基于LM2576和AD8217的高精度恒流电源设计方案

目前铁路信号灯主要采用双丝白炽灯作为光源，但因其寿命问题，始终制约着信号灯的发展。随着LED光源的出现，尤其是大功率LED技术的日趋成熟，采用LED作为信号灯光源就逐渐成为一种趋势。而实现LED光源高可靠性的关键技术，则是驱动电源的设计。为此，提出一种基于LM2576和AD8217芯片实现的高精度恒流电源设计方案，具有精度高、稳定性高等特点。

1.硬件设计

高精度恒流电源总体框图如图1所示，主要由降压整流滤波电路、门限电路、开关稳压集成电路和恒流反馈电路4部分组成。

图1 高精度恒流电路总体框图

1.1降压整流滤波电路

采用工频线绕R型变压器进行降压处理，使用桥式整流电路和滤波电容进行整流滤波，输出相对稳定的直流电源。

1.2门限电路

为了避免信号灯在异常干扰电压下误触发点灯，设置了启动门限，即必须大于门限电压阈值才可点灯。门限电路原理如图2所示。当输入电压值小于门限值时，Q1导通，Q2截止，此时消感应电阻R3接通，LM2576电源电路关闭，信号灯不会被点亮;当输入电压值大于等于门限值时，Q1截止，Q2导通，消感应电阻R3断开，LM2576电源电路打开，信号灯将会被点亮。

图2 门限电路原理图

1.3开关稳压集成电路

采用以LM2576系列开关稳压集成芯片为核心的开关型电源电路，具有效率高、稳定性好等特点。LM2576是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，外围仅需较少器件即可构成高效的恒流稳压电路。采用的LM2576-ADJ可调式稳压芯片，通过控制输入反馈信号实现恒流稳压。开关稳压集成电路原理如图3所示。LM2576控制端口连接门限电路，当满足阈值要求时打开电源;LM2576反馈端口连接恒流反馈电路，输出恒定电流以满足信号灯点灯要求。

图3 开关稳压集成电路原理图

1.4恒流反馈电路

采用以AD8217分流放大器为核心的电路，具有稳定性好的特点。AD8217是一款高压、高分辨率分流放大器，设定增益为20V/V，在-40℃～+125℃宽温度范围内的最大增益误差为±0.35%，缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8217可以提供从4.5～80V的共模抑制性能，并内置一个LDO（低压降稳压器），无需电源供电。AD8217芯片引脚输出简单，仅包含同向输入IN+、反向输入IN-、输出OUT和接地GND。

恒流反馈电路原理如图4所示。设定信号灯恒流300mA，点灯回路中采样电阻R1取值0.75Ω，恒流反馈分压电阻R3取值3.6KΩ。LM2576反馈电压输入值为1.23V，根据计算式0.75×0.3×20×3.6/（R2+3.6）=1.23，计算结果R2=9.57≈9.6KΩ，反算恒流值I=300.6mA。

图4 恒流反馈原理图

2.试验

设计的恒流电源能够驱动大功率LED铁路信号灯，分别在低温-40℃、常温+20℃和高温+70~C条件下，进行电流测试。测试结果如表1所示。

结论

本文总结了基于LM2576和AD8217的高精度恒流电源设计方案。经试验结果表明：该恒流电源温漂小，且恒流精度高，能够作为铁路大功率LED信号灯驱动电源，确保信号灯显示稳定可靠。该点式LED信号灯产品已经在济南局试点应用，效果良好，推荐在全路范围内推广使用。
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