CN106787809A - 一种基于mos管全桥整流的智能型修正波电压转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其包括有交流输入单元、PFC升压单元、逆变倒相单元以及：MOS管全桥整流单元，包括有第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第一电容，第一MOS管的源极和第二MOS管的源极相互连接后作为MOS管全桥整流单元的输出端正极，第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极相互连接后作为MOS管全桥整流单元的输出端负极，所述第一MOS管和第四MOS管同时导通，所述第二MOS管和第三MOS管同时导通。本发明可提高转换效率，实现无风扇散热要求，以及降低噪音。

Description

一种基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路
技术领域
本发明涉及电压转换电路，尤其涉及一种基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路。
背景技术
现有技术中，AC转AC智能升降压转换装置又被称为旅行排插，电压转换电路是应用到AC转AC智能升降压转换装置又被称为旅行排插的关键电路，可以在AC/AC变换中实现降压并稳定电压与频率的功能。目前AC/AC便隽式设备中，整流部份大多使用二极管或整流桥来做整流元件，当AC电压达到90V时整流二极管或桥堆发热严重，因此，在便携式AC-AC设备中需要增加风扇散热，但是这种方式将带来噪音问题，同时输入的PF值低，且产品的成本较高、体积较大。
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、减少噪音、降低产品成本、容易实现输出短路保护的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其包括有：一交流输入单元，用于接入交流电；一MOS管全桥整流单元，包括有第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第一电容，所述第一MOS管的漏极和第三MOS管的源极均连接于交流输入单元的第一输出端，所述第二MOS管的漏极和第四MOS管的源极均连接于交流输入单元的第二输出端，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的源极相互连接后作为MOS管全桥整流单元的输出端正极，所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极相互连接后作为MOS管全桥整流单元的输出端负极，所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极分别用于接入PWM脉冲信号，以令所述第一MOS管和第四MOS管同时导通，所述第二MOS管和第三MOS管同时导通，所述第一电容并联于MOS管全桥整流单元的输出端；一PFC升压单元，连接于MOS管全桥整流单元的输出端，所述PFC升压单元用于对MOS管全桥整流单元的输出电压进行升压转换；一逆变倒相单元，连接于PFC升压单元的输出端，所述逆变倒相单元用于将PFC升压单元的输出电压逆变为交流电。
优选地，所述PFC升压单元包括有升压电感、第一开关管、第一整流二极管和电解电容，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一开关管的漏极，所述第一开关管的源极接地，所述第一开关管的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一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电解电容的正极，电解电容的负极接地。
优选地，所述第一开关管的栅极和源极之间连接有下拉电阻。
优选地，还包括有一控制单元，所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极、第四MOS管的栅极和第一开关管的栅极分别电性连接于控制单元，藉由所述控制单元而控制第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第一开关管的通断状态。
优选地，所述交流输入单元的第一输出端和第二输出端分别通过限流电阻而连接于控制单元，以令控制单元获取交流电电压的相位。
优选地，所述交流输入单元包括有插座、第一保险、防雷电阻、共模抑制电感和安规电容，所述第一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，所述安规电容并联于共模抑制电感的后端，且所述共模抑制电感的后端作为交流输入单元的输出端。
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PFC升压单元的输出端，所述第三采样电阻的后端连接于控制单元，藉由所述第二采样电阻和第三采样电阻而令控制单元采集PFC升压单元输出的电信号。
