CN106787792A - 一种基于pfc反激全桥的智能型正弦波电压转换电路 - Google Patents

一种基于pfc反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反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；反激隔离变换器单元，包括有第一开关管、变压器、第一整流二极管、滤波电感和第一滤波电容，所述变压器原边绕组的第一端连接于PFC升压单元的输出端，所述变压器原边绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极接前端地，所述第一开关管的栅极用于接入PWM信号，所述变压器副边绕组的第一端连接于第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极连接滤波电感的前端，所述滤波电感的后端作为反激隔离变换器单元的输出端；逆变倒相单元用于进行逆变转换后输出交流电。本发明可提高PF值以及提高输出电压质量。

Description

一种基于PFC反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反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。但是目前的电压转换电路中，通常要借助PWM信号配合开关管的控制来实现电压转换，这就导致电路中会产生一定的高频谐波，这些高频信号的存在，将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，提供一种基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，用以提高电压转换装置的PF值，同时滤除电路中的高频脉冲，进而提高输出电压质量。
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反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；一反激隔离变换器单元，包括有第一开关管、变压器、第一整流二极管、滤波电感和第一滤波电容，所述变压器原边绕组的第一端连接于PFC升压单元的输出端，所述变压器原边绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极接前端地，所述第一开关管的栅极用于接入PWM信号，所述变压器副边绕组的第一端连接于第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极连接滤波电感的前端，所述滤波电感的后端通过第一滤波电容接后端地，所述变压器副边绕组的第二端接后端地，所述滤波电感的后端作为反激隔离变换器单元的输出端；一逆变倒相单元，连接于反激隔离变换器单元的输出端，所述逆变倒相单元用于对反激隔离变换器单元的输出电压进行逆变转换后输出交流电。
优选地，所述反激隔离变换器单元还包括有第一电阻、第一电容和第二整流二极管，所述第一电阻连接于变压器副边绕组的第一端与第二整流二极管的阴极之间，所述第二整流二极管的阳极连接于变压器副边绕组的第二端，所述第一电容并联于第一电阻。
优选地，所述反激隔离变换器单元还包括有第二电阻和下拉电阻，所述第二电阻连接于第一开关管的源极与前端地之间，所述下拉电阻连接于第一开关管的栅极与源极之间。
优选地，所述输入单元包括有插座、保险、防雷电阻、共模抑制电感、安规电容和整流桥，所述保险串接于插座的零线或火线上，所述共模抑制电感的前端并联于插座，所述防雷电阻并联于共模抑制电感的前端，所述安规电容和整流桥的输入端均并联于共模抑制电感的后端，所述整流桥的输出端并联有第二滤波电容。
优选地，所述PFC升压单元包括有升压电感、第三开关管、第一续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续流二极管的阳极，所述第一续流二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一续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，还包括有一MCU控制单元，所述第一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信号至第一开关管和第三开关管，以控制第一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，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反激隔离变换器单元的输出端，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控制单元采集反激隔离变换器单元输出的电信号。
优选地，所述逆变倒相单元包括有第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管组成的逆变桥，所述第四开关管的栅极、第五开关管的栅极、第六开关管的栅极和第七开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而控制第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管导通或截止，以令所述逆变倒相单元输出交流电压。
本发明公开的基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路中，利用输入整流滤波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，在反激隔离变换器单元中，将PWM信号加载于第一开关管的栅极。当第一开关管导通时，变压器的原边绕组、第一开关管到前端地形成回路并产生电流，此时变压器的原边绕组导通并开始储能，当第一开关管关断时，变压器的原边绕组通过磁芯藕合给副边绕组进行放电，然后经过第一整流二极管整流后传输至滤波电感，利用滤波电感滤除电路中的高频谐波，得到半波脉动直流电，之后利用第一CBB电容进行滤波，并将滤波后的直流电输出至逆变倒相单元，且由逆变倒相单元进行逆变转换后输出交流电。上述电路中，通过调整变压器原副边绕组的匝数可以使副边电压低于或高于原边输入电压，从而达到升降压目的，基于上述电路，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，通过滤除电路中的高频谐波，还大大提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明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反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；
一反激隔离变换器单元30，包括有第一开关管Q6、变压器T1、第一整流二极管D5、滤波电感L3和第一滤波电容C3，所述变压器T1原边绕组的第一端连接于PFC升压单元20的输出端，所述变压器T1原边绕组的第二端连接于第一开关管Q6的漏极，所述第一开关管Q6的源极接前端地，所述第一开关管Q6的栅极用于接入PWM信号，所述变压器T1副边绕组的第一端连接于第一整流二极管D5的阳极，所述第一整流二极管D5的阴极连接滤波电感L3的前端，所述滤波电感L3的后端通过第一滤波电容C3接后端地，所述变压器T1副边绕组的第二端接后端地，所述滤波电感L3的后端作为反激隔离变换器单元30的输出端；
一逆变倒相单元60，连接于反激隔离变换器单元30的输出端，所述逆变倒相单元60用于对反激隔离变换器单元30的输出电压进行逆变转换后输出交流电。
上述正弦波电压转换电路中，利用输入整流滤波单元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，在反激隔离变换器单元30中，将PWM信号加载于第一开关管Q6的栅极。当第一开关管Q6导通时，变压器T1的原边绕组、第一开关管Q6到前端地形成回路并产生电流，此时变压器T1的原边绕组导通并开始储能，当第一开关管Q6关断时，变压器T1的原边绕组通过磁芯藕合给副边绕组进行放电，然后经过第一整流二极管D5整流后传输至滤波电感L3，利用滤波电感L3滤除电路中的高频谐波，得到半波脉动直流电，之后利用第一CBB电容C3进行滤波，并将滤波后的半波脉动直流电输出至逆变倒相单元60，且由逆变倒相单元60进行逆变倒相后输出交流电。上述电路中，通过调整变压器T1原副边绕组的匝数可以使副边电压低于原边输入电压，从而达到降压目的，基于上述电路，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，通过滤除电路中的高频谐波，还大大提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。
