CN111901928A - 能校正功率因数的地铁用led灯驱动电源及功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源及功率调节方法。地铁用LED灯驱动电源包括单片机功率控制电路及依次相连的防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路和开关电源电路，防浪涌保护电路的输入端和交流220V市电相连，开关电源电路的输出端和LED灯相连，单片机功率控制电路和开关电源电路相连。通过功率因数校正电路的PWM脉冲控制，使功率因数几乎达到1，开关电源具备高压软启动功能，单片机功率控制电路根据输出电流变化，通过PWM控制调节驱动电源的输出功率。本发明大大降低地铁运营时电网电压频繁波动对LED灯驱动电源功率模块造成的冲击，具有多重保护，延长LED灯驱动电源使用寿命，确保地铁电客车的安全高效运行。

Description

能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源及功率调节方法

技术领域

本发明涉及LED照明灯技术领域，尤其涉及一种能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源及功率调节方法。

背景技术

近年来，随着我国经济发展和城市规模不断扩大，很多城市通过建设地铁很大程度上缓解了交通拥堵问题。但目前在运行的地铁电客车，照明用的LED电源在使用一年后损坏率极高，故障范围几乎相同，某个区域有过热烧焦的痕迹。由于地铁电客车在启动和制动时，地铁接触网电压波动幅度达20％，且伴有瞬间高压存在，因而造成LED驱动电源功率元件频繁工作在高压降状态，产生极大的热量得不到释放，从而造成电路老化加剧，使用寿命大大缩短。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源及功率调节方法，其能校正功率因数，并具有多重保护且带高压软启动功能，因而在地铁接触网电压波动较大的环境下，也不易损坏，大大延长使用寿命，而且成本也较低。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，包括防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、开关电源电路和单片机功率控制电路，防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路和开关电源电路依次相连，防浪涌保护电路的输入端和交流220V市电相连，开关电源电路的输出端和LED灯相连，单片机功率控制电路的输入端及输出端分别和所述的开关电源电路相连。

防浪涌保护电路，防止浪涌电压以及刚通电时的瞬间大电流。EMI滤波电路，起抑制各种电磁干扰作用。整流滤波电路，将正弦交流电转换为100Hz正弦半波脉动电压。功率因数校正电路，通过PWM脉冲控制，实现电路功率因数几乎达到1。开关电源电路，当输入电压瞬间剧烈变化时进行高压软启动，极短时间内输出限压限流。单片机功率控制电路，实时检测开关电源输出电流变化，通过PWM控制调节驱动电源的输出功率。因此，本发明用到地铁电客车的照明LED灯上，在地铁接触网电压波动较大的环境下，也不易损坏，大大延长使用寿命，确保地铁电客车的安全高效运行。

作为优选，所述的功率因数校正电路包括芯片U1、变压器T2和MOS管Q1，芯片U1采用CL6562功率因数校正芯片；所述的整流滤波电路的输出端和变压器T2的初级线圈的一端相连，变压器T2的初级线圈的另一端和二极管D1的正极相连，二极管D1的负极和接地端间连接有电容C2和电容C3，二极管D1的负极经电阻R5和电阻R20的串联电路和芯片U1的6脚相连，二极管D1的负极和所述的开关电源电路的输入端相连；电阻R5和电阻R20的连接点既和芯片U1的1脚相连，又经电容C10和芯片U1的2脚相连；变压器T2的次级线圈的一端接地，变压器T2的次级线圈的另一端，一路经电阻R16和芯片U1的5脚相连，另一路经电容C4和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端既和二极管D3的正极相连又和二极管DZ1的负极相连，二极管DZ1的正极接地，二极管D3的负极和芯片U1的8脚相连，芯片U1的8脚和6脚间连接有电容C12和电容C13，芯片U1的6脚接地；二极管D3的负极经电阻R8、电阻R7、电阻R13和电阻R18的串联电路与芯片U1的3脚相连，电阻R7和电阻R13的连接点与所述的整流滤波电路的输出端相连，芯片U1的3脚经电容C14和电阻R25接地，芯片U1的4脚，一路经电容C17接地，另一路经电阻R28和MOS管Q1的源极相连，MOS管Q1的源极经电阻R15接地，MOS管Q1的漏极和二极管D1的正极相连，MOS管Q1的栅极经电阻R10和芯片U1的7脚相连，并且MOS管Q1的栅极经电阻R11接地。

