CN106655801A - 一种基于pfc正激全桥的智能型正弦波电压转换电路 - Google Patents

一种基于pfc正激全桥的智能型正弦波电压转换电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其包括有：输入单元；PFC升压单元；隔离型双管正激变换器，包括有第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、第二整流二极管、变压器、滤波电感和第一电解电容；逆变倒相单元，连接于隔离型双管正激变换器的输出端，用于对隔离型双管正激变换器的输出电压进行逆变转换后输出交流电，所述逆变倒相单元的输出端连接于第一滤波电感的前端，所述第一滤波电感的后端连接负载，所述第一滤波电感用于滤除所述交流电的高频脉冲，并为负载提供工频正弦交流电。本发明可提高PF值以及提高输出电压质量。

Description

一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路
技术领域
本发明涉及电压转换电路，尤其涉及一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路。
背景技术
现有技术中，由AC转AC的智能升降压转换装置又被称为旅行插排，该装置中，正弦波电压转换电路是其关键电路，是一种能实现AC-AC变换的电路，可以在AC-AC变换中实现升降压并稳定电压与频率的功能。然而目前的AC-AC便隽式设备市场大多数为非隔离型的拓扑电路，且PF值低、输出电压质量低、安全可靠性差。实际应用中，由于电压转换过程中存在开关管的高速切换，使得电路的输出侧会存在一定的高频脉冲信号，进而影响输出电压的质量，因而难以满足转换要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可提高电压转换装置的PF值、可提高输出电压质量，并且能够滤除输出侧的高频脉冲，进而为负载提供优质工频正弦交流电的正弦波电压转换电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其包括有：一输入单元，用于输出直流电压；一PFC升压单元，连接于输入单元的输出端，用于对输入单元的输出电压进行升压转换；一隔离型双管正激变换器，包括有第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、第二整流二极管、变压器、第二滤波电感和第一电解电容，所述第一开关管的漏极连接于PFC升压单元的输出端，所述第一开关管的源极连接于变压器原边绕组的第一端，所述变压器原边绕组的第二端连接于第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极接前端地，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极用于接入相同的PWM信号，所述第一续流二极管的阴极连接于第一开关管的漏极，所述第一续流二极管的阳极连接于变压器原边绕组的第二端，所述第二续流二极管的阴极连接于变压器原边绕组的第一端，所述第二续流二极管的阳极接前端地，所述变压器副边绕组的第一端连接于第二整流二极管的阳极，所述变压器副边绕组的第二端接后端地，所述第二整流二极管的阴极连接于第二滤波电感的前端，所述第二滤波电感的后端连接第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极连接后端地，所述第二滤波电感的后端作为隔离型双管正激变换器的输出端；一逆变倒相单元，连接于隔离型双管正激变换器的输出端，所述逆变倒相单元用于对隔离型双管正激变换器的输出电压进行逆变转换后输出交流电，所述逆变倒相单元的输出端连接有第一滤波电感的前端，所述第一滤波电感的后端连接负载，所述第一滤波电感用于滤除所述交流电的高频脉冲，并为负载提供工频正弦交流电。
优选地，所述PFC升压单元包括有升压电感、第三开关管、第一整流二极管和第二电解电容，所述升压电感的前端连接于输入单元的输出端，所述升压电感的后端连接于第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极接前端地，所述第三开关管的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第三开关管的漏极连接第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一整流二极管的阴极连接第二电解电容的正极，第二电解电容的负极接前端地。
优选地，所述PFC升压单元还包括有第一驱动电阻、第二驱动电阻和驱动二极管，所述第三开关管的栅极连接于驱动二极管的阳极，所述第一驱动电阻并联于驱动二极管的两端，所述驱动二极管的阴极用于接入PWM控制信号，所述驱动二极管的阳极通过第二驱动电阻连接于前端地。
优选地，所述隔离型双管正激变换器还包括有一第三整流二极管，所述第三整流二极管的阴极连接于变压器副边绕组的第一端，所述第三整流二极管的阳极连接于变压器副边绕组的第二端。
