。
圖2 門限電路原理圖
1.3開關(guān)穩(wěn)壓集成電路
采用以LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成芯片為核心的開關(guān)型電源電路，具有效率高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。LM2576是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，內(nèi)含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，外圍僅需較少器件即可構(gòu)成高效的恒流穩(wěn)壓電路。采用的LM2576-ADJ可調(diào)式穩(wěn)壓芯片，通過控制輸入反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)恒流穩(wěn)壓。開關(guān)穩(wěn)壓集成電路原理如圖3所示。LM2576控制端口連接門限電路，當(dāng)滿足閾值要求時(shí)打開電源;LM2576反饋端口連接恒流反饋電路，輸出恒定電流以滿足信號(hào)燈點(diǎn)燈要求。
圖3 開關(guān)穩(wěn)壓集成電路原理圖
1.4恒流反饋電路
采用以AD8217分流放大器為核心的電路，具有穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。AD8217是一款高壓、高分辨率分流放大器，設(shè)定增益為20V/V，在-40℃～+125℃寬溫度范圍內(nèi)的最大增益誤差為±0.35%，緩沖輸出電壓可以直接與任何典型轉(zhuǎn)換器連接。AD8217可以提供從4.5～80V的共模抑制性能，并內(nèi)置一個(gè)LDO(低壓降穩(wěn)壓器)，無需電源供電。AD8217芯片引腳輸出簡單，僅包含同向輸入IN+、反向輸入IN-、輸出OUT和接地GND。
恒流反饋電路原理如圖4所示。設(shè)定信號(hào)燈恒流300mA，點(diǎn)燈回路中采樣電阻R1取值0.75Ω，恒流反饋分壓電阻R3取值3.6KΩ。LM2576反饋電壓輸入值為1.23V，根據(jù)計(jì)算式0.75×0.3×20×3.6/(R2+3.6)=1.23，計(jì)算結(jié)果R2=9.57≈9.6KΩ，反算恒流值I=300.6mA。
圖4 恒流反饋原理圖
2.試驗(yàn)
設(shè)計(jì)的恒流電源能夠驅(qū)動(dòng)大功率LED鐵路信號(hào)燈，分別在低溫-40℃、常溫+20℃和高溫+70~C條件下，進(jìn)行電流測試。測試結(jié)果如表1所示。
結(jié)論
本文總結(jié)了基于LM2576和AD8217的高精度恒流電源設(shè)計(jì)方案。經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明：該恒流電源溫漂小，且恒流精度高，能夠作為鐵路大功率LED信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電源，確保信號(hào)燈顯示穩(wěn)定可靠。該點(diǎn)式LED信號(hào)燈產(chǎn)品已經(jīng)在濟(jì)南局試點(diǎn)應(yīng)用，效果良好，推薦在全路范圍內(nèi)推廣使用。
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