CN206402113U - 基于pfc交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PFC交错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，以及：交错反激隔离变换单元，包括有第一开关管、第二开关管、第一变压器、第二变压器、第二整流二极管和第三整流二极管；DC滤波单元，包括有第一CBB滤波电容、第二CBB滤波电容和滤波电感，所述滤波电感的前端连接于第一CBB滤波电容的前端，所述滤波电感的后端连接于第二CBB滤波电容的前端，所述第一CBB滤波电容的后端和第二CBB滤波电容的后端均连接于后端地，所述滤波电感的前端连接于交错反激隔离变换单元的输出端，所述滤波电感的后端作为DC滤波单元的输出端；逆变倒相单元。本实用新型可减少纹波干扰以及提高输出电压质量。

Description

基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路

技术领域

本实用新型涉及电压转换电路，尤其涉及一种基于PFC交错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，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。特别是在电压转换过程中，会产生较多的纹波干扰，特别是缺少EMI滤波性能，因此影响电压质量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可降低电路中的纹波、滤波效果好、可提高输出电压质量，并且安全可靠的基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其包括有用于提供直流电压的输入单元、用于对所述直流电压进行升压转换的PFC升压单元，以及：一交错反激隔离变换单元，包括有第一开关管、第二开关管、第一变压器、第二变压器、第二整流二极管和第三整流二极管，所述第一变压器初级绕组的第一端和第二变压器初级绕组的第一端均连接于PFC升压单元的输出端，所述第一变压器初级绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第二变压器初级绕组的第二端连接于第二开关管的漏极，所述第一开关管的源极和第二开关管的源极均连接于前端地，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第一变压器次级绕组的第一端连接于第二整流二极管的阳极，所述第二变压器次级绕组的第一端连接于第三整流二极管的阳极，所述第一变压器次级绕组的第二端和第二变压器次级绕组的第二端均连接于后端地，所述第二整流二极管的阴极和第三整流二极管的阴极相连接后作为交错反激隔离变换单元的输出端；一DC滤波单元，包括有第一CBB滤波电容、第二CBB滤波电容和滤波电感，所述滤波电感的前端连接于第一CBB滤波电容的前端，所述滤波电感的后端连接于第二CBB滤波电容的前端，所述第一CBB滤波电容的后端和第二CBB滤波电容的后端均连接于后端地，所述滤波电感的前端连接于交错反激隔离变换单元的输出端，所述滤波电感的后端作为DC滤波单元的输出端；一逆变倒相单元，连接于DC滤波单元的输出端，所述逆变倒相单元用于对DC滤波单元的输出电压进行逆变转换后输出交流电。

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，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DC滤波单元的输出端，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DC滤波单元输出的电信号。

优选地，所述逆变倒相单元包括由第四开关管、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。

本实用新型公开的基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路中，输入单元用于提供直流电压，利用PFC升压单元对输入单元输出的直流电压进行升压处理，之后输出至交错反激隔离变换单元，该交错反激隔离变换单元中，第一开关管和第二开关管交互导通，当第一开关管导通时第二开关管截止，电流由第一变压器初级绕组、第一开关管到前端地形成回路，第一变压器初级绕组开始储量；当第二开关管导通时，第一开关管截止，电流由第二变压器初级绕组、第二开关管、前端地构成回路，第二变压器初级绕组开始储能，同时第一变压器初级绕组的电能通过其磁芯藕合至次级绕组，再经第二整流二极管向负载供电；然后第一开关管再次导通，第二开关管截止，第一变压器储能，第二变压器次级绕组通过第三整流二极管向负载供电。上述交错反激隔离变换单元中，由于是交互导通电流纹波较小、应用比较灵活，特别是当负载较小时只需启动一个反激变电路即可，在此基础上，DC滤波单元采用了由第一CBB滤波电容、第二CBB滤波电容和滤波电感构成的π型滤波器，使得电路中的EMI、EMC干扰较小、电路工作频率较高，并能够提高功率密度，实际应用中，通过改变第一变压器、第二变压器初次级的匝数比可以改变输出电压，可实现升压或降压。

附图说明

图1为正弦波电压转换电路的电路原理图。

图2为本实用新型优选实施例中交流采样单元的电路原理图。

图3为本实用新型优选实施例中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实用新型作更加详细的描述。

本实用新型公开了一种基于PFC交错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，其包括有用于提供直流电压的输入单元10、用于对所述直流电压进行升压转换的PFC升压单元20，以及：