优选地，还包括有一MCU控制单元，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元用于分别输出PWM信号至第一开关管、第二开关管和第三开关管，以控制第一开关管、第二开关管和第三开关管通断状态。
优选地，所述MCU控制单元包括有单片机及其外围电路。
优选地，还包括有一交流采样单元，所述交流采样单元连接于输入单元的输入端与MCU控制单元之间，所述交流采样单元用于采集输入单元交流侧的电压并反馈至MCU控制单元。
优选地，所述交流采样单元包括有运放，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输入单元的输入端，所述运放的输出端连接于MCU控制单元。
优选地，所述第三开关管的源极与前端地之间连接有第一采样电阻，所述第三开关管的源极连接于MCU控制单元，藉由所述第一采样电阻而令MCU控制单元采集第三开关管源极的电信号。
优选地，还包括有一DC电压采样单元，所述DC电压采样单元包括有依次串联的第二采样电阻和第三采样电阻，所述第二采样电阻的前端连接于第二滤波电感的后端，所述第三采样电阻的后端连接于MCU控制单元，藉由所述第二采样电阻和第三采样电阻而令MCU控制单元采集第二滤波电感后端的电信号。
本发明公开的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路中，利用输入单元对电网电压进行整流和滤波后输出脉动直流电压，之后利用PFC升压单元对脉动直流电压进行升压处理，在隔离型双管正激变换器的作用下，实现了电压的隔离传输，可有效提高升压/降压转换装置的PF值，同时还提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。在此基础上，本发明在逆变倒相单元的输出端设置了第一滤波电感，利用第一滤波电感可滤除所述交流电的高频脉冲，使得负载能够获得优质的工频正弦交流电，进而提高输出电压质量，以满足供电需求。
附图说明
图1为正弦波电压转换电路的电路原理图。
图2为本发明优选实施例中交流采样单元的电路原理图。
图3为本发明优选实施例中MCU控制单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，结合图1至图3所示，其包括有：
一输入单元10，用于输出直流电压；
一PFC升压单元20，连接于输入单元10的输出端，用于对输入单元10的输出电压进行升压转换；
一隔离型双管正激变换器30，包括有第一开关管Q6、第二开关管Q7、第一续流二极管D3、第二续流二极管D2、第二整流二极管D5、变压器T1、滤波电感L3和第一电解电容C3，所述第一开关管Q6的漏极连接于PFC升压单元20的输出端，所述第一开关管Q6的源极连接于变压器T1原边绕组的第一端，所述变压器T1原边绕组的第二端连接于第二开关管Q7的漏极，所述第二开关管Q7的源极接前端地，所述第一开关管Q6的栅极和第二开关管Q7的栅极用于接入相同的PWM信号，所述第一续流二极管D3的阴极连接于第一开关管Q6的漏极，所述第一续流二极管D3的阳极连接于变压器T1原边绕组的第二端，所述第二续流二极管D2的阴极连接于变压器T1原边绕组的第一端，所述第二续流二极管D2的阳极接前端地，所述变压器T1副边绕组的第一端连接于第二整流二极管D5的阳极，所述变压器T1副边绕组的第二端接后端地，所述第二整流二极管D5的阴极连接于滤波电感L3的前端，所述滤波电感L3的后端连接第一电解电容C3的正极，所述第一电解电容C3的负极连接后端地，所述滤波电感L3的后端作为隔离型双管正激变换器30的输出端；
一逆变倒相单元60，连接于隔离型双管正激变换器30的输出端，所述逆变倒相单元60用于对隔离型双管正激变换器30的输出电压进行逆变转换后输出交流电，所述逆变倒相单元60的输出端连接有第一滤波电感L4的前端，所述第一滤波电感L4的后端连接负载，所述第一滤波电感L4用于滤除所述交流电的高频脉冲，并为负载提供工频正弦交流电。
上述正弦波电压转换电路中，利用输入单元10对电网电压进行整流和滤波后输出脉动直流电压，之后利用PFC升压单元20对脉动直流电压进行升压处理，在隔离型双管正激变换器30中，第一开关管Q6与第二开关管Q7是一对信号相同的PWM控制信号；第一开关管Q6与第二开关管Q7同时导通，变压器T1的原边线圈经过磁芯藕合至副线圈，通过第二整流二极管D5整流以及经过第一电解电容C3滤波成直流后输出给逆变倒相单元60；当第一开关管Q6与第二开关管Q7关断时，为了保持变压器T1的原边线圈电流方向相同，所述第一续流二极管D3与第二续流二极管D2导通，并对磁芯进行磁复位，通过改变变压器T1原副边的匝比可以使副边电压低于或高于原边输入电压，进而达到降压或升压目的。基于上述结构，本发明实现了电压的隔离传输，可有效提高升压/降压转换装置的PF值，同时还提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。在此基础上，本发明在逆变倒相单元60的输出端设置了第一滤波电感L4，利用第一滤波电感L4可滤除所述交流电的高频脉冲，使得负载能够获得优质的工频正弦交流电，进而提高输出电压质量，以满足供电需求。
本实施例中，所述输入单元10包括有插座、保险F2、防雷电阻RV1、共模抑制电感L1、安规电容CX1和整流桥DB1，所述保险F2串接于插座的零线或火线上，所述共模抑制电感L1的前端并联于插座，所述防雷电阻RV1并联于共模抑制电感L1的前端，所述安规电容CX1和整流桥DB1的输入端均并联于共模抑制电感L1的后端，所述整流桥DB1的输出端并联有滤波电容C1。
