CN104242671B - 智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能匹配降压电路，包括交流输入端、整流滤波电路、开关电路、高压BUCK控制降压电路、浮动零电位控制电路、电压检测反馈电路、PWM控制器、全桥DC/AC转换电路、交流输出端、输出电压检测电路及转换控制器，高压BUCK控制降压电路包括降压电感、降压滤波电容，降压电感的第一端与开关电路的输出端连接，降压电感的第二端与降压滤波电容的正极连接，用于对脉冲电压进行降压及滤波处理后输出第二直流电；浮动零电位控制电路包括续流二极管，续流二极管的阴极与降压电感的第一端共同接电路地，续流二极管的阳极与降压滤波电容的负极共同接浮动地；本发明可以实现宽电压降压处理，其适应范围更大。

Description

智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置
技术领域
本发明涉及电源电路，特别涉及一种智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置。
背景技术
电源电路是指提供给用电设备电力供应电源的部分电路，常见的电源电路有交流电源电路、直流电源电路等。然而对于不同地区和不同国家供电电源的电压不同，同一用电设备的额定电压是相同，因此，该用电设备不能直接应用连接到不同国家电源上，一般都需要通过电源转换装置进行转换。
目前的电源转换装置，大多是将一种固定的电源电压转换成另一种固定的电源电压，例如将220V交流电转换成110V交流电，以适应欧规、美规等电源。对于这种电源转换装置，其输入端只能适用于输入一种固定电压，换句话说，这种电源转换装置适应范围小，只能进行一对一单一转换，使用不方便。
发明内容
本发明的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供的智能匹配降压电路，包括：
交流输入端，与外部市电电源连接，用以输入预定电压范围内的第一交流电；
整流滤波电路，与所述交流输入端连接，用以对所述第一交流电进行整流滤波形成第一直流电；
开关电路，其输入端与所述整流滤波电路连接，用以响应控制信号而导通或断开以输出脉冲电压；
高压BUCK控制降压电路，包括降压电感、降压滤波电容，所述降压电感的第一端与所述开关电路的输出端连接，所述降压电感的第二端与所述降压滤波电容的正极连接，用于对所述脉冲电压进行降压及滤波处理后输出第二直流电；
浮动零电位控制电路，包括续流二极管，所述续流二极管的阴极与所述降压电感的第一端共同接电路地，所述续流二极管的阳极与降压滤波电容的负极共同接浮动地；
电压检测反馈电路，其输入端与所述降压电感的第二端连接，用以对所述第二直流电进行检测以产生一反馈信息；
PWM控制器，其反馈端与所述电压检测反馈电路的输出端连接，控制端与所述开关电路的受控端连接，用以根据所述反馈信息输出一所述控制信号而控制所述脉冲电压的脉宽；
全桥DC/AC转换电路，其输入端与所述降压滤波电容的正极连接，用以将所述第二直流电转换成第二交流电；
交流输出端，与所述全桥DC/AC转换电路的输出端连接，用以输出第二交流电；
输出电压检测电路，与所述交流输出端连接，用以对所述交流输出端的第二交流电的电压进行取样以产生第一取样电压；
转换控制器，与输出电压检测电路及全桥DC/AC转换电路连接，用以根据所述第一取样电压控制所述全桥DC/AC转换电路输出波形的占空比，以控制所述第二交流电稳定。
优选地，还包括输出电流检测电路，与所述交流输出端及转换控制器的电流检测端连接，用以对所述交流输出端的第二交流电的电流进行取样以产生一取样电流；
所述转换控制器用于根据所述第一取样电压及取样电流控制所述全桥DC/AC转换电路输出波形的占空比，以控制所述第二交流电稳定。
优选地，所述开关电路包括MOS开关管及开关管驱动电路，所述MOS开关管的漏极为所述开关电路的输入端，栅极为所述开关电路的受控端，源极为所述开关电路的输出端。
优选地，所述电压检测反馈电路包括光电耦合器、基准稳压源及电压取样电路，所述光电耦合器的发光二极管正极通过一供电电路连接至所述降压电感的第二端，负极与所述基准稳压源的阴极连接；所述基准稳压源的阳极接地，所述基准稳压源的参考极通过所述电压取样电路连接至所述降压电感的第二端；所述光电耦合器的光敏三极管与PWM控制器的反馈端连接。