整流滤波电路输出100Hz正弦半波脉动电压，经过电阻R7和电阻R8对电容C12和电容C13充电，当电容C12和电容C13上的电压上升至芯片U1的启动最大门限电压时，芯片U1开始工作，芯片U1的7脚输出控制信号驱动MOS管Q1动作。变压器T2的次级线圈侧耦合产生高频脉冲信号，经过二极管D3及电容C12和电容C13滤波以及稳压管DZ1的稳压为芯片U1提供工作电压和工作电流。整流滤波电路输出的AC电压，即100Hz正弦半波脉动电压，经电阻R13、电阻R18和电阻R25组成的分压电路分压，作为芯片U1内部乘法器的一个输入信号；功率因数校正电路输出的DC电压，由电阻R5和电阻R20组成的分压电路进行分压，在电阻R20上的分压信号，反馈到芯片U1内部误差放大器的反向输入端，并与误差放大器同相输入端上的参考电压作比较。当芯片U1的7脚驱动MOS管Q1导通时，二极管D1截止，流过变压器T2初级线圈的电流增加并全部通过MOS管Q1流入接地端；一旦电流在开关周期内达到峰值，MOS管Q1上的驱动PWM脉冲变为0电平，则MOS管Q1截止，二极管D1导通，流过变压器T2初级线圈的电流下降；一旦电流低至零时，变压器T2的次级线圈产生一个突变电势，并通过电阻R16被芯片U1的零电流检测脚获得，即芯片U1的5脚检测到，则芯片U1的7脚产生一个新的输出脉冲驱动MOS管Q1再次导通，开始下一个开关周期。芯片U1的电流检测逻辑电路同时受零电流检测器和电流传感比较器的控制，可确保在同一时刻芯片U1只输出一种驱动信号。电阻R15感测流过MOS管Q1的电流，只要电阻R15上的感测电流超过电流传感比较器的触发门限电平，则MOS管Q1截止。当整流滤波电路输出的AC电压从零按照正弦规律变化时，芯片U1的内部乘法器为芯片U1的内部比较器建立的门限强迫通过变压器T2的峰值电流跟踪AC电压的轨迹，在各个开关周期内电感峰值电流形成的包迹波，正比于AC电压的瞬时变化，呈现正弦波形，在两个开关周期之间只有一个零点电流，但没有死区时间，从而使流过整流滤波电路的整流电流连续流动，整流电流呈正弦波形且与AC电压趋于同相位，因而功率因数几乎为1。

作为优选，所述的开关电源电路包括芯片U4、变压器T1和MOS管Q2，芯片U4采用PN8155交直流变换芯片，变压器T1有第一初级线圈和第二初级线圈；变压器T1的第一初级线圈的一端，一路和所述的功率因数校正电路的输出端相连，另一路经电阻R2和电容C5的并联电路与二级管D4的负极相连，二极管D4的正极既和变压器T1的第一初级线圈的另一端相连又和芯片U4的3脚相连；变压器T1的第二初级线圈的一端经电阻R9和电阻R14的并联电路与二极管D5的正极相连，二极管D5的负极，一路经电容C11接地，另一路和芯片U4的4脚相连，变压器T1的第二初级线圈的另一端接地；芯片U4的4脚经电容C19和电容C20接地，芯片U4的1脚经电阻R33接地，芯片U4的2脚接地；变压器T1的次级线圈的一端和二极管D2的正极相连，电容C1和电阻R1的串联电路与二极管D2并联，变压器T1的次级线圈的另一端，一路经电容CY1接地，另一路和LEDGND接地端相连，并且和MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的漏极输出驱动信号LED-，MOS管Q2的栅极和源极间连接有电阻R12，MOS管Q2的栅极经电阻R17和所述的单片机功率控制电路的输出端相连，二极管D2的负极端为电压VOU端且和所述的单片机功率控制电路的输入端相连，二极管D2的负极经电感L2输出驱动信号LED+，二极管D2的负极经电容C8和电容C6与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+经电容C7和电阻R4与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+及驱动信号LED-分别和所述的LED灯相连。

功率因数校正电路的输出信号就是开关电源电路的输入信号，当功率因数校正电路有输出时，芯片U4内部高压启动电路对芯片U4进行供电，芯片U4开始工作，控制内部MOS管导通或者截止。当芯片U4内部MOS管导通时，二极管D2截止，变压器T1的初级侧储能；当芯片U4内部MOS管截止时，由于变压器T1次级侧产生一个反向的电动势使得二极管D2导通，电容C1和电阻R1构成RC吸收电路，电容C8、电容C6、电感L2和电容C7构成CLC滤波电路。电阻R2、电容C5和二极管D4构成RCD吸收电路。