优选地，所述逆变倒相单元包括由第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管组成的逆变桥，所述第二开关管的栅极、第三开关管的栅极、第四开关管的栅极和第五开关管的栅极分别连接于控制单元，藉由所述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。
优选地，所述逆变倒相单元的输出端串联有第二保险。
优选地，所述控制单元包括单片机及其外围电路。
本发明公开的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路中，将交流输入单元连接交流电源，使得交流电传输至MOS管全桥整流单元，在MOS管全桥整流单元中,当L为正弦半周时，令第二MOS管和第三MOS管导通，电流由火L线、第二MOS管、第一电容、第三MOS管形成回路，当N线为正弦半周时，第一MOS管和第四MOS管导通，电流由N线、第一MOS管、第一电容、第四MOS管形成回路；通过上述过程，使得第一电容上形成直流电压，该第一电容是为了滤除整流后的纹波，进而得到平滑的直流电并传输至PFC升压单元进行升压转换，最后利用逆变倒相单元将PFC升压单元的输出电压逆变为交流电以供使用。上述电压转换电路中，由于MOS管的导通内阻很少，所以电流在MOS管上的消耗功率就很小，因此整流后的效率会很高，并能有效提高电压转换装置的PF值，同时无需风扇散热，进而减少噪音、降低产品成本，以及减少产品体积。
附图说明
图1为修正波电压转换电路的电路原理图。
图2为控制单元的电路框图。
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MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，结合图1和图2所示，其包括有：
一交流输入单元10，用于接入交流电；
一MOS管全桥整流单元20，包括有第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第一电容C1，所述第一MOS管Q1的漏极和第三MOS管Q3的源极均连接于交流输入单元10的第一输出端，所述第二MOS管Q2的漏极和第四MOS管Q4的源极均连接于交流输入单元10的第二输出端，所述第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的源极相互连接后作为MOS管全桥整流单元20的输出端正极，所述第三MOS管Q3的漏极和第四MOS管Q4的漏极相互连接后作为MOS管全桥整流单元20的输出端负极，所述第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极分别用于接入PWM脉冲信号，以令所述第一MOS管Q1和第四MOS管Q4同时导通，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3同时导通，所述第一电容C1并联于MOS管全桥整流单元20的输出端；
一PFC升压单元30，连接于MOS管全桥整流单元20的输出端，所述PFC升压单元30用于对MOS管全桥整流单元20的输出电压进行升压转换；
一逆变倒相单元50，连接于PFC升压单元30的输出端，所述逆变倒相单元50用于将PFC升压单元30的输出电压逆变为交流电。
上述智能型修正波电压转换电路中，将交流输入单元10连接交流电源，使得交流电传输至MOS管全桥整流单元20，在MOS管全桥整流单元20中,当L为正弦半周时，令第二MOS管Q2和第三MOS管Q3导通，电流由火L线、第二MOS管Q2、第一电容C1、第三MOS管Q3形成回路，当N线为正弦半周时，第一MOS管Q1和第四MOS管Q4导通，电流由N线、第一MOS管Q1、第一电容C1、第四MOS管Q4形成回路；通过上述过程，使得第一电容C1上形成直流电压，该第一电容C1是为了滤除整流后的纹波，进而得到平滑的直流电并传输至PFC升压单元30进行升压转换，最后利用逆变倒相单元50将PFC升压单元30的输出电压逆变为交流电以供使用。上述电压转换电路中，采用了MOS管作为整流器件，由于MOS管的导通内阻很少，所以电流在MOS管上的消耗功率就很小，因此整流后的效率会很高，并能有效提高电压转换装置的PF值，同时无需风扇散热，进而减少噪音、降低产品成本，以及减少产品体积。
实际应用中，当MOS管全桥整流单元20的输出端所接电路发生异常时，可以直接关闭第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的PWM信号，从而达到关闭输入电压的目的，以更好的保护后续单元电路。
为使得第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4迅速响应，本发明采用了四个电阻(R1、R2、R3、R4)，分别作为四个整流MOS管的下拉电阻以防止误导通。
关于升压部分，所述PFC升压单元30包括有升压电感L2、第一开关管Q5、第一整流二极管D1和电解电容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的后端连接于第一开关管Q5的漏极，所述第一开关管Q5的源极接地，所述第一开关管Q5的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一开关管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30的输出端，且该第一整流二极管D1的阴极连接电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地。
