CN206820660U - 一种基于pfc的智能型半桥修正波电压转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其包括有输入单元；PFC升压单元，包括有升压电感、第一开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电解电容和第二电解电容，第一开关管的栅极用于接入PWM脉冲信号，第一电解电容的正极作为PFC升压单元的输出端正极，第二电解电容的负极作为PFC升压单元的输出端负极；半桥逆变单元，连接于PFC升压单元的输出端，半桥逆变单元用于对PFC升压单元的输出电压进行逆变转换。本实用新型可提高输出电压质量以及节约电路成本。

Description

一种基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路

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的智能型半桥修正波电压转换电路。

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采用复杂的拓扑电路结构，所涉及的单元模块较多，不仅成本较高，而且PF值低、输出电压质量低、安全可靠性差。

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，提供一种可简化电路结构、提高PF值、提高输出电压质量，并且节约成本的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路。

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的智能型半桥修正波电压转换电路，其包括有：一输入单元，用于接入电网交流电；一PFC升压单元，包括有升压电感、第一开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电解电容和第二电解电容，所述升压电感的前端连接于输入单元的第一输出端，所述升压电感的后端连接于第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，所述第一开关管的漏极和第三二极管的阴极均连接于第一二极管的阴极，所述第一开关管的源极和第四二极管的阳极均连接于第二二极管的阳极，所述第一开关管的栅极用于接入PWM脉冲信号，所述第五二极管的阳极连接于第三二极管的阴极，所述第五二极管的阴极连接于第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极连接于第二电解电容的正极，所述第六二极管的阴极连接于第四二极管的阳极，所述第六二极管的阳极连接于第二电解电容负极，所述第四二极管的阴极、第二电解电容的正极和输入单元的第二输出端相连接且该连接点作为共地端，所述第一电解电容的正极作为PFC升压单元的输出端正极，所述第二电解电容的负极作为PFC升压单元的输出端负极；一半桥逆变单元，连接于PFC 升压单元的输出端，所述半桥逆变单元用于对PFC升压单元的输出电压进行逆变转换。

优选地，所述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输入单元的输出端。

优选地，还包括有一控制单元，所述第一开关管的栅极连接于控制单元，所述控制单元用于向第一开关管的栅极加载PWM脉冲信号。

优选地，所述控制单元包括有单片机及其外围电路。

优选地，所述半桥逆变单元包括有第二开关管、第三开关管、第三电解电容和第四电解电容，所述第二开关管的漏极和第三电解电容的正极均连接于PFC 升压单元的输出端正极，所述第二开关管的源极连接于第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极和第四电解电容的负极均连接于PFC升压单元的输出端负极，所述第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别用于接入PWM控制信号，以令所述第二开关管和第三开关管交替导通，所述第三电解电容的负极和第四电解电容的正极均连接于共地端，且该第四电解电容的正极作为半桥逆变单元的第一输出端，所述第二开关管的源极作为半桥逆变单元的第二输出端。

优选地，所述第三开关管的源极串接有限流电阻，所述第三开关管的源极连接于控制单元，以令所述控制单元采集第三开关管源极的电信号。

优选地，还包括有第二保险，所述第二保险串接于半桥逆变单元的第一输出端。

优选地，还包括有一电压采样单元，所述电压采样单元包括有依次串联的第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻的前端连接于第二开关管的漏极，所述第二采样电阻的后端连接于控制单元，以令所述控制单元采集第二开关管漏极的电信号。

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控制单元。

本实用新型公开的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路中，当输入单元将交流电传输至PFC升压单元时，PFC升压单元进入升压模式，以提高转换拓扑电路的PF值，升压后通过第一电解电容和第二电解电容滤波后的电压为正负母线电压，具体的升压原理如下：当输入单元输出的交流电压为上正下负时，第一开关管导通时，输入单元第一输出端输出的电流经升压电感、第一二极管、第一开关管、第四二极管、输入单元的第二输出端形成回路，升压电感储存能量；当第一开关管关断时，升压电感释放的能量经第一二极管、第五二极管、第一电解电容、输入单元再回到升压电感的前端，这样升压电感产生的感应电压经第一二极管、第五二极管整流后会在第一电解电容上形成上正下负的直流电压。当输入单元输出的交流电压为上负下正时，第一开关管导通，输入单元输出的电流经升压电感、第二二极管、第一开关管、第三二极管、输入单元形成回路，升压电感储存能量；当第一开关管关断时，升压电感释放的能量经续流管第二二极管、第六二极管、第二电解电容、输入单元再回到升压电感，这样升压电感将产生的感应电压经第二二极管、第六二极管整流后会在第二电解电容上形成上正下负的直流电压。由于第一电解电容和第二电解电容串联，所以在第一电解电容的正极形成的电压是相对于第一电解电容和第二电解电容的中间点为正的电压，在第二电解电容的负极形成的电压是相对于第一电解电容和第二电解电容的中间点为负的电压。通过调整第一开关管栅极的PWM 信号的占空比来调整其导通时间，使得电压转换电路输出的交流电与输入侧的电流、电压相位一致来提高PF值。基于上述结构，本实用新型不仅提高了电压转换电路的PF值，还提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。同时本实用新型电压转换电路的结构简单，所涉及的单元模块较少，不仅降低了产品的故障率，而且节省了产品体积，降低了产品成本。