优选地，所述全桥DC/AC转换电路包括由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管组成的逆变桥，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管的栅极分别连接一MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路连接至所述转换控制器上对应的PWM控制端；
所述第二MOS管的源极为所述交流输出端的火线端，所述第四MOS管的源极为所述交流输出端的零线端。
优选地，所述输出电流检测电路包括第三十三电阻、第三十四电阻及第三十五电阻，所述第三十三电阻、第三十四电阻及第三十五电阻的一端与所述第四MOS管的源极及所述转换控制器的电压检测端连接，另一端接浮动地。
优选地，所述输出电压检测电路包括整流桥，所述整流桥的交流L引脚连接至第一MOS管的源极及转换控制器的L引脚，交流N引脚连接至第四MOS管的源极及转换控制器的N引脚，所述整流桥的直流正极引脚连接至通过第二十一电容接浮动地，且直流正极引脚还连接至转换控制器的VB引脚，直流负极引脚接浮动地。
优选地，还包括过流检测电路，所述过流检测电路包括第二十九电阻及第二十二电阻，所述第二十九电阻一端与所述开关电路的输出端连接，另一端接电路地，所述第二十二电阻的一端与所述开关电路的输出端连接，另一端与所述PWM控制器的电流检测端连接。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供的旅行用电源转换装置，具有如上所述的智能匹配降压电路。
本发明提供的智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置，交流输入端输入的预定电压范围(一般为AC90-265V)内的第一交流电，通过整流滤波电路进行整流滤波形成第一直流电，在PWM控制器的控制下，开关电路将高压的第一直流电以脉冲形式输出脉冲电压，脉冲电压再通过高压BUCK控制降压电路进行降压处理形成低压的第二直流电，并通过浮动零电位控制电路进行浮动控制，根据整流输出的高压第一直流电的变化而跟随变化来稳定第二直流电，第二直流电再通过全桥DC/AC转换电路进行逆变以及转换控制器进行PWM控制调整，转换成稳定的第二交流电(例如110V)输出，如此，可以实现宽电压降压处理，由于输入端可以是预定电压范围内的交流电，因此，其适应范围更大，应用该降压电路的旅行用电源转换装置使用更加方便。
附图说明
图1是本发明实施例智能匹配降压电路的电路方框图；
图2是本发明实施例智能匹配降压电路中整流滤波电路的电路原理图；
图3是本发明实施例智能匹配降压电路中开关电路、高压BUCK控制降压电路、浮动零电位控制电路、电压检测反馈电路、过流检测电路、PWM控制器的电路原理图；
图4是本发明实施例智能匹配降压电路中全桥DC/AC转换电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路的电路原理图；
图5是本发明实施例智能匹配降压电路中转换控制器的转换控制器接口端子电路原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1、图3所示，本发明的实施例提供了一种智能匹配降压电路，包括交流输入端10、整流滤波电路20、开关电路30、高压BUCK控制降压电路40、浮动零电位控制电路41、电压检测反馈电路50、PWM控制器52、全桥DC/AC转换电路60、交流输出端70、输出电压检测电路62及转换控制器80。
具体的，交流输入端10与外部市电电源连接，用以输入预定电压范围内的第一交流电。例如预定电压范围一般可以是AC90-AC265V，也就是宽电压的范围为AC90-AC265V。整流滤波电路20与交流输入端连接，用以对第一交流电进行整流滤波形成第一直流电。开关电路30的输入端与整流滤波电路20连接，用以响应控制信号而导通或断开以输出脉冲电压，也就是说，在开关电路30的通断状态下，开关电路30输出端输出直流脉冲，该直流脉冲也就是上述脉冲电压。
高压BUCK控制降压电路40包括降压电感L1、降压滤波电容C18，其中，降压电感L1的第一端与开关电路30的输出端连接，降压电感L1的第二端与降压滤波电容C18的正极连接，用于对开关电路30输出的脉冲电压进行降压及滤波处理后输出第二直流电。
浮动零电位控制电路41包括续流二极管D11、D12，续流二极管D11、D12的阴极与降压电感L1的第一端共同接电路地，续流二极管D11、D12的阳极与降压滤波电容C18的负极共同接浮动地。该浮动零电位控制电路用于对第二直流电进行浮动控制，具体的，根据整流滤波电路20输出的高压第一直流电的变化而跟随变化来稳定第二直流电。也就是说，无论交流输入端输入的电压是AC90-265V之间的任意一个电压值，在浮动零电位控制电路的控制下，经过高压BUCK控制降压电路40降压后输出的第二直流电都是稳定的电压值，一般的为直流140V左右。
