CN208337420U - 一种长寿命智能升压转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长寿命智能升压转换装置，其包括有一高频调制单元、一电感滤波单元及一逆变倒相单元，其中：所述高频调制单元包括有储能电感和第一开关管，所述储能电感的后端连接于第一开关管的漏极和续流二极管的正极，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PWM脉冲信号；所述电感滤波单元包括有滤波电感，所述滤波电感的前端连接于续流二极管的负极，所述滤波电感的后端连接于逆变倒相单元；所述逆变倒相单元用于将滤波电感后端输出的直流脉动电压逆变转换为正弦交流电压。本实用新型无需电解电容，可提高使用寿命、提高产品的PF值、并且能避免对电网造成干扰。

Description

一种长寿命智能升压转换装置

技术领域

本实用新型涉及电压转换器，尤其涉及一种无电解电容的长寿命智能升压转换装置。

背景技术

正弦波升压转换装置又被称为升压旅行排插，是一种正弦波AC/AC变换器，可以在AC/AC变换中实现升压并稳定电压与频率。目前AC/AC便隽式设备市场大多数为修正波输出，升压电路都先整成直流然后用铝电解电容滤波再BOOST升压，最后再进行逆变。但是这种升压转换装置输出的电压大多为修正波，对电器设备的伤害较大，而且内部大多用铝电解电容滤波，严重影响产品寿命，导致产品的安全可靠性降低。此外，现有的升压转换装置PF值太低，容易对电网产生干扰。

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，提供一种无需电解电容，可提高使用寿命、提高产品的PF值、并且能避免对电网造成干扰的长寿命智能升压转换装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种长寿命智能升压转换装置，其包括有一高频调制单元、一电感滤波单元及一逆变倒相单元，其中：所述高频调制单元包括有储能电感、第一开关管和续流二极管，所述储能电感的前端用于接入直流电，所述储能电感的后端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的漏极连接于续流二极管的阳极，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PWM 脉冲信号；所述电感滤波单元包括有滤波电感和滤波电容，所述滤波电感的前端连接于续流二极管的阴极，所述滤波电感的后端通过滤波电容接地，所述滤波电感的后端还连接于逆变倒相单元，当所述第一开关管导通时，所述第一开关管将储能电感的后端与地连通，所述储能电感开始储能，当所述第一开关管截至时，所述储能电感因自感作用而令其后端产生高于其前端的电压，所述储能电感的后端电压经过续流二极管整流，再经过滤波电感和滤波电容滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元；所述逆变倒相单元用于将滤波电感后端输出的直流脉动电压逆变转换为正弦交流电压。

优选地，还包括有：一交流输入单元，其用于接入市电交流电压；一整流滤波单元，其输入端连接交流输入单元的输出端，其输出端连接储能电感的前端，所述整流滤波单元用于将市电交流电压进行整流和滤波后，形成脉动直流电并加载于储能电感的前端。

优选地，所述第一开关管为N沟道MOS管。

优选地，还包括有一MCU控制单元，所述第一开关管的栅极和逆变倒相单元的控制端分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而输出PWM脉冲信号至第一开关管以及控制逆变倒相单元的转换频率。

优选地，还包括有一交流采样单元，所述交流采样单元的输入端连接于交流输入单元，所述交流采样单元的输出端连接于MCU控制单元，所述交流采样单元用于采集市电交流电压的电压值和相位并传输至MCU控制单元，所述MCU控制单元用于：根据交流采样单元采集的电压值判断市电交流电压是否低于预设值，若低于预设值，则向所述第一开关管的栅极输出 PWM脉冲信号，若未低于预设值，则令所述第一开关管保持截止；根据交流采样单元采集的市电交流电压的相位而控制逆变倒相单元的转换频率，以令逆变倒相单元输出与市电交流电压相位相同的正弦交流电压。

优选地，所述交流采样单元包括有运放和比较器，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于交流输入单元的火线和零线，所述运放的输出端连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元对运放输出的电压信号运算后得出市电交流电压的电压值。

优选地，所述运放的输出端还连接于比较器的反相端，所述比较器的同相端用于接入基准电压，所述比较器的输出端连接于MCU控制单元，所述 MCU控制单元根据比较器输出的电压信号而得出市电交流电压的相位。

优选地，还包括有一电流采样单元，所述电流采样单元包括有限流采样电阻，所述限流采样电阻串接于第一开关管的源极与地之间，所述第一开关管源极的电流传输至MCU控制单元。

优选地，所述逆变倒相单元包括由第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管组成的逆变桥，所述第三开关管的栅极、第四开关管的栅极、第五开关管的栅极和第六开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而控制第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管导通或截止，以令所述逆变倒相单元输出正弦交流电压。