一交错反激隔离变换单元30，包括有第一开关管Q6、第二开关管Q7、第一变压器T1、第二变压器T2、第二整流二极管D7和第三整流二极管D8，所述第一变压器T1初级绕组的第一端和第二变压器T2初级绕组的第一端均连接于PFC升压单元20的输出端，所述第一变压器T1初级绕组的第二端连接于第一开关管Q6的漏极，所述第二变压器T2初级绕组的第二端连接于第二开关管Q7的漏极，所述第一开关管Q6的源极和第二开关管Q7的源极均连接于前端地，所述第一开关管Q6的栅极和第二开关管Q7的栅极用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第一变压器T1次级绕组的第一端连接于第二整流二极管D7的阳极，所述第二变压器T2次级绕组的第一端连接于第三整流二极管D8的阳极，所述第一变压器T1次级绕组的第二端和第二变压器T2次级绕组的第二端均连接于后端地，所述第二整流二极管D7的阴极和第三整流二极管D8的阴极相连接后作为交错反激隔离变换单元30的输出端；

一DC滤波单元40，包括有第一CBB滤波电容C3、第二CBB滤波电容C4和滤波电感L3，所述滤波电感L3的前端连接于第一CBB滤波电容C3的前端，所述滤波电感L3的后端连接于第二CBB滤波电容C4的前端，所述第一CBB滤波电容C3的后端和第二CBB滤波电容C4的后端均连接于后端地，所述滤波电感L3的前端连接于交错反激隔离变换单元30的输出端，所述滤波电感L3的后端作为DC滤波单元40的输出端；

一逆变倒相单元60，连接于DC滤波单元40的输出端，所述逆变倒相单元60用于对DC滤波单元40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，输入单元10用于提供直流电压，利用PFC升压单元20对输入单元10输出的直流电压进行升压处理，之后输出至交错反激隔离变换单元30，该交错反激隔离变换单元30中，第一开关管Q6和第二开关管Q7交互导通，当第一开关管Q6导通时第二开关管Q7截止，电流由第一变压器T1初级绕组、第一开关管Q6到前端地形成回路，第一变压器T1初级绕组开始储量；当第二开关管Q7导通时，第一开关管Q6截止，电流由第二变压器T2初级绕组、第二开关管Q7、前端地构成回路，第二变压器T2初级绕组开始储能，同时第一变压器T1初级绕组的电能通过其磁芯藕合至次级绕组，再经第二整流二极管D7向负载供电；然后第一开关管Q6再次导通，第二开关管Q7截止，第一变压器T1储能，第二变压器T2次级绕组通过第三整流二极管D8向负载供电。上述交错反激隔离变换单元30中，由于是交互导通电流纹波较小、应用比较灵活，特别是当负载较小时只需启动一个反激变电路即可，在此基础上，DC滤波单元40采用了由第一CBB滤波电容C3、第二CBB滤波电容C4和滤波电感L3构成的π型滤波器，使得电路中的EMI、EMC干扰较小、电路工作频率较高，并能够提高功率密度，实际应用中，通过改变第一变压器T1、第二变压器T2初次级的匝数比可以改变输出电压，可实现升压或降压。由于第一开关管Q6和第二开关管Q7是按正弦规律调制的高频PWM信号，经由第一CBB滤波电容C3、第三CBB滤波电容C4和滤波电感L3构成的π型滤波器滤除高频脉冲信号后，在第三CBB滤波电容C4得到的是纯正弦半波电压。

在DC滤波单元40中，由于第一开关管Q6和第二开关管Q7是按正弦工频调制高频PWM信号工作的，经第二整流二极管D7、第三整流二极管D8整流后，第一CBB滤波电容C3、滤波电感L3、第三CBB滤波电容C4滤除高频纹波后留下纯正弦半波电压，送给电压采样与逆变单元。本实施例中的第一开关管Q6和第二开关管Q7是以工频调制高频PWM信号的，可以使第一开关管Q6和第二开关管Q7按照正弦的变化来调节输出电压。