电压检测反馈电路50的输入端与高压BUCK控制降压电路40中降压电感L1的第二端连接，用以对第二直流电进行检测以产生一反馈信息。PWM控制器52的反馈端与电压检测反馈电路50的输出端连接，控制端与开关电路30的受控端连接，用以根据反馈信息输出上述控制信号而控制脉冲电压的脉宽。也就是说，电压检测反馈电路50、PWM控制器52用于控制开关电路30输出波形的占空比，进而调整脉冲电压的脉宽。
全桥DC/AC转换电路60的输入端与高压BUCK控制降压电路40的输出端连接，用以将第二直流电转换成第二交流电。交流输出端与全桥DC/AC转换电路60的输出端连接，用以输出第二交流电，该第二交流电为稳定的固定电压，例如是AC110V，可用于为美规、欧规等用电设备供电。输出电压检测电路62与交流输出端连接，用以对交流输出端的第二交流电的电压进行取样以产生第一取样电压。转换控制器80与输出电压检测电路62及全桥DC/AC转换电路60连接，用以根据第一取样电压控制全桥DC/AC转换电路60输出波形的占空比，以控制第二交流电稳定。也就是说，是输出电压检测电路62及转换控制器80是用于控制交流输出端输出的第二交流电的稳定。
根据本发明实施例提供的智能匹配降压电路，交流输入端10输入的预定电压范围(一般为AC90-265V)内的第一交流电，通过整流滤波电路20进行整流滤波形成高压的第一直流电，在PWM控制器52的控制下，开关电路30将第一直流电以脉冲形式输出脉冲电压，脉冲电压再通过高压BUCK控制降压电路40进行降压处理形成第二直流电，并通过浮动零电位控制电路进行浮动控制，根据整流输出的高压第一直流电的变化而跟随变化来稳定第二直流电，第二直流电再通过全桥DC/AC转换电路60进行逆变以及转换控制器80进行PWM控制调整，转换成稳定的第二交流电(一般为110V)输出，如此，可以实现宽电压降压处理，由于输入端可以是预定电压范围内的交流电，因此，其适应范围更大，应用该降压电路的旅行用电源转换装置使用更加方便。
在本发明的一个实施例中，本发明的智能匹配降压电路还包括输出电流检测电路61，该输出电流检测电路61与交流输出端70及转换控制器80的电流检测端连接，用以对交流输出端70的第二交流电的电流进行取样以产生一取样电流。对应的，转换控制器80用于根据上述的第一取样电压及取样电流控制全桥DC/AC转换电路60输出波形的占空比，以控制第二交流电稳定。也就是说，本实施例中，转换控制器60通过交流输出端70的电流及电压作为参考，进而控制全桥DC/AC转换电路60输出波形的占空比。
参照图2所示，在本发明的一个具体实施例中，整流滤波电路20包括由四个二极管组成的整流桥BD1及滤波电容C1，整流桥的输入端与交流输入端10相连，输出端与滤波电容C1的正极连接，滤波电容C1的负极接地。其中，交流输入端10输入的第一交流电通过整流桥BD1整流后再通过滤波电容C1进行滤波以形成第一直流电。
参照图3所示，开关电路30包括MOS开关管Q5及开关管驱动电路，MOS开关管Q5的漏极为开关电路30的输入端，栅极为开关电路30的受控端，源极为开关电路30的输出端，开关管驱动电路包括第十二极管D10及第二十电阻R20，第十二极管D10的阳极及第二十电阻R20的一端与MOS开关管Q1的栅极连接，第十二极管D10的阴极及第二十电阻R20的另一端与PWM控制器52的控制端连接。其中，MOS开关管Q1的栅极接收PWM控制器52的控制信号而导通或断开，通过PWM控制器52控制开关电路30的通断而输出脉冲电压。
电压检测反馈电路50包括光电耦合器U5、基准稳压源U6及电压取样电路，光电耦合器U5的发光二极管正极通过一供电电路连接至高压BUCK控制降压电路30中降压电感L1的第二端，负极与基准稳压源U6的阴极连接；基准稳压源U6的阳极接地，基准稳压源U6的参考极通过电压取样电路连接至高压BUCK控制降压电路30中降压电感L1的第二端；光电耦合器U5的光敏三极管与PWM控制器52的反馈端连接。其中，供电电路用于为光电耦合器U5供电，电压取样电路从高压BUCK控制降压电路40中的降压电感L1的第二端取得一电压值，该电压值由基准稳压源U6的参考极输入至基准稳压源U6中与基准电压进行比较，得到一反馈信息，该反馈信息再通过光电耦合器U5耦合至PWM控制器52的反馈端。
具体的，上述供电电路包括第二十五电阻R25及依次串联的第四稳压二极管ZD4、第三稳压二极管ZD3、第二稳压二极管ZD2及第五稳压二极管ZD5，第二十五电阻R25的一端连接第四稳压二极管ZD4，第五稳压二极管ZD5连接至高压BUCK控制降压电路40中的降压电感L1的第二端。