附图说明

图1为本实用新型修正波电压转换电路的原理图。

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的智能型半桥修正波电压转换电路，结合图1至图3所示，其包括有：

一输入单元10，用于接入电网交流电；

一PFC升压单元20，包括有升压电感L2、第一开关管Q3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管 D6、第一电解电容C1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的第一输出端，所述升压电感L2的后端连接于第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，所述第一开关管Q3的漏极和第三二极管D3的阴极均连接于第一二极管D1的阴极，所述第一开关管Q3的源极和第四二极管D4的阳极均连接于第二二极管D2的阳极，所述第一开关管Q3的栅极用于接入PWM 脉冲信号，所述第五二极管D5的阳极连接于第三二极管D3的阴极，所述第五二极管D5的阴极连接于第一电解电容C1的正极，所述第一电解电容C1的负极连接于第二电解电容C2的正极，所述第六二极管D6的阴极连接于第四二极管D4的阳极，所述第六二极管D6的阳极连接于第二电解电容C2负极，所述第四二极管D4的阴极、第二电解电容C2的正极和输入单元10的第二输出端相连接且该连接点作为共地端，所述第一电解电容C1的正极作为PFC升压单元 20的输出端正极，所述第二电解电容C2的负极作为PFC升压单元20的输出端负极；

一半桥逆变单元30，连接于PFC升压单元20的输出端，所述半桥逆变单元30用于对PFC升压单元20的输出电压进行逆变转换。

上述修正波电压转换电路中，当输入单元10将交流电传输至PFC升压单元20时，PFC升压单元进入升压模式，以提高转换拓扑电路的PF值，升压后通过第一电解电容C1和第二电解电容C2滤波后的电压为正负母线电压，具体的升压原理如下：当输入单元10输出的交流电压为上正下负时，第一开关管Q3导通时，输入单元10第一输出端输出的电流经升压电感L2、第一二极管D1、第一开关管Q3、第四二极管D4、输入单元10的第二输出端形成回路，升压电感 L2储存能量；当第一开关管Q3关断时，升压电感L2释放的能量经第一二极管D1、第五二极管D5、第一电解电容C1、输入单元10再回到升压电感L2的前端，这样升压电感L2产生的感应电压经第一二极管D1、第五二极管D5整流后会在第一电解电容C1上形成上正下负的直流电压。当输入单元10输出的交流电压为上负下正时，第一开关管Q3导通，输入单元10输出的电流经升压电感 L2、第二二极管D2、第一开关管Q3、第三二极管D3、输入单元10形成回路，升压电感L2储存能量；当第一开关管Q3关断时，升压电感L2释放的能量经续流管第二二极管D2、第六二极管D6、第二电解电容C2、输入单元10再回到升压电感L2，这样升压电感L2将产生的感应电压经第二二极管D2、第六二极管D6整流后会在第二电解电容C2上形成上正下负的直流电压。由于第一电解电容C1和第二电解电容C2串联，所以在第一电解电容C1的正极形成的电压是相对于第一电解电容C1和第二电解电容C2的中间点为正的电压，在第二电解电容C2的负极形成的电压是相对于第一电解电容C1和第二电解电容C2的中间点为负的电压。通过调整第一开关管Q3栅极的PWM信号的占空比来调整其导通时间，使得电压转换电路输出的交流电与输入侧的电流、电压相位一致来提高PF值。基于上述结构，本实用新型不仅提高了电压转换电路的PF值，还提高了输出电压质量，使得电压转换过程更加安全可靠。同时本实用新型电压转换电路的结构简单，所涉及的单元模块较少，不仅降低了产品的故障率，而且节省了产品体积，降低了产品成本。

关于输入部分，所述输入单元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的后端作为输入单元10的输出端。

作为一种优选方式，请参照图3，本实施例还包括有一控制单元60，所述第一开关管Q3的栅极连接于控制单元60，所述控制单元60用于向第一开关管 Q3的栅极加载PWM脉冲信号。进一步地，所述控制单元60包括有单片机U1 及其外围电路。

关于逆变部分，所述半桥逆变单元30包括有第二开关管Q1、第三开关管 Q2、第三电解电容C3和第四电解电容C4，所述第二开关管Q1的漏极和第三电解电容C3的正极均连接于PFC升压单元20的输出端正极，所述第二开关管 Q1的源极连接于第三开关管Q2的漏极，所述第三开关管Q2的源极和第四电解电容C4的负极均连接于PFC升压单元20的输出端负极，所述第二开关管Q1 的栅极和第三开关管Q2的栅极分别用于接入PWM控制信号，以令所述第二开关管Q1和第三开关管Q2交替导通，所述第三电解电容C3的负极和第四电解电容C4的正极均连接于共地端，且该第四电解电容C4的正极作为半桥逆变单元30的第一输出端，所述第二开关管Q1的源极作为半桥逆变单元30的第二输出端。