作为优选，所述的开关电源电路包括光耦U3和运放U2B，光耦U3中三极管的集电极既和芯片U4的5脚相连又经电容C16接地，光耦U3中三极管的发射极接地；光耦U3中发光二极管的正极既经电阻R21接电压VOU又经电阻R26和稳压管U5的负极相连，光耦U3中发光二极管的负极和稳压管U5的负极相连，稳压管U5的正极接LEDGND接地端，电压VOU即为二极管D2的负极端电压，电压VOU端和光耦U3中发光二极管的负极之间连接有电阻R19、电阻R22、电容C15和电阻R27的串联电路，光耦U3中发光二极管的负极和电容C18的一端相连，电容C18的另一端经电阻R30、电阻R29和电容C24的并联电路接LEDGND接地端，电阻R22和电容C15的连接点与电容C18和电容C24的连接点相连；光耦U3中发光二极管的负极还和二极管D6的正极相连，二极管D6的负极和运放U2B的输出端相连，运放U2B的输出端经电阻R32和电容C21与运放U2B的反相输入端相连，运放U2B的反相输入端既经电容C22接地又经电阻R23和MOS管Q2的源极相连，运放U2B的正相输入端既经电阻R31和电容C23的并联电路接LEDGND接地端又经电阻R24接电压DC5V。光耦U3、芯片U4和运放U2B构成输出限压限流电路，同时起到隔离的作用。

作为优选，所述的单片机功率控制电路包括单片机U6、稳压块VR1和双开关S1，单片机U6采用15F104W单片机；稳压块VR1的3脚和二极管DZ2的正极相连，二极管DZ2的负极和电压VOU端相连，稳压块VR1的2脚和LEDGND接地端相连，稳压块VR1的1脚和单片机U6的2脚相连，即单片机U6的2脚接DC5V电压，单片机U6的4脚接LEDGND接地端，单片机U6的2脚和4脚之间连接有电容C25和电容C28，单片机U6的3脚经电阻R17和MOS管Q2的栅极相连；双开关S1的3脚、4脚均接LEDGND接地端，双开关S1的1脚经电容C26接LEDGND接地端，双开关S1的2脚经电容C27接LEDGND接地端，双开关S1的1脚、2脚分别和单片机U6的8脚、7脚相连。开关电源电路的输出电压经过单片机功率控制电路中的稳压块VR1降压后对单片机U6进行供电，即单片机功率控制电路的输入端，结合单片机U6内的软件程序使单片机U6的3脚输出的PWM信号控制开关电源电路中MOS管Q2的导通或截止，单片机U6的3脚就是单片机功率控制电路的输出端，从而控制驱动电源的输出功率。通过拨动双开关S1到不同状态，改变单片机U6的8脚、7脚的输入信号，从而调节驱动电源的输出占空比，达到调节LED灯亮度的目的。

作为优选，所述的防浪涌保护电路包括保险丝F1、电阻RT1、电容CY2、电容CY3和防浪涌压敏电阻RV1，交流220V市电的火线L经保险丝F1和电阻RT1的一端相连，电阻RT1的另一端，一路经电容CY2和电容CY3的串联电路与交流220V市电的零线N相连，电容CY2和电容CY3的连接点接地，另一路经防浪涌压敏电阻RV1与零线N相连，防浪涌压敏电阻RV1的两端分别和所述的EMI滤波电路的两个输入端相连。起到很好的防浪涌作用，防止浪涌电压以及开机时的瞬间大电流。

作为优选，所述的EMI滤波电路包括变压器GM1、变压器GM2和电容CX4、电容CX3，所述的整流滤波电路包括整流桥DB1和电感L1、电容CX1、电容CX2；变压器GM2的输入端和所述的防浪涌保护电路的输出端相连，变压器GM2的输出端和变压器GM1的输入端相连，电容CX4和变压器GM2的输出端并联，电容CX3和变压器GM1的输出端并联，变压器GM1的输出端和整流桥DB1的输入端相连，即和整流桥DB1的2脚、3脚相连，整流桥DB1的4脚接地，整流桥DB1的1脚和电感L1的一端相连，电感L1的另一端和所述的功率因数校正电路的输入端相连，电感L1的两端分别经电容CX1、电容CX2接地。EMI滤波电路起到抑制各种电磁干扰的作用。当接通交流电后，由于电容CX1和电容CX2容值较小，只用作高频旁路，因此整流滤波电路将正弦交流电转换后输出100Hz正弦半波脉动电压。

本发明能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源的功率调节方法为：所述的整流滤波电路输出100Hz的正弦半波脉动电压，经过所述的功率因数校正电路中的电阻R7和电阻R8对电容C12和电容C13充电，当电容C12和电容C13上的电压上升至芯片U1的启动最大门限电压时，芯片U1开始工作，芯片U1的7脚输出控制信号驱动MOS管Q1动作；