作为一种优选方式，所述反激隔离变换器单元30还包括有第一电阻R26、第一电容C5和第二整流二极管D6，所述第一电阻R26连接于变压器T1副边绕组的第一端与第二整流二极管D6的阴极之间，所述第二整流二极管D6的阳极连接于变压器T1副边绕组的第二端，所述第一电容C5并联于第一电阻R26。其中的C5、R26、D6构成尖峰吸收电路，用于吸收漏感所产生的尖峰电压。
本实施例中，所述反激隔离变换器单元30还包括有第二电阻R2B和下拉电阻R25，所述第二电阻R2B连接于第一开关管Q6的源极与前端地之间，所述下拉电阻R25连接于第一开关管Q6的栅极与源极之间。其中，R25是第一开关管Q6的下拉电阻，用于防止误导通。
作为一种优选的电路结构，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。
关于升压部分，所述PFC升压单元20包括有升压电感L2、第三开关管Q5、第一续流二极管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的漏极连接第一续流二极管D1的阳极，所述第一续流二极管D1的阴极作为PFC升压单元20的输出端，且该第一续流二极管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。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。当控制芯片U1检测到输入电压等于或高于230V电网电压时，将高频调制电路Q5MOS关闭，整流滤波后的电压直接经L2、D1给C2电容进滤及储能。
为了实现PWM控制，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和第三开关管Q5，以控制第一开关管Q6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，本实施例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。进一步地，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的前端连接于反激隔离变换器单元30的输出端，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采集反激隔离变换器单元30输出的电信号。
关于逆变部分，所述逆变倒相单元60包括有第四开关管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输出交流电压。
上述逆变倒相单元60中，经过C3滤波后的半波脉动直流电压经Q1、负载、Q4形成回路给负载供电形成第一个正弦半周期工频电平；第二个正弦半周期工频电平通过Q2、负载、Q3形成回路，这样在负载上就形成了一个完整的工频正弦波交流电压。控制芯片U1输出的PWM信号经驱动电路后分别送出PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L给Q1、Q2、Q3、Q4的GATE极。逆变倒相电路中的相位与频率按照控制芯片内部设定的模式进行工作。
本发明相比现有技术而言，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，输出电压是以纯正弦波输出，对交流电压有自动整形功能，此外，本发明还可以滤除电路中的高频脉冲，从而提高输出电压的质量。
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反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；
一反激隔离变换器单元，包括有第一开关管、变压器、第一整流二极管、滤波电感和第一滤波电容，所述变压器原边绕组的第一端连接于PFC升压单元的输出端，所述变压器原边绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极接前端地，所述第一开关管的栅极用于接入PWM信号，所述变压器副边绕组的第一端连接于第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极连接滤波电感的前端，所述滤波电感的后端通过第一滤波电容接后端地，所述变压器副边绕组的第二端接后端地，所述滤波电感的后端作为反激隔离变换器单元的输出端；
一逆变倒相单元，连接于反激隔离变换器单元的输出端，所述逆变倒相单元用于对反激隔离变换器单元的输出电压进行逆变转换后输出交流电。
2.如权利要求1所述的基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述反激隔离变换器单元还包括有第一电阻、第一电容和第二整流二极管，所述第一电阻连接于变压器副边绕组的第一端与第二整流二极管的阴极之间，所述第二整流二极管的阳极连接于变压器副边绕组的第二端，所述第一电容并联于第一电阻。
3.如权利要求1所述的基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述反激隔离变换器单元还包括有第二电阻和下拉电阻，所述第二电阻连接于第一开关管的源极与前端地之间，所述下拉电阻连接于第一开关管的栅极与源极之间。
4.如权利要求1所述的基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述输入单元包括有插座、保险、防雷电阻、共模抑制电感、安规电容和整流桥，所述保险串接于插座的零线或火线上，所述共模抑制电感的前端并联于插座，所述防雷电阻并联于共模抑制电感的前端，所述安规电容和整流桥的输入端均并联于共模抑制电感的后端，所述整流桥的输出端并联有第二滤波电容。
5.如权利要求1所述的基于PFC反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、第一续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续流二极管的阳极，所述第一续流二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一续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。
6.如权利要求5所述的基于PFC反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信号至第一开关管和第三开关管，以控制第一开关管和第三开关管通断状态。
7.如权利要求6所述的基于PFC反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。
8.如权利要求6所述的基于PFC反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。
9.如权利要求6所述的基于PFC反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反激隔离变换器单元的输出端，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控制单元采集反激隔离变换器单元输出的电信号。
10.如权利要求6所述的基于PFC反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，所述逆变倒相单元包括有第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管组成的逆变桥，所述第四开关管的栅极、第五开关管的栅极、第六开关管的栅极和第七开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而控制第四开关管、第五开关管、第六开关管和第七开关管导通或截止，以令所述逆变倒相单元输出交流电压。
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