本实用新型公开的长寿命智能升压转换装置中：储能电感的前端用于接入直流电，该直流电可以是将市电进行整流、滤波后的电压，也可以是由其他方式获得的脉动直流电，工作时，通过向第一开关管的栅极和接入PWM 脉冲信号，使得第一开关管持续通/断，当第一开关管导通时，该直流电依次经由储能电感和第一开关管向地传输，此时储能电感开始储能，当第一开关管截至时，储能电感因电压突变而产生自感，使得储能电感的后端产生高于其前端的电压，该电压由续流二极管整流、滤波电感滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元，在PWM脉冲信号的控制作用下，第一开关管重复开关，使得储能电感每次产生的高脉动直流电均传输至逆变倒相单元，该过程中，通过调整PWM脉冲信号的占空比，可以调整第一开关管的导通时间，进而控制储能电感所存储的电能，其中，储能电感的储能越多，则储能电感自感时输出的电压越高，进而实现了正弦波智能升压转换。基于上述原理可见，本实用新型无需电解电容即能实现升压转换，不仅提高了使用寿命、提高了产品的PF值，并能够避免对电网造成干扰。

附图说明

图1为长寿命智能升压转换装置的电路原理图。

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长寿命智能升压转换装置，结合图1至图3所示，其包括有一高频调制单元30、一电感滤波单元40及一逆变倒相单元50，其中：

所述高频调制单元30包括有储能电感L2、第一开关管Q7和续流二极管D24，所述储能电感L2的前端用于接入直流电，所述储能电感L2的后端连接于第一开关管Q7的漏极，所述第一开关管Q7的漏极连接于续流二极管 D24的阳极，所述第一开关管Q7的源极接地，所述第一开关管Q7的栅极用于接入PWM脉冲信号；

所述电感滤波单元40包括有滤波电感L3和滤波电容C2，所述滤波电感L3的前端连接于续流二极管D24的阴极，所述滤波电感的后端通过滤波电容C2接地，所述滤波电感L3的后端还连接于逆变倒相单元50，当所述第一开关管Q7导通时，所述第一开关管Q7将储能电感L2的后端与地连通，所述储能电感L2开始储能，当所述第一开关管Q7截至时，所述储能电感 L2因自感作用而令其后端产生高于其前端的电压，所述储能电感L2的后端电压经过续流二极管D24整流，再经过滤波电感L3和滤波电容C2滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元50；

所述逆变倒相单元50用于将滤波电感L3后端输出的直流脉动电压逆变转换为正弦交流电压。

上述长寿命智能升压转换装置的工作原理为：储能电感L2的前端用于接入脉动直流电，该直流电可以是将市电进行整流、滤波后的电压，也可以是由其他方式获得的脉动直流电，工作时，通过向第一开关管Q7的栅极和接入PWM脉冲信号，使得第一开关管Q7持续通/断，当第一开关管Q7导通时，该直流电依次经由储能电感L2和第一开关管Q7向地传输，此时储能电感L2开始储能，当第一开关管Q7截至时，储能电感L2因电压突变而产生自感，使得储能电感L2的后端产生高于其前端的电压，该电压由续流二极管D24整流后，滤波电感L3滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元50，在 PWM脉冲信号的控制作用下，第一开关管Q7重复开关，使得储能电感L2 每次产生的高脉动直流电均传输至逆变倒相单元50，该过程中，通过调整 PWM脉冲信号的占空比，可以调整第一开关管Q7的导通时间，进而控制储能电感L2所存储的电能，其中，储能电感L2的储能越多，则储能电感L2 自感时输出的电压越高，进而实现了正弦波智能升压转换。基于上述原理可见，本实用新型无需电解电容即能实现升压转换，不仅提高了使用寿命、提高了产品的PF值，并能够避免对电网造成干扰。

本实施例中，直流电优选是将市电进行整流、滤波后的电压，所以该长寿命智能升压转换装置还包括有：

一交流输入单元10，其用于接入市电交流电压；

一整流滤波单元20，其输入端连接交流输入单元10的输出端，其输出端连接储能电感L2的前端，所述整流滤波单元20用于将市电交流电压进行整流和滤波后，形成脉动直流电并加载于储能电感L2的前端。

本实施例中，请参照图1，利用整流滤波单元20的整流作用，使得高频调制单元30的输入侧接入了半波的脉动直流电，该半波脉动直流电经过高频调制单元30和电感滤波单元40处理后，输送至逆变倒相单元50的依然是半波的脉动直流电，逆变倒相单元50只需将相邻两个半波中的一个半波倒相处理后，即可形成正弦波交流电。本实用新型相比现有技术中，先利用电解电容滤成平滑直流电，再将平滑直流电逆变为交流电的方式而言，本实用新型仅需进行倒相处理即能获得交流电，因而大大提高了转换效率。

关于器件选型，所述第一开关管Q7为N沟道MOS管。

为了更好地实现智能控制，结合图1至图3所示，本实施例还包括有一 MCU控制单元80，所述第一开关管Q7的栅极和逆变倒相单元50的控制端分别连接于MCU控制单元80，藉由所述MCU控制单元80而输出PWM脉冲信号至第一开关管Q7以及控制逆变倒相单元50的转换频率。进一步地，该MCU控制单元80包括有单片机U1及其外围电路。