进一步地，所述第一开关管Q5的栅极和源极之间连接有下拉电阻R5。利用下拉电阻可实现第一开关管Q5的快速响应。
上述PFC升压单元30中，如果输入电网电压低于230V，控制单元输出高频控制信号PWM5给第一开关管Q5的GATE，四个MOS管组成的全桥整流后的半波交流电压被第一开关管Q5以PFC升压方式进行升压，具体的升压原理是：第一开关管Q5导通时，第一电容C1上的电流经升压电感L2、第一开关管Q5到GND形成回路，升压电感L2储存能量；当第一开关管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第一整流二极管D1进行整流后形成单向脉动电压再送给高频滤波电路滤波。并且第一开关管Q5是根据交流采样电路采得的输入电网电压的为调制基波来控制PWM1的占空比变化，经第一整流二极管D1整流后的电平是按正弦变化却含有高频脉冲的包络半波电平。当输入电网电压等于或大于230V电压时单片机U1将高频调制电路关闭，第一开关管Q5不工作；MOS全桥整流滤波后的电压直接经L2、第一整流二极管D1输出。
为了实现闭环控制，本实施例还包括有一控制单元60，所述第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极、第四MOS管Q4的栅极和第一开关管Q5的栅极分别电性连接于控制单元60，藉由所述控制单元60而控制第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第一开关管Q5的通断状态。进一步地，所述控制单元60包括单片机U1及其外围电路。
进一步地，关于对交流信号的采样，所述交流输入单元10的第一输出端和第二输出端分别通过限流电阻而连接于控制单元60，以令控制单元60获取交流电电压的相位。具体是指，控制单元通过采样电阻(R10、R11、R12、R14、R17、R18、R19、R20)采样交流电压的幅值与相位，进而控制第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的导通相位与时间。
本实施例中，所述交流输入单元10包括有插座、第一保险F2、防雷电阻RV1、共模抑制电感L1和安规电容CX1，所述第一保险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并联于共模抑制电感L1的后端，且所述共模抑制电感L1的后端作为交流输入单元10的输出端。
作为一种优选方式，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PFC升压单元30的输出端，所述第三采样电阻R15的后端连接于控制单元60，藉由所述第二采样电阻R13和第三采样电阻R15而令控制单元60采集PFC升压单元30输出的电信号。上述电压采样部分由R13、R15组成，用于将采得的电压送给控制单元，进而确定逆变倒相单元的相位和导通时间。
关于逆变部分，所述逆变倒相单元50包括由第二开关管Q6、第三开关管Q7、第四开关管Q8和第五开关管Q9组成的逆变桥，所述第二开关管Q6的栅极、第三开关管Q7的栅极、第四开关管Q8的栅极和第五开关管Q9的栅极分别连接于控制单元60，藉由所述控制单元60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50输出交流电压。进一步地，所述逆变倒相单元50的输出端串联有第二保险F1。
上述逆变倒相单元50由第二开关管Q6、第三开关管Q7、第四开关管Q8和第五开关管Q9组成，经过滤波后的直流电压由第二开关管Q6、负载、第五开关管Q9形成回路给负载供电，形成第一个半周期工频电平；第二个半周期工频电平通过第四开关管Q8、负载、第三开关管Q7形成回路，这样在负载上就形成了一个完整的工频修正波交流电压。控制单元输出的PWM信号经驱动电路后分别送出PWM6、PWM7L、PWM8、PWM9L给第二开关管Q6、第三开关管Q7、第四开关管Q8和第五开关管Q9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。
本发明公开的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，具有高效率、高PF值等特点，同时无需风扇，其采用自然冷确方式，可消除噪声。本发明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，并且输出电压是以修正波输出，对交流电压有自动整形功能，此外本发明含有电压与电流采样电路，能防浪涌电压与电流。
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MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，包括有：
一交流输入单元(10)，用于接入交流电；