当芯片U1的7脚驱动MOS管Q1导通时，二极管D1截止，流过变压器T2初级线圈的电流增加并全部通过MOS管Q1流入接地端；一旦电流在开关周期内达到峰值，MOS管Q1上的驱动PWM脉冲变为0电平，则MOS管Q1截止，二极管D1导通，流过变压器T2初级线圈的电流下降；一旦电流低至零时，变压器T2的次级线圈产生一个突变电势，并通过电阻R16被芯片U1的零电流检测脚获得，即芯片U1的5脚检测到，则芯片U1的7脚产生一个新的输出脉冲驱动MOS管Q1再次导通，开始下一个开关周期；

当整流滤波电路输出的AC电压从零按照正弦规律变化时，芯片U1的内部乘法器为芯片U1的内部比较器建立的门限强迫通过变压器T2的峰值电流跟踪AC电压的轨迹，在各个开关周期内电感峰值电流形成的包迹波，正比于AC电压的瞬时变化，呈现正弦波形，在两个开关周期之间只有一个零点电流，但没有死区时间，从而使流过整流滤波电路的整流电流连续流动，整流电流呈正弦波形且与AC电压趋于同相位，因而功率因数几乎为1。

作为优选，所述的单片机功率控制电路通过PWM信号控制所述的开关电源电路，从而调节LED灯驱动电源的输出功率。

本发明的有益效果是：能防止浪涌电压以及刚通电时的瞬间大电流，能抑制各种电磁干扰，通过功率因数校正电路的PWM脉冲控制，实现电路功率因数几乎达到1的目的，开关电源具备高压软启动功能，采用单片机功率控制电路实时检测开关电源输出电流变化，通过PWM控制调节驱动电源的输出功率，大大降低了地铁运营时电网电压频繁波动对LED驱动电源功率模块造成的冲击，从而延长LED驱动电源使用寿命，确保地铁电客车的安全高效运行，也大大降低地铁照明LED灯驱动电源的维护和更换成本。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。

图2是本发明中防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路和功率因数校正电路的一种电路原理图。

图3是本发明中开关电源电路的一种电路原理图。

图4是本发明中单片机功率控制电路的一种电路原理图。

图中1.防浪涌保护电路，2.EMI滤波电路，3.整流滤波电路，4.功率因数校正电路，5.开关电源电路，6.单片机功率控制电路，7.LED灯。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，如图1所示，包括防浪涌保护电路1、EMI滤波电路2、整流滤波电路3、功率因数校正电路4、开关电源电路5和单片机功率控制电路6，防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路和开关电源电路依次相连，防浪涌保护电路的输入端和交流220V市电相连，开关电源电路的输出端和LED灯7相连，单片机功率控制电路的输入端及输出端分别和所述的开关电源电路相连。

如图2所示，防浪涌保护电路1包括保险丝F1、电阻RT1、电容CY2、电容CY3和防浪涌压敏电阻RV1；EMI滤波电路2包括变压器GM1、变压器GM2和电容CX4、电容CX3；整流滤波电路3包括整流桥DB1和电感L1、电容CX1、电容CX2。交流220V市电的火线L经保险丝F1和电阻RT1的一端相连，电阻RT1的另一端，一路经电容CY2和电容CY3的串联电路与交流220V市电的零线N相连，电容CY2和电容CY3的连接点接地，另一路经防浪涌压敏电阻RV1与零线N相连，防浪涌压敏电阻RV1的两端分别和变压器GM2的两个输入端相连，变压器GM2的两个输出端分别和变压器GM1的两个输入端相连，电容CX4和变压器GM2的两个输出端并联，电容CX3和变压器GM1的两个输出端并联，变压器GM1的两个输出端分别和整流桥DB1的2脚、3脚相连，整流桥DB1的4脚接地，整流桥DB1的1脚和电感L1的一端相连，电感L1的另一端和功率因数校正电路的输入端相连，电感L1的两端分别经电容CX1、电容CX2接地。