上述半桥逆变单元30由第二开关管Q1、第三开关管Q2、第三电解电容C3、第四电解电容C4组成，经过第一电解电容C1、第二电解电容C2滤波电路滤成有正负直流电压，经第二开关管Q1、负载、第三电解电容C3形成回路给负载供电形成第一个半周期修正波电平；第二个半周期修正弦电平通过第三开关管 Q2、负载、第四电解电容C4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。控制芯片输出的PWM信号经驱动电路后分别送出PWM2H、 PWM2L给第二开关管Q1、第三开关管Q2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。同时第三电解电容C3、第四电解电容C4还有滤波的作用.本逆变电路控制简单，电路只用两个MOS管，成本低廉。

本实施例中，为了便于对逆变电路中电信号进行采集，所述第三开关管Q2 的源极串接有限流电阻(R3、R4、R5)，所述第三开关管Q2的源极连接于控制单元60，以令所述控制单元60采集第三开关管Q2源极的电信号。

进一步地，该半桥逆变单元30还包括有第二保险F1，所述第二保险F1串接于半桥逆变单元30的第一输出端。

本实施例中，还包括有一电压采样单元40，所述电压采样单元40包括有依次串联的第一采样电阻13和第二采样电阻R15，所述第一采样电阻13的前端连接于第二开关管Q1的漏极，所述第二采样电阻R15的后端连接于控制单元60，以令所述控制单元60采集第二开关管Q1漏极的电信号。

为了便于对交流侧电信号进行检测，请参照图2，本实施例还包括有一交流采样单元50，所述交流采样单元50连接于输入单元10的输入端与控制单元60 之间，所述交流采样单元50用于采集输入单元10交流侧的电压并反馈至控制单元60。

进一步地，所述交流采样单元50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的输出端连接于控制单元60。其中，第一开关管Q3是根据控制单元采到的输入交流正弦波变化来加大或减少第一开关管Q3的导通时间，以使电流与电压相位变一致来提高PF值。

本实用新型公开的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其具有高 PF值、电网与输出端隔离，安全性非常高。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，此外本实用新型含有电压与电流采样电路，能防浪涌电压与电流，并且控制简单，特别是逆变部分只用两个开关管，具有成本较低等优势。

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的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，包括有：

一输入单元，用于接入电网交流电；

一PFC升压单元，包括有升压电感、第一开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电解电容和第二电解电容，所述升压电感的前端连接于输入单元的第一输出端，所述升压电感的后端连接于第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，所述第一开关管的漏极和第三二极管的阴极均连接于第一二极管的阴极，所述第一开关管的源极和第四二极管的阳极均连接于第二二极管的阳极，所述第一开关管的栅极用于接入PWM脉冲信号，所述第五二极管的阳极连接于第三二极管的阴极，所述第五二极管的阴极连接于第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极连接于第二电解电容的正极，所述第六二极管的阴极连接于第四二极管的阳极，所述第六二极管的阳极连接于第二电解电容负极，所述第四二极管的阴极、第二电解电容的正极和输入单元的第二输出端相连接且该连接点作为共地端，所述第一电解电容的正极作为PFC升压单元的输出端正极，所述第二电解电容的负极作为PFC升压单元的输出端负极；

一半桥逆变单元，连接于PFC升压单元的输出端，所述半桥逆变单元用于对PFC升压单元的输出电压进行逆变转换。

2.如权利要求1所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，所述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输入单元的输出端。

3.如权利要求1所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，还包括有一控制单元，所述第一开关管的栅极连接于控制单元，所述控制单元用于向第一开关管的栅极加载PWM脉冲信号。

4.如权利要求3所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，所述控制单元包括有单片机及其外围电路。

5.如权利要求3所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，所述半桥逆变单元包括有第二开关管、第三开关管、第三电解电容和第四电解电容，所述第二开关管的漏极和第三电解电容的正极均连接于PFC升压单元的输出端正极，所述第二开关管的源极连接于第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极和第四电解电容的负极均连接于PFC升压单元的输出端负极，所述第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别用于接入PWM控制信号，以令所述第二开关管和第三开关管交替导通，所述第三电解电容的负极和第四电解电容的正极均连接于共地端，且该第四电解电容的正极作为半桥逆变单元的第一输出端，所述第二开关管的源极作为半桥逆变单元的第二输出端。

6.如权利要求5所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，所述第三开关管的源极串接有限流电阻，所述第三开关管的源极连接于控制单元，以令所述控制单元采集第三开关管源极的电信号。

7.如权利要求5所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，还包括有第二保险，所述第二保险串接于半桥逆变单元的第一输出端。

8.如权利要求5所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，其特征在于，还包括有一电压采样单元，所述电压采样单元包括有依次串联的第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻的前端连接于第二开关管的漏极，所述第二采样电阻的后端连接于控制单元，以令所述控制单元采集第二开关管漏极的电信号。

9.如权利要求3所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，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控制单元。

10.如权利要求9所述的基于PFC的智能型半桥修正波电压转换电路，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控制单元。