电梯系统是一个与人身安全息息相关的特种设备，有其特殊的电气复杂性，应急照明为其重要组成部分，保障电梯应急照明系统的可靠性显得尤为重要。传统的应急照明基本使用白炽灯，但其有一些弊端，比如电量消耗大、能效低、照度低、使用寿命短等。
随着LED性能的提升，LED因其环保、节能、抗震、使用寿命长等特点，逐渐替代白炽灯作为电梯应急照明，较好地克服了白炽灯的这些弊端。由于LED对电源有较高的要求，选择稳定可靠，持久耐用的应急照明方案并优化驱动电源，不但可以减少应急照明系统的维护，更重要的是可以提高电梯系统的运行效率和可靠性，具有保障电梯安全运行具有重大意义。
1、LED应急照明驱动电源的工作原理
根据应急备用电源的基本工作原理，LED应急照明驱动电源应满足以下工作要求：在有市电时，直接由市电供电，用AC/DC驱动控制电路转换提供低压直流电源，主要为正常检修时LED灯具供电，以及给系统自带的备用电池充电;在发生故障时，或者市电停电时为应急备用电池为用电设备供电，包括LED应急灯的驱动。
根据此工作原理，LED应急照明驱动电源由四部分组成(如图1所示)。
图1中，深色的四个模块是LED应急照明驱动电源基本功能模块。其中，AC/DC恒压驱动电路是用于市电给蓄电池充电，同时还为其他直流用电设备提供驱动电源。输入电源选择辅助回路是控制在有市电时蓄电池没有输出，只有在应急状态下蓄电池才有电压输出。LED应急驱动电路是用于驱动LED应急灯。
由于LED需要特定的驱动电源来提供稳定的电流电压才能可靠的正常工作，所以对于LED应急灯的驱动电路的设计就显得尤为重要。另外，蓄电池是一个集成部件，与电路设计无关。因此电路设计主要AC/DC恒压驱动电路，输入电源选择辅助回路，及LED应急照明驱动电路由三个模块来组成。下面将主要介绍这三个模块的电路设计。
2、LED应急照明驱动电源的电路设计
本部分围绕LED应急照明驱动电源的三个电路设计部分展开，即AC/DC恒压驱动电路、输入电源选择辅助回路、LED驱动电路。其中AC/DC恒压驱动电路和输入电源选择辅助回路一起为LED应急照明驱动电路提供一个稳定的直流输入电压源，LED应急照明驱动电路将输入的电源经恒流稳压控制后直接驱动LED应急灯。在应急状态下，由蓄电池给LED应急照明驱动电路供电。将重点介绍较特殊应用的蓄电池作为输入电源的LED应急照明驱动电路。
2.1 AC/DC恒压驱动电路设计
开关电源被誉为高效、节能电源，是目前能量变换中效率最高的，而且体积小、重量轻。应急备用电源中用开关电源是符合电梯应用环境的最佳方式。需要的是从AC220V电压转换为DC12V电压，所以选择Buck拓扑结构的开关电源电路。
图2 是Buck拓扑结构的开关电源原理示意框图。
其中，脉宽调制器使用SANKEN芯片A6051，是内置MOSFET的电源驱动IC，简化了电路设计。恒压反馈电路设计采用常用的LM258运算放大器实现。电压采样基准电压由TL431提供2.5V的基准电源电压。输出端电压电流的取样电压和TL431的基准电压比较，经过运算放大器LM258 的P1脚输出一个调节电压电流，达到恒压DC12V输出的效果，可以给蓄电池充电。
2.2 输入电源选择辅助回路的设计
LED应急照明电源应用方式，在有市电时，用市电通过应急备用电源恒压恒流供电，照明以及给蓄电池充电。在市电停电或有故障时，由应急备用电源中自带的蓄电池供电。要完成这两种输入电源的选择，就需要一个输入电源选择辅助电路。输入电源选择辅助回路设计原理如图3所示。
12V蓄电池输出的控制是通过继电器来实现的，接继电器的常闭开关，通过三极管来控制。市电正常供电时，三极管导通，使继电器常闭触头断开，继电器断开，故此时，12V蓄电池无输出。市电没有电压输入时，控制三极管不工作，使继电器闭合，接通蓄电池输出电路，实现蓄电池电压的输出。只要备用电池有电，就可以保证DC12V持续稳定的输出。给LED驱动电路提供持续的电压。
2.3 LED驱动电路的设计
LED正向伏安特性非常陡，需要稳定的电流，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。因此要让LED灯能可靠的工作，必须要配置恒流稳压的电源来驱动。
(1)LED驱动电路方案的选择
本LED驱动电路选择开关电源驱动电路作为驱动方案。一般来看，LED恒流驱动方案有镇流电阻、线性恒流驱动、开关电源驱动等。
镇流电阻方案，原理是电路串联限流电阻，此电路的优点是简单、成本低，缺点是电流稳定度不高、电阻发热消耗功率、导致用电效率低。线性恒流驱动电路，利用电子技术常见的电流负反馈原理，设计出恒流驱动电路，输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。这两种驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。