功率因数校正电路4包括芯片U1、变压器T2和MOS管Q1，芯片U1采用CL6562功率因数校正芯片。电感L1和电容CX2的连接点与变压器T2的初级线圈的一端相连，变压器T2的初级线圈的另一端和二极管D1的正极相连，二极管D1的负极和接地端间连接有电容C2和电容C3，二极管D1的负极经电阻R5和电阻R20的串联电路和芯片U1的6脚相连，二极管D1的负极和电阻R5的连接点输出电压信号Va，电压信号Va输送给开关电源电路的输入端；电阻R5和电阻R20的连接点既和芯片U1的1脚相连，又经电容C10和芯片U1的2脚相连；变压器T2的次级线圈的一端接地，变压器T2的次级线圈的另一端，一路经电阻R16和芯片U1的5脚相连，另一路经电容C4和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端既和二极管D3的正极相连又和二极管DZ1的负极相连，二极管DZ1的正极接地，二极管D3的负极和芯片U1的8脚相连，芯片U1的8脚和6脚间连接有电容C12和电容C13，芯片U1的6脚接地；二极管D3的负极经电阻R8、电阻R7、电阻R13和电阻R18的串联电路与芯片U1的3脚相连，电阻R7和电阻R13的连接点与电感L1和电容CX2的连接点相连，芯片U1的3脚经电容C14和电阻R25接地，芯片U1的4脚，一路经电容C17接地，另一路经电阻R28和MOS管Q1的源极相连，MOS管Q1的源极经电阻R15接地，MOS管Q1的漏极和二极管D1的正极相连，MOS管Q1的栅极经电阻R10和芯片U1的7脚相连，并且MOS管Q1的栅极经电阻R11接地。

如图3所示，开关电源电路5包括芯片U4、变压器T1和MOS管Q2及光耦U3和运放U2B，芯片U4采用PN8155交直流变换芯片，变压器T1有两个初级线圈和一个次级线圈，两个初级线圈分别为第一初级线圈和第二初级线圈，变压器T1采用PQ26/20变压器，光耦U3采用EL817光耦，运放U2B采用LM358AD芯片。变压器T1的第一初级线圈的一端，一路接功率因数校正电路输送过来的电压信号Va，另一路经电阻R2和电容C5的并联电路与二级管D4的负极相连，二极管D4的正极既和变压器T1的第一初级线圈的另一端相连又和芯片U4的3脚相连；变压器T1的第二初级线圈的一端经电阻R9和电阻R14的并联电路与二极管D5的正极相连，二极管D5的负极，一路经电容C11接地，另一路和芯片U4的4脚相连，变压器T1的第二初级线圈的另一端接地；芯片U4的4脚经电容C19和电容C20接地，芯片U4的1脚经电阻R33接地，芯片U4的2脚接地；变压器T1的次级线圈的一端和二极管D2的正极相连，电容C1和电阻R1的串联电路与二极管D2并联，变压器T1的次级线圈的另一端，一路经电容CY1接地，另一路和LEDGND接地端相连，并且和MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的漏极输出驱动信号LED-，MOS管Q2的栅极和源极间连接有电阻R12，MOS管Q2的栅极经电阻R17和单片机功率控制电路的输出端相连，二极管D2的负极端为电压VOU端且和单片机功率控制电路的输入端相连，二极管D2的负极经电感L2输出驱动信号LED+，二极管D2的负极经电容C8和电容C6与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+经电容C7和电阻R4与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+及驱动信号LED-分别和LED灯7相连。

光耦U3中三极管的集电极既和芯片U4的5脚相连又经电容C16接地，光耦U3中三极管的发射极接地；光耦U3中发光二极管的正极既经电阻R21接电压VOU又经电阻R26和稳压管U5的负极相连，光耦U3中发光二极管的负极和稳压管U5的负极相连，稳压管U5的正极接LEDGND接地端，电压VOU即为二极管D2的负极端电压，电压VOU端和光耦U3中发光二极管的负极之间连接有电阻R19、电阻R22、电容C15和电阻R27的串联电路，光耦U3中发光二极管的负极和电容C18的一端相连，电容C18的另一端经电阻R30、电阻R29和电容C24的并联电路接LEDGND接地端，电阻R22和电容C15的连接点与电容C18和电容C24的连接点相连；光耦U3中发光二极管的负极还和二极管D6的正极相连，二极管D6的负极和运放U2B的输出端相连，运放U2B的输出端经电阻R32和电容C21与运放U2B的反相输入端相连，运放U2B的反相输入端既经电容C22接地又经电阻R23和MOS管Q2的源极相连，运放U2B的正相输入端既经电阻R31和电容C23的并联电路接LEDGND接地端又经电阻R24接电压DC5V。

如图4所示，单片机功率控制电路6包括单片机U6、稳压块VR1和双开关S1，单片机U6采用15F104W单片机，稳压块VR1采用78L05稳压块；稳压块VR1的3脚和二极管DZ2的正极相连，二极管DZ2的负极和电压VOU端相连，即为单片机功率控制电路的输入端，稳压块VR1的2脚和LEDGND接地端相连，稳压块VR1的1脚和单片机U6的2脚相连，即单片机U6的2脚接DC5V电压，单片机U6的4脚接LEDGND接地端，单片机U6的2脚和4脚之间连接有电容C25和电容C28，单片机U6的3脚经电阻R17和MOS管Q2的栅极相连，单片机U6的3脚即为单片机功率控制电路的输出端；双开关S1的3脚、4脚均接LEDGND接地端，双开关S1的1脚经电容C26接LEDGND接地端，双开关S1的2脚经电容C27接LEDGND接地端，双开关S1的1脚、2脚分别和单片机U6的8脚、7脚相连。