本实施例在输入部分，是将电网电压转换为直流电压以供后续电路使用的，具体是指，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，当采样到滤波电容C1输出半波交流电压时，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，升压后通过第二电解电容C2滤波后的电压为400V，具体的升压原理如下：第三开关管Q5导通时，滤波电容C1上的电流经升压电感L2、第三开关管Q5到GND形成回路，升压电感L2储存能量；当第三开关管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，感应电动势经第一整流二极管D1进行整流后形成单向脉冲电压再送给第二电解电容C2电容进滤波，滤波成400V的直流电压。并且第三开关管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第三开关管Q5的导通时间，以使电流与电压相位变一致来提高PF值。

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。

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50，所述DC电压采样单元50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DC滤波单元40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DC滤波单元40输出的电信号。

关于逆变部分，所述逆变倒相单元60包括由第四开关管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，经过滤波后的直流电压经第四开关管Q1、负载、第七开关管Q4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五开关管Q2、负载、第六开关管Q3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。单片机U1输出的PWM信号经驱动电路后分别送出PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L给第四开关管Q1、第五开关管Q2、第六开关管Q3、第七开关管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。

作为一种优选方式，所述交错反激隔离变换单元30还包括有第一续流二极管D6、第一电阻R26和第一电容C5，所述第一续流二极管D6的阳极连接于第一开关管Q6的漏极，所述第一续流二极管D6的阴极通过第一电阻R26连接于PFC升压单元20的输出端，所述第一电容C5并联于第一电阻R26。此外，所述交错反激隔离变换单元30还包括有第二续流二极管D5、第二电阻R27和第二电容C6，所述第二续流二极管D5的阳极连接于第二开关管Q7的漏极，所述第二续流二极管D5的阴极通过第二电阻R27连接于PFC升压单元20的输出端，所述第二电容C6并联于第二电阻R27。

上述电路中，第二续流二极管D5、第一续流二极管D6、第一电阻R26、第二电阻R27、第一电容C5、第二电容C6分别为第一开关管Q6、第二开关管Q7的吸引电路，用来吸收第一变压器T1、第二变压器T1的漏感产生的尖峰电压，以减开关管的电压应力。

本实用新型公开的基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其相比现有技术而言，本实用新型具有高PF值，实现了电网与输出端的隔离，其安全性非常高；同时，DC与DC单元采用交互工作模式，使得电路中的EMC、EMI干扰小、功率应用灵活；再次，本实用新型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，并且输出电压是以纯正弦波输出，对交流电压有自动整形功能；此外，本实用新型含有电压与电流采样电路，能防浪涌电压与电流。

以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于PFC交错反激全桥的智能型正弦波电压转换电路，其特征在于，包括有用于提供直流电压的输入单元、用于对所述直流电压进行升压转换的PFC升压单元，以及：

一交错反激隔离变换单元，包括有第一开关管、第二开关管、第一变压器、第二变压器、第二整流二极管和第三整流二极管，所述第一变压器初级绕组的第一端和第二变压器初级绕组的第一端均连接于PFC升压单元的输出端，所述第一变压器初级绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第二变压器初级绕组的第二端连接于第二开关管的漏极，所述第一开关管的源极和第二开关管的源极均连接于前端地，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第一变压器次级绕组的第一端连接于第二整流二极管的阳极，所述第二变压器次级绕组的第一端连接于第三整流二极管的阳极，所述第一变压器次级绕组的第二端和第二变压器次级绕组的第二端均连接于后端地，所述第二整流二极管的阴极和第三整流二极管的阴极相连接后作为交错反激隔离变换单元的输出端；

一DC滤波单元，包括有第一CBB滤波电容、第二CBB滤波电容和滤波电感，所述滤波电感的前端连接于第一CBB滤波电容的前端，所述滤波电感的后端连接于第二CBB滤波电容的前端，所述第一CBB滤波电容的后端和第二CBB滤波电容的后端均连接于后端地，所述滤波电感的前端连接于交错反激隔离变换单元的输出端，所述滤波电感的后端作为DC滤波单元的输出端；

一逆变倒相单元，连接于DC滤波单元的输出端，所述逆变倒相单元用于对DC滤波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交错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滤波电容。

3.如权利要求1所述的基于PFC交错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。

4.如权利要求3所述的基于PFC交错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、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。

5.如权利要求4所述的基于PFC交错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。

6.如权利要求4所述的基于PFC交错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。

7.如权利要求6所述的基于PFC交错反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。

8.如权利要求4所述的基于PFC交错反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。

9.如权利要求4所述的基于PFC交错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DC滤波单元的输出端，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DC滤波单元输出的电信号。

10.如权利要求4所述的基于PFC交错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由第四开关管、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。