开关电源是目前能量变换中效率最高的，可以达到90%以上。使用开关电源方案设计的恒流稳压电源驱动LED是一个较好思路。恒流源可以避免因输入电压的波动使输出电流波动，这也使得LED的亮度始终保持不变。
本LED应急照明驱动电源中是以备用蓄电池作为应急LED灯驱动电源的输入电源，所以要选择DC/DC的开关电源。DC/DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(Buck)、升压(Boost)、降压—升压(Buck-Boost)三种基本拓扑。不过也有专家认为最基本的拓扑是buck和boost，其他均由此演变而来。
Buck电路是用于降压电路。Boost电路是用于升压电路。Buck-Boost电路用于升降压电路。其输出平均电压Vo=DVs/(1-D)大于或小于输入电压Vs，极性相反，电感传输。是反激变换器的原型。
根据LED应急照明驱动电源产品在电梯系统中应用的特点，需要设计出一个具有自动升降压功能的电路。以适应，在电池电压充足时，或负载LED额定电压低于电池输出电压时，自动降压恒流驱动输出;在电池电压变低或需要驱动的LED灯负载额定电压高压电池输出电压情况下，自动升压恒流驱动输出。这里就应用不常见的升降压电路单端初级电感转换器(SEPIC)。
(2)LED驱动电路所选拓扑电路原理说明
下面对LED驱动电路所选拓扑、单端初级电感变换器的电路工作原理进行分析介绍。
单端初级电感变换器(SingleEndedPrimaryInductorConverter，简称SEPIC)电路的效率通常可达90%以上。此外，在传统的Buck，Boost拓扑结构中，只能实现单一的升压或降压。而SEPIC拓扑结构既可实现降压，又可实现升压。SEPIC由两个松耦合的电感替代了传统拓扑结构的单一电感。通过缠绕在同一磁芯上的两个耦合电感，在适当的匝数比下，可在理论上使输入电流的纹波电流降为零，进而大大削减输入的电磁干扰，提高转换器的转换效率。
SEPIC的电气原理简图如图4所示。
通常称之为升降压变换器SEPIC的简单原理如图1所示：SEPIC设计中具有原边电感(L1)、副边电感(L2)和位于两个电感之间的串联电容 (Cp)，某种程度上，可以把SEPIC设计看作是具有隔直流电容(消除输入电压)的BOOST调节器，允许输出电压高于或低于输入电压。然而，为了复位隔直流电容，允许能量传递到输出端，在副边放置了另一个电感L2。
对电路进行分析，会发现Cp上的直流电压等于输入电压，当 MOSFET(图中用SW代替)导通时，Vin为L1充电、Cp为L2充电。由于Cp上的电压等于输入电压，导通期间每个电感电压相同。关闭期间，每个电感的放电电压相同———输出电压加上D1的导通电压。由于L1和L2具有相同的充、放电电压，它们可以具有相同的电感量和纹波电流，但二者的平均电流相差较大。
MOSFET管导通时，D1反偏，只有输出电容Cout支持输出电流(Iout);MOSFET断开时，L1的电感电流流过 Cp，与L2电流合并，为输出电容充电并支持Iout。通过对方程式进行分析，会发现电路中L2的电流用于支持Iout，L1的电流重新为输出电容充电，补充能量。即L2的平均电流等于Iout，而L1的平均电流等于Iout×Vout/Vin。由SEPIC的原理可推出基本关系式：Vout/Vin=D /(1—D)。式中D为占空比，且忽略SW及D1等的压降。
电路是可升降压的DC/DC直流开关变换电路，通过控制开关管S的PWM信号中的占空比，便可达到升降压的目的。
(3)LED驱动电路所选拓扑的电路设计
具体设计原理图如图5所示，是一个典型的SEPICBUCK-Boost恒流LED驱动电路。驱动IC选择XL6005，60V，4A的开关控制芯片。
VIN是恒流驱动电路的电源输入端，输入电压范围8V～30V。VOUT+，VOUT-接LED应急灯。R1，RCS1，RCS2，组成了一个输出电流调节电路。
输出电流调节电阻：
输出电流：
公式(1)、(2)计算得出：
由于当前电梯系统中配备的LED应急灯大多是3W～5W的。在应急状态下驱动电流选择为350mA。电阻选择RCS1=1.21R±1%，RCS2=1.3R±1%，输出电流就很精确了，可以驱动6串LED灯珠。满足了12V应急备用电池输入，可以驱动1～6个LED应急灯，应急驱动电流350mA。至此，整个应急驱动电源设计完成。
经过实际应用验证了这款电源设计拓扑结构简单，成本低廉，稳定，能够适应不同种电梯或不同公司配备不同功率的LED应急灯的驱动需要。
3、结论
本文介绍了电梯专用LED应急照明驱动电源的设计方案。电梯专用LED应急照明驱动电源电路设计部分由三大模块构成，AC/DC稳压电路，输入电源选择回路和LED恒流驱动电路。其中输入电压与输出电压范围有交迭的LED应急照明驱动电路，选择非常见的单端初级电感转换器(SEPIC)结构的电路，详细介绍了SEPIC变换器的工作原理、元件选择的依据，以及一些常用芯片的典型应用电路。电路具有实用、节能、长寿、电路合理、安装方便、可靠性高等特点。