上述能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源的功率调节方法为：

当接通交流220V市电后，由于整流滤波电路中电容CX1及电容CX2的容值较小，只用作高频旁路，所以整流滤波电路输出100Hz的正弦半波脉动电压，经过功率因数校正电路中的电阻R7和电阻R8对电容C12和电容C13充电，当电容C12和电容C13上的电压上升至芯片U1的启动最大门限电压时，芯片U1开始工作，芯片U1的7脚输出控制信号驱动MOS管Q1动作；变压器T2的次级线圈侧耦合产生高频脉冲信号，经过二极管D 3及电容C12和电容C13滤波以及稳压管DZ1的稳压为芯片U1提供工作电压和工作电流；整流滤波电路输出的AC电压，经电阻R13、电阻R18和电阻R25组成的分压电路分压，作为芯片U1内部乘法器的一个输入信号；功率因数校正电路输出的DC电压，由电阻R5和电阻R20组成的分压电路进行分压，在电阻R20上的分压信号，反馈到芯片U1内部误差放大器的反向输入端，并与误差放大器同相输入端上的参考电压作比较；

当芯片U1的7脚驱动MOS管Q1导通时，二极管D1截止，流过变压器T2初级线圈的电流增加并全部通过MOS管Q1流入接地端；一旦电流在开关周期内达到峰值，MOS管Q1上的驱动PWM脉冲变为0电平，则MOS管Q1截止，二极管D1导通，流过变压器T2初级线圈的电流下降；一旦电流低至零时，变压器T2的次级线圈产生一个突变电势，并通过电阻R16被芯片U1的零电流检测脚获得，即芯片U1的5脚检测到，则芯片U1的7脚产生一个新的输出脉冲驱动MOS管Q1再次导通，开始下一个开关周期；

芯片U1的电流检测逻辑电路同时受零电流检测器和电流传感比较器的控制，可确保在同一时刻芯片U1只输出一种驱动信号。电阻R15感测流过MOS管Q1的电流，只要电阻R15上的感测电流超过电流传感比较器的触发门限电平，则MOS管Q1截止。当整流滤波电路输出的AC电压从零按照正弦规律变化时，芯片U1的内部乘法器为芯片U1的内部比较器建立的门限强迫通过变压器T2的峰值电流跟踪AC电压的轨迹，在各个开关周期内电感峰值电流形成的包迹波，正比于AC电压的瞬时变化，呈现正弦波形，在两个开关周期之间只有一个零点电流，但没有死区时间，从而使流过整流滤波电路的整流电流连续流动，整流电流呈正弦波形且与AC电压趋于同相位，因而功率因数几乎为1；

功率因数校正电路的输出信号就是开关电源电路的输入信号，当功率因数校正电路有输出时，芯片U4内部高压启动电路对芯片U4进行供电，芯片U4开始工作，控制内部MOS管导通或者截止。当芯片U4内部MOS管导通时，二极管D2截止，变压器T1的初级侧储能；当芯片U4内部MOS管截止时，由于变压器T1次级侧产生一个反向的电动势使得二极管D2导通，电容C1和电阻R1构成RC吸收电路，电容C8、电容C6、电感L2和电容C7构成CLC滤波电路，光耦U3、芯片U4和运放U2B构成输出限压限流电路，电阻R2、电容C5和二极管D4构成RCD吸收电路；

变压器T1次级侧的输出电压VOU经过单片机功率控制电路中的稳压块VR1降压后对单片机U6进行供电，结合单片机U6内的软件程序使单片机U6的3脚输出的PWM信号控制开关电源电路中MOS管Q2的导通或截止，从而控制驱动电源的输出功率。

本发明能防止浪涌电压以及刚通电时的瞬间大电流，能抑制各种电磁干扰，通功率因数校正电路的PWM脉冲控制，实现电路功率因数几乎达到1的目的，开关电源具备高压软启动功能，采用单片机功率控制电路实时检测开关电源输出电流变化，通过PWM控制调节驱动电源的输出功率，大大降低了地铁运营时电网电压频繁波动对LED驱动电源功率模块造成的冲击，本发明的LED驱动电源使用寿命达到3年以上，从而延长LED驱动电源使用寿命，确保地铁电客车的安全高效运行，也大大降低地铁照明LED灯驱动电源的维护和更换成本。