上述电压取样电路包括依次串联的第二十六电阻R26、第二十七电阻R27及第二十八电阻R28，第二十六电阻R26连接至高压BUCK控制降压电路40中降压电感L1的第二端，第二十八电阻R28接地，基准稳压源U6的参考极连接至第二十七电阻R27与第二十八电阻R28的节点上。其中，利用第二十六电阻R26、第二十七电阻R27及第二十八电阻R28进行分压，再从第二十七电阻R27与第二十八电阻R28之间的节点取得一电压值，将该电压值与基准稳压源U6中的基准电压进行比较并生成上述反馈信息，该反馈信息再通过光电耦合器U5耦合至PWM控制器52的反馈端。
PWM控制器52包括PWM控制芯片U4，可以采用型号为UC3843的芯片，该PWM控制芯片U4包括COMP引脚、VFB引脚、CS引脚、RC引脚、Vref引脚、VCC引脚、OUT引脚及GND引脚，其中，COMP引脚连接至第二十四电阻R24及第十六电容C16的一端，第二十四电阻R24及第十六电容C16的另一端接地，VFB引脚为反馈端，光电耦合器U5的光敏三极管的集电极通过第二十三电阻R23连接至COMP引脚，发射极与VFB引脚共同接地，CS引脚通过第十四电容C14接地以及通过一过流检测电路51连接至开关电路30的输出端，CS引脚还通过第十八电阻R18连接至Vref引脚，RC引脚通过第十九电阻R19连接至Vref引脚，RC引脚还通过第十五电容C15接地，Vref引脚还通过第十三电容接地，VCC引脚接直流供电电源，且通过第十二电容接地，OUT引脚为控制端，通过开关管驱动电路连接至MOS开关管Q5的栅极，GND引脚接地。
上述过流检测电路51具体包括第二十九电阻R29及第二十二电阻R22，第二十九电阻R29一端与开关电路30的输出端连接，另一端与高压BUCK控制降压电路40的输入端连接，第二十二电阻R22的一端与开关电路30的输出端连接，另一端与PWM控制器52的电流检测端连接。该过流检测电路用于检测MOS开关管的电流。
参照图4所示，全桥DC/AC转换电路60包括由第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3及第四MOS管Q4组成的逆变桥，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3及第四MOS管Q4的栅极分别连接一MOS管驱动电路，该MOS管驱动电路包括一个电阻(R31\R32\R53)及一个二极管(D13\D14\D16)，MOS管驱动电路连接至转换控制器80上对应的PWM控制端；第二MOS管Q2的源极为交流输出端70的火线端，第四MOS管Q4的源极为交流输出端70的零线端。
输出电流检测电路61包括第三十三电阻R33、第三十四电阻R34及第三十五电阻R35，第三十三电阻R33、第三十四电阻R34及第三十五电阻R35的一端与第四MOS管Q4的源极及转换控制器80的电压检测端连接，另一端接浮动地。
输出电压检测电路62包括整流桥BR1，整流桥BR1的交流L引脚连接至第一MOS管Q1的源极及转换控制器80的L引脚，交流N引脚连接至第四MOS管Q4的源极及转换控制器80的N引脚，整流桥BR1的直流正极引脚连接至通过第二十一电容C21接浮动地，且直流正极引脚还连接至转换控制器80的VB引脚，直流负极引脚接浮动地。
转换控制器80包括转换控制器接口端子801，具有PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、VB、N、L、IS等连接端，上述PWM1、PWM2、PWM3、PWM4连接端对应与第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3及第四MOS管Q4的MOS管驱动电路连接，IS连接端对应与输出电流检测电路61上的IS节点连接。
基于上述智能匹配降压电路，本发明实施例还提供了一种旅行用电源转换装置，具有如上所述的智能匹配降压电路。
本发明提供的智能匹配降压电路及旅行用电源转换装置，交流输入端10输入的预定电压范围(一般为AC90-265V)内的第一交流电，通过整流滤波电路20进行整流滤波形成第一直流电，在PWM控制器52的控制下，开关电路30将第一直流电以脉冲形成输出脉冲电压，脉冲电压再通过高压BUCK控制降压电路40进行降压处理形成第二直流电，并通过浮动零电位控制电路41进行浮动控制，根据整流输出的高压第一直流电的变化而跟随变化来稳定第二直流电，第二直流电再通过全桥DC/AC转换电路60进行逆变以及转换控制器80进行PWM控制调整，转换成稳定的第二交流电(例如110V)输出，如此，可以实现宽电压降压处理，由于输入端可以是预定电压范围内的交流电，因此，其适应范围更大，应用该降压电路的旅行用电源转换装置使用更加方便。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种智能匹配降压电路，其特征在于，包括：