作为一种优选方式，所述PFC升压单元20包括有升压电感L2、第三开关管Q5、第一整流二极管D1和第二电解电容C2，所述升压电感L2的前端连接于输入单元10的输出端，所述升压电感L2的后端连接于第三开关管Q5的漏极，所述第三开关管Q5的源极接前端地，所述第三开关管Q5的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第三开关管Q5的漏极连接第一整流二极管D1的阳极，所述第一整流二极管D1的阴极作为PFC升压单元20的输出端，且该第一整流二极管D1的阴极连接第二电解电容C2的正极，第二电解电容C2的负极接前端地。
上述PFC升压单元20中，当交流输入电压采样到AC电压时PFC进入升压模式，以提高AC转AC智能降压转换拓扑电路的PF值.当具体的升压原理如下：Q5导通时，C1上的电流经升压电感L2、Q5到GND形成回路，升压电感L2储存能量；当Q5关断时，升压电感上会形成比输入电压高得多的感应电动势，感应电动势经续流管D1进行整流后形成单向脉冲电压再送给C2电容进滤及储能。并且Q5是根据控制芯片采到的输入交流正弦波变化来加大或减少Q5的导通时间，以使电流与电压相位变一致来提高PF值。
进一步地，为了提高对开关管的驱动能力，所述PFC升压单元20还包括有第一驱动电阻R18、第二驱动电阻R22和驱动二极管D4，所述第三开关管Q5的栅极连接于驱动二极管D4的阳极，所述第一驱动电阻R18并联于驱动二极管D4的两端，所述驱动二极管D4的阴极用于接入PWM控制信号，所述驱动二极管D4的阳极通过第二驱动电阻R22连接于前端地。
为了更好地实现整流，所述隔离型双管正激变换器30还包括有一第三整流二极管D6，所述第三整流二极管D6的阴极连接于变压器T1副边绕组的第一端，所述第三整流二极管D6的阳极连接于变压器T1副边绕组的第二端。
作为一种优选方式，本实施例还包括有一MCU控制单元80，所述第一开关管Q6的栅极、第二开关管Q7的栅极和第三开关管Q5的栅极分别连接于MCU控制单元80，所述MCU控制单元80用于分别输出PWM信号至第一开关管Q6、第二开关管Q7和第三开关管Q5，以控制第一开关管Q6、第二开关管Q7和第三开关管Q5通断状态。进一步地，所述MCU控制单元80包括有单片机U1及其外围电路。
为了便于监测交流侧的电信号，还包括有一交流采样单元70，所述交流采样单元70连接于输入单元10的输入端与MCU控制单元80之间，所述交流采样单元70用于采集输入单元10交流侧的电压并反馈至MCU控制单元80。
关于该交流采样单元70的具体组成，所述交流采样单元70包括有运放U9B，所述运放U9B的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输入单元10的输入端，所述运放U9B的输出端连接于MCU控制单元80。
为了便于对电流进行实时采集，所述第三开关管Q5的源极与前端地之间连接有第一采样电阻R2A，所述第三开关管Q5的源极连接于MCU控制单元80，藉由所述第一采样电阻R2A而令MCU控制单元80采集第三开关管Q5源极的电信号。
作为一种优选方式，为了对直流侧电信号进行采集，本实施例还包括有一DC电压采样单元40，所述DC电压采样单元40包括有依次串联的第二采样电阻R13和第三采样电阻R15，所述第二采样电阻R13的前端连接于滤波电感L3的后端，所述第三采样电阻R15的后端连接于MCU控制单元80，藉由所述第二采样电阻R13和第三采样电阻R15而令MCU控制单元80采集滤波电感L3后端的电信号。以供MCU控制单元80控制逆变倒相单元60的占空比。
关于逆变部分，所述逆变倒相单元60包括第四开关管Q1、第五开关管Q2、第六开关管Q3和第七开关管Q4组成的逆变桥，所述第四开关管Q1的栅极、第五开关管Q2的栅极、第六开关管Q3的栅极和第七开关管Q4的栅极分别连接于MCU控制单元80，藉由所述MCU控制单元80而控制第四开关管Q1、第五开关管Q2、第六开关管Q3和第七开关管Q4导通或截止，以令所述逆变倒相单元60输出交流电。
本发明公开的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路中，相比现有技术而言，首先，本发明具有高PF值，实现了电网与输出端隔离，安全性非常高，同时，在输入全电压范围内能够能自动调节输出电压，并且固定输出频率，再次，输出电压是以修正波输出，对交流电压有自动整形功能，此外，所述逆变倒相单元60的输出端连接于第一滤波电感L4，第一滤波电感L4的后端用于为负载供电，利用第一滤波电感L4可滤除交流电中的高频脉冲，从而为负载提供工频正弦交流电。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，包括有：
一输入单元，用于输出直流电压；
一PFC升压单元，连接于输入单元的输出端，用于对输入单元的输出电压进行升压转换；