Claims (9)

1.一种能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于包括防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、开关电源电路和单片机功率控制电路，防浪涌保护电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路和开关电源电路依次相连，防浪涌保护电路的输入端和交流220V市电相连，开关电源电路的输出端和LED灯相连，单片机功率控制电路的输入端及输出端分别和所述的开关电源电路相连。

2.根据权利要求1所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的功率因数校正电路包括芯片U1、变压器T2和MOS管Q1，芯片U1采用CL6562功率因数校正芯片；所述的整流滤波电路的输出端和变压器T2的初级线圈的一端相连，变压器T2的初级线圈的另一端和二极管D1的正极相连，二极管D1的负极和接地端间连接有电容C2和电容C3，二极管D1的负极经电阻R5和电阻R20的串联电路和芯片U1的6脚相连，二极管D1的负极和所述的开关电源电路的输入端相连；电阻R5和电阻R20的连接点既和芯片U1的1脚相连，又经电容C10和芯片U1的2脚相连；变压器T2的次级线圈的一端接地，变压器T2的次级线圈的另一端，一路经电阻R16和芯片U1的5脚相连，另一路经电容C4和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端既和二极管D3的正极相连又和二极管DZ1的负极相连，二极管DZ1的正极接地，二极管D3的负极和芯片U1的8脚相连，芯片U1的8脚和6脚间连接有电容C12和电容C13，芯片U1的6脚接地；二极管D3的负极经电阻R8、电阻R7、电阻R13和电阻R18的串联电路与芯片U1的3脚相连，电阻R7和电阻R13的连接点与所述的整流滤波电路的输出端相连，芯片U1的3脚经电容C14和电阻R25接地，芯片U1的4脚，一路经电容C17接地，另一路经电阻R28和MOS管Q1的源极相连，MOS管Q1的源极经电阻R15接地，MOS管Q1的漏极和二极管D1的正极相连，MOS管Q1的栅极经电阻R10和芯片U1的7脚相连，并且MOS管Q1的栅极经电阻R11接地。

3.根据权利要求1所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的开关电源电路包括芯片U4、变压器T1和MOS管Q2，芯片U4采用PN8155交直流变换芯片，变压器T1有第一初级线圈和第二初级线圈；变压器T1的第一初级线圈的一端，一路和所述的功率因数校正电路的输出端相连，另一路经电阻R2和电容C5的并联电路与二级管D4的负极相连，二极管D4的正极既和变压器T1的第一初级线圈的另一端相连又和芯片U4的3脚相连；变压器T1的第二初级线圈的一端经电阻R9和电阻R14的并联电路与二极管D5的正极相连，二极管D5的负极，一路经电容C11接地，另一路和芯片U4的4脚相连，变压器T1的第二初级线圈的另一端接地；芯片U4的4脚经电容C19和电容C20接地，芯片U4的1脚经电阻R33接地，芯片U4的2脚接地；变压器T1的次级线圈的一端和二极管D2的正极相连，电容C1和电阻R1的串联电路与二极管D2并联，变压器T1的次级线圈的另一端，一路经电容CY1接地，另一路和LEDGND接地端相连，并且和MOS管Q2的源极相连，MOS管Q2的漏极输出驱动信号LED-，MOS管Q2的栅极和源极间连接有电阻R12，MOS管Q2的栅极经电阻R17和所述的单片机功率控制电路的输出端相连，二极管D2的负极端为电压VOU端且和所述的单片机功率控制电路的输入端相连，二极管D2的负极经电感L2输出驱动信号LED+，二极管D2的负极经电容C8和电容C6与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+经电容C7和电阻R4与LEDGND接地端相连，驱动信号LED+及驱动信号LED-分别和所述的LED灯相连。

4.根据权利要求3所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的开关电源电路包括光耦U3和运放U2B，光耦U3中三极管的集电极既和芯片U4的5脚相连又经电容C16接地，光耦U3中三极管的发射极接地；光耦U3中发光二极管的正极既经电阻R21接电压VOU又经电阻R26和稳压管U5的负极相连，光耦U3中发光二极管的负极和稳压管U5的负极相连，稳压管U5的正极接LEDGND接地端，电压VOU即为二极管D2的负极端电压，电压VOU端和光耦U3中发光二极管的负极之间连接有电阻R19、电阻R22、电容C15和电阻R27的串联电路，光耦U3中发光二极管的负极和电容C18的一端相连，电容C18的另一端经电阻R30、电阻R29和电容C24的并联电路接LEDGND接地端，电阻R22和电容C15的连接点与电容C18和电容C24的连接点相连；光耦U3中发光二极管的负极还和二极管D6的正极相连，二极管D6的负极和运放U2B的输出端相连，运放U2B的输出端经电阻R32和电容C21与运放U2B的反相输入端相连，运放U2B的反相输入端既经电容C22接地又经电阻R23和MOS管Q2的源极相连，运放U2B的正相输入端既经电阻R31和电容C23的并联电路接LEDGND接地端又经电阻R24接电压DC5V。