一MOS管全桥整流单元(20)，包括有第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)和第一电容(C1)，所述第一MOS管(Q1)的漏极和第三MOS管(Q3)的源极均连接于交流输入单元(10)的第一输出端，所述第二MOS管(Q2)的漏极和第四MOS管(Q4)的源极均连接于交流输入单元(10)的第二输出端，所述第一MOS管(Q1)的源极和第二MOS管(Q2)的源极相互连接后作为MOS管全桥整流单元(20)的输出端正极，所述第三MOS管(Q3)的漏极和第四MOS管(Q4)的漏极相互连接后作为MOS管全桥整流单元(20)的输出端负极，所述第一MOS管(Q1)的栅极、第二MOS管(Q2)的栅极、第三MOS管(Q3)的栅极和第四MOS管(Q4)的栅极分别用于接入PWM脉冲信号，以令所述第一MOS管(Q1)和第四MOS管(Q4)同时导通，所述第二MOS管(Q2)和第三MOS管(Q3)同时导通，所述第一电容(C1)并联于MOS管全桥整流单元(20)的输出端；
一PFC升压单元(30)，连接于MOS管全桥整流单元(20)的输出端，所述PFC升压单元(30)用于对MOS管全桥整流单元(20)的输出电压进行升压转换；
一逆变倒相单元(50)，连接于PFC升压单元(30)的输出端，所述逆变倒相单元(50)用于将PFC升压单元(30)的输出电压逆变为交流电。
2.如权利要求1所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述PFC升压单元(30)包括有升压电感(L2)、第一开关管(Q5)、第一整流二极管(D1)和电解电容(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)的后端连接于第一开关管(Q5)的漏极，所述第一开关管(Q5)的源极接地，所述第一开关管(Q5)的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一开关管(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(30)的输出端，且该第一整流二极管(D1)的阴极连接电解电容(C2)的正极，电解电容(C2)的负极接地。
3.如权利要求2所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述第一开关管(Q5)的栅极和源极之间连接有下拉电阻(R5)。
4.如权利要求3所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，还包括有一控制单元(60)，所述第一MOS管(Q1)的栅极、第二MOS管(Q2)的栅极、第三MOS管(Q3)的栅极、第四MOS管(Q4)的栅极和第一开关管(Q5)的栅极分别电性连接于控制单元(60)，藉由所述控制单元(60)而控制第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)和第一开关管(Q5)的通断状态。
5.如权利要求4所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述交流输入单元(10)的第一输出端和第二输出端分别通过限流电阻而连接于控制单元(60)，以令控制单元(60)获取交流电电压的相位。
6.如权利要求1所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述交流输入单元(10)包括有插座、第一保险(F2)、防雷电阻(RV1)、共模抑制电感(L1)和安规电容(CX1)，所述第一保险(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)并联于共模抑制电感(L1)的后端，且所述共模抑制电感(L1)的后端作为交流输入单元(10)的输出端。
7.如权利要求4所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，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PFC升压单元(30)的输出端，所述第三采样电阻(R15)的后端连接于控制单元(60)，藉由所述第二采样电阻(R13)和第三采样电阻(R15)而令控制单元(60)采集PFC升压单元(30)输出的电信号。
8.如权利要求4所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述逆变倒相单元(50)包括由第二开关管(Q6)、第三开关管(Q7)、第四开关管(Q8)和第五开关管(Q9)组成的逆变桥，所述第二开关管(Q6)的栅极、第三开关管(Q7)的栅极、第四开关管(Q8)的栅极和第五开关管(Q9)的栅极分别连接于控制单元(60)，藉由所述控制单元(60)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(50)输出交流电压。
9.如权利要求8所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述逆变倒相单元(50)的输出端串联有第二保险(F1)。
10.如权利要求4所述的基于MOS管全桥整流的智能型修正波电压转换电路，其特征在于，所述控制单元(60)包括单片机(U1)及其外围电路。
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