一隔离型双管正激变换器，包括有第一开关管、第二开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、第二整流二极管、变压器、第二滤波电感和第一电解电容，所述第一开关管的漏极连接于PFC升压单元的输出端，所述第一开关管的源极连接于变压器原边绕组的第一端，所述变压器原边绕组的第二端连接于第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极接前端地，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极用于接入相同的PWM信号，所述第一续流二极管的阴极连接于第一开关管的漏极，所述第一续流二极管的阳极连接于变压器原边绕组的第二端，所述第二续流二极管的阴极连接于变压器原边绕组的第一端，所述第二续流二极管的阳极接前端地，所述变压器副边绕组的第一端连接于第二整流二极管的阳极，所述变压器副边绕组的第二端接后端地，所述第二整流二极管的阴极连接于第二滤波电感的前端，所述第二滤波电感的后端连接第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极连接后端地，所述第二滤波电感的后端作为隔离型双管正激变换器的输出端；
一逆变倒相单元，连接于隔离型双管正激变换器的输出端，所述逆变倒相单元用于对隔离型双管正激变换器的输出电压进行逆变转换后输出交流电，所述逆变倒相单元的输出端连接有第一滤波电感的前端，所述第一滤波电感的后端连接负载，所述第一滤波电感用于滤除所述交流电的高频脉冲，并为负载提供工频正弦交流电。
2.如权利要求1所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述PFC升压单元包括有升压电感、第三开关管、第一整流二极管和第二电解电容，所述升压电感的前端连接于输入单元的输出端，所述升压电感的后端连接于第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极接前端地，所述第三开关管的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第三开关管的漏极连接第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一整流二极管的阴极连接第二电解电容的正极，第二电解电容的负极接前端地。
3.如权利要求2所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述PFC升压单元还包括有第一驱动电阻、第二驱动电阻和驱动二极管，所述第三开关管的栅极连接于驱动二极管的阳极，所述第一驱动电阻并联于驱动二极管的两端，所述驱动二极管的阴极用于接入PWM控制信号，所述驱动二极管的阳极通过第二驱动电阻连接于前端地。
4.如权利要求1所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述隔离型双管正激变换器还包括有一第三整流二极管，所述第三整流二极管的阴极连接于变压器副边绕组的第一端，所述第三整流二极管的阳极连接于变压器副边绕组的第二端。
5.如权利要求3所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，还包括有一MCU控制单元，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元用于分别输出PWM信号至第一开关管、第二开关管和第三开关管，以控制第一开关管、第二开关管和第三开关管通断状态。
6.如权利要求5所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述MCU控制单元包括有单片机及其外围电路。
7.如权利要求5所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，还包括有一交流采样单元，所述交流采样单元连接于输入单元的输入端与MCU控制单元之间，所述交流采样单元用于采集输入单元交流侧的电压并反馈至MCU控制单元。
8.如权利要求7所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述交流采样单元包括有运放，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输入单元的输入端，所述运放的输出端连接于MCU控制单元。
9.如权利要求5所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述第三开关管的源极与前端地之间连接有第一采样电阻，所述第三开关管的源极连接于MCU控制单元，藉由所述第一采样电阻而令MCU控制单元采集第三开关管源极的电信号。
10.如权利要求5所述的基于PFC正激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，还包括有一DC电压采样单元，所述DC电压采样单元包括有依次串联的第二采样电阻和第三采样电阻，所述第二采样电阻的前端连接于第二滤波电感的后端，所述第三采样电阻的后端连接于MCU控制单元，藉由所述第二采样电阻和第三采样电阻而令MCU控制单元采集第二滤波电感后端的电信号。
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