5.根据权利要求3或4所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的单片机功率控制电路包括单片机U6、稳压块VR1和双开关S1，单片机U6采用15F104W单片机；稳压块VR1的3脚和二极管DZ2的正极相连，二极管DZ2的负极和电压VOU端相连，稳压块VR1的2脚和LEDGND接地端相连，稳压块VR1的1脚和单片机U6的2脚相连，即单片机U6的2脚接DC5V电压，单片机U6的4脚接LEDGND接地端，单片机U6的2脚和4脚之间连接有电容C25和电容C28，单片机U6的3脚经电阻R17和MOS管Q2的栅极相连；双开关S1的3脚、4脚均接LEDGND接地端，双开关S1的1脚经电容C26接LEDGND接地端，双开关S1的2脚经电容C27接LEDGND接地端，双开关S1的1脚、2脚分别和单片机U6的8脚、7脚相连。

6.根据权利要求1或2或3所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的防浪涌保护电路包括保险丝F1、电阻RT1、电容CY2、电容CY3和防浪涌压敏电阻RV1，交流220V市电的火线L经保险丝F1和电阻RT1的一端相连，电阻RT1的另一端，一路经电容CY2和电容CY3的串联电路与交流220V市电的零线N相连，电容CY2和电容CY3的连接点接地，另一路经防浪涌压敏电阻RV1与零线N相连，防浪涌压敏电阻RV1的两端分别和所述的EMI滤波电路的两个输入端相连。

7.根据权利要求1或2或3所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源，其特征在于所述的EMI滤波电路包括变压器GM1、变压器6M2和电容CX4、电容CX3，所述的整流滤波电路包括整流桥DB1和电感L1、电容CX1、电容CX2；变压器GM2的输入端和所述的防浪涌保护电路的输出端相连，变压器GM2的输出端和变压器GM1的输入端相连，电容CX4和变压器GM2的输出端并联，电容CX3和变压器GM1的输出端并联，变压器GM1的输出端和整流桥DB1的输入端相连，即和整流桥DB1的2脚、3脚相连，整流桥DB1的4脚接地，整流桥DB1的1脚和电感L1的一端相连，电感L1的另一端和所述的功率因数校正电路的输入端相连，电感L1的两端分别经电容CX1、电容CX2接地。

8.一种如权利要求1所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源的功率调节方法，其特征在于：

所述的整流滤波电路输出100Hz的正弦半波脉动电压，经过所述的功率因数校正电路中的电阻R7和电阻R8对电容C12和电容C13充电，当电容C12和电容C13上的电压上升至芯片U1的启动最大门限电压时，芯片U1开始工作，芯片U1的7脚输出控制信号驱动MOS管Q1动作；

当芯片U1的7脚驱动MOS管Q1导通时，二极管D1截止，流过变压器T2初级线圈的电流增加并全部通过MOS管Q1流入接地端；一旦电流在开关周期内达到峰值，MOS管Q1上的驱动PWM脉冲变为0电平，则MOS管Q1截止，二极管D1导通，流过变压器T2初级线圈的电流下降；一旦电流低至零时，变压器T2的次级线圈产生一个突变电势，并通过电阻R16被芯片U1的零电流检测脚获得，即芯片U1的5脚检测到，则芯片U1的7脚产生一个新的输出脉冲驱动MOS管Q1再次导通，开始下一个开关周期；

当整流滤波电路输出的AC电压从零按照正弦规律变化时，芯片U1的内部乘法器为芯片U1的内部比较器建立的门限强迫通过变压器T2的峰值电流跟踪AC电压的轨迹，在各个开关周期内电感峰值电流形成的包迹波，正比于AC电压的瞬时变化，呈现正弦波形，在两个开关周期之间只有一个零点电流，但没有死区时间，从而使流过整流滤波电路的整流电流连续流动，整流电流呈正弦波形且与AC电压趋于同相位，因而功率因数几乎为1。

9.根据权利要求8所述的能校正功率因数的地铁用LED灯驱动电源的功率调节方法，其特征在于所述的单片机功率控制电路通过PWM信号控制所述的开关电源电路，从而调节LED灯驱动电源的输出功率。

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