交流输入端，与外部市电电源连接，用以输入预定电压范围内的第一交流电；
整流滤波电路，与所述交流输入端连接，用以对所述第一交流电进行整流滤波形成第一直流电；
开关电路，其输入端与所述整流滤波电路连接，用以响应控制信号而导通或断开以输出脉冲电压；
高压BUCK控制降压电路，包括降压电感、降压滤波电容，所述降压电感的第一端与所述开关电路的输出端连接，所述降压电感的第二端与所述降压滤波电容的正极连接，用于对所述脉冲电压进行降压及滤波处理后输出第二直流电；
浮动零电位控制电路，包括续流二极管，所述续流二极管的阴极与所述降压电感的第一端共同接电路地，所述续流二极管的阳极与降压滤波电容的负极共同接浮动地；PWM控制器的电流反馈端通过一过流检测电路连接至开关电路的输出端；用于根据整流滤波电路输出的所述第一直流电的变化而跟随变化来稳定所述第二直流电；
电压检测反馈电路，其输入端与所述降压电感的第二端连接，用以对所述第二直流电进行检测以产生一反馈信息；
PWM控制器，所述PWM控制器接地端与所述电路地连接，其补偿端还与所述电压检测反馈电路的输出端连接，控制端与所述开关电路的受控端连接，用以根据所述反馈信息输出一所述控制信号而控制所述脉冲电压的脉宽；
全桥DC/AC转换电路，其输入端与所述降压滤波电容的正极连接，用以将所述第二直流电转换成第二交流电；
交流输出端，与所述全桥DC/AC转换电路的输出端连接，用以输出第二交流电；
输出电压检测电路，与所述交流输出端连接，用以对所述交流输出端的第二交流电的电压进行取样以产生第一取样电压；
所述电压检测反馈电路包括光电耦合器、基准稳压源及电压取样电路，所述光电耦合器的发光二极管正极通过一供电电路连接至所述降压电感的第二端，负极与所述基准稳压源的阴极连接；所述基准稳压源的阳极接地，所述基准稳压源的参考极通过所述电压取样电路连接至所述降压电感的第二端；所述光电耦合器的光敏三极管与PWM控制器的反馈端连接；
转换控制器，与输出电压检测电路及全桥DC/AC转换电路连接；
输出电流检测电路，与所述交流输出端及转换控制器的电流检测端连接，用以对所述交流输出端的第二交流电的电流进行取样以产生一取样电流；
所述转换控制器用于根据所述第一取样电压及取样电流控制所述全桥DC/AC转换电路输出波形的占空比，以控制所述第二交流电稳定；
所述全桥DC/AC转换电路包括由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管组成的逆变桥，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管的栅极分别连接一MOS管驱动电路，所述MOS管驱动电路连接至所述转换控制器上对应的PWM控制端；
所述第二MOS管的源极为所述交流输出端的火线端，所述第四MOS管的源极为所述交流输出端的零线端；
所述输出电流检测电路包括第三十三电阻、第三十四电阻及第三十五电阻，所述第三十三电阻、第三十四电阻及第三十五电阻的一端与所述第四MOS管的源极及所述转换控制器的电压检测端连接，另一端接浮动地；
所述输出电压检测电路包括整流桥，所述整流桥的交流L引脚连接至第一MOS管的源极及转换控制器的L引脚，交流N引脚连接至第四MOS管的源极及转换控制器的N引脚，所述整流桥的直流正极引脚连接至通过第二十一电容接浮动地，且直流正极引脚还连接至转换控制器的VB引脚，直流负极引脚接浮动地。
2.根据权利要求1所述的智能匹配降压电路，其特征在于，所述开关电路包括MOS开关管及开关管驱动电路，所述MOS开关管的漏极为所述开关电路的输入端，栅极为所述开关电路的受控端，源极为所述开关电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的智能匹配降压电路，其特征在于，还包括过流检测电路，所述过流检测电路包括第二十九电阻及第二十二电阻，所述第二十九电阻一端与所述开关电路的输出端连接，另一端接电路地，所述第二十二电阻的一端与所述开关电路的输出端连接，另一端与所述PWM控制器的电流检测端连接。
4.一种旅行用电源转换装置，其特征在于，具有如权利要求1至3中任一项所述的智能匹配降压电路。
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