在实际应用中，对于旅行插排而言，仅当应用于较低市电电压的环境下，才需要进行升压转换，因此，需要对市电交流电压进行采样和判断，为了便于采样市电电压，本实施例还还包括有一交流采样单元70，所述交流采样单元70的输入端连接于交流输入单元10，所述交流采样单元70的输出端连接于MCU控制单元80，所述交流采样单元70用于采集市电交流电压的电压值和相位并传输至MCU控制单元80，所述MCU控制单元80用于：

根据交流采样单元70采集的电压值判断市电交流电压是否低于预设值，若低于预设值，则向所述第一开关管Q7的栅极输出PWM脉冲信号，若未低于预设值，则令所述第一开关管Q7保持截止；

根据交流采样单元70采集的市电交流电压的相位而控制逆变倒相单元 50的转换频率，以令逆变倒相单元50输出与市电交流电压相位相同的正弦交流电压。

关于交流采样单元70的具体组成，所述交流采样单元70包括有运放 U9B和比较器U9A，所述运放U9B的两个输入端分别通过限流电阻而连接于交流输入单元10的火线和零线，所述运放U9B的输出端连接于MCU控制单元80，所述MCU控制单元80对运放U9B输出的电压信号运算后得出市电交流电压的电压值。所述运放U9B的输出端还连接于比较器U9A的反相端，所述比较器U9A的同相端用于接入基准电压，所述比较器U9A的输出端连接于MCU控制单元80，所述MCU控制单元80根据比较器U9A输出的电压信号而得出市电交流电压的相位。

上述交流采样单元70中，在对市电交流电压进行电压采样的同时，还进行相位采用，基于该相位的变化，MCU控制单元80可以相应控制逆变倒相单元50的转换频率，使得逆变倒相单元50输出的电压与市电交流电压相位相同，进而达到较高的PF值，以降低对电网的干扰。

为了实现输出采样，本实施例还包括有一电流采样单元90，所述电流采样单元90包括有限流采样电阻R2A，所述限流采样电阻R2A串接于第一开关管Q7的源极与地之间，所述第一开关管Q7源极的电流传输至MCU控制单元80。此外，本实施例还包括有一电压采样单元60，所述电压采样单元 60用于采集滤波电感L3后端的电压并传输至MCU控制单元80。

作为一种优选方式，储能电感L2后端产生的电压由续流二极管D24整流、滤波电感L3滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元50。该续流二极管D24 的作用是，当第一开关管Q7关断时，续流二极管D24将储能电感L2后端产生的自感电压向滤波电感L3和逆变桥供电，在第一开关管Q7导通的瞬间，为防止滤波电感L3产生反向电流，利用续流二极管D24阻断该反向电流，从而达到整流的作用。

关于逆变倒相单元50的组成，所述逆变倒相单元50包括由第三开关管 Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3和第六开关管Q4组成的逆变桥，所述第三开关管Q1的栅极、第四开关管Q2的栅极、第五开关管Q3的栅极和第六开关管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而控制第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3和第六开关管 Q4导通或截止，以令所述逆变倒相单元50输出正弦交流电压。

将上述各单元整合后构成本实用新型的优选实施例，结合图1至图3所示，该实施例整体的工作原理为：

电网电压通过交流插座、保险F2、防雷电阻RV1、共模抑制电感L1与 CX1组输入滤波电路。D3、C1、组成整流滤波电路，将输入交流电压经D3 整流变成半波交流电压，由于C1容量较小，通过C1滤波后输出仍然为半波脉动电压给高频调制单元。控制芯片U1通过R126、R127、R128、R38、R129、 R130、R131、R45、C39、R39、R47、C41、U9、R44、D15组成的交流输入电压采样，及R46、C40、R33、R34、D1、R31、R32组成的交流输入相位采样电路，用来判定高频调制电路的工作状态；如果输入电压低于 AC230V，将启动高频调制电路，如果输入电压等于或大于AC230V将关闭高频调制电路。

在升压的关键部分，高频调制电路由升压电感L2、开关MOS管Q7和续流二极管D24组成。如果输入电网电压低于230V，控制芯片U1输出高频控制信号PWM1经驱动电路D4、R8、R22送给Q7的GATE，D3整流后的半波脉动电压被Q7以PFC升压方式进行升压，具体的升压原理是：Q7导通时，C1上的电流经升压电感L2、Q7到GND形成回路，升压电感L2储存能量；当Q7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，感应电动势经整流管D24进行整流后形成单向半波脉动电压再送给高频滤波电路滤波。并且Q7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。当输入电网电压等于或大于230V电压时控制芯片U1将高频调制电路关闭，Q7不工作；整流滤波后的电压直接经L2、 D24流出。

高频滤波电路由L3、C2组成，经过Q7调制后的高频电压与电流经过 L3、C2滤波后变成交流半波，若Q7不工作则滤波电路不起作用，D3整流后的半波脉动电压直通。L3滤波后的电压由R13、R15组成的电压采样电路送到U1控制芯片，由U1来确定Q7的PWM的占空比。即高频调制电路、电流采样、滤波电路与电压采样电路形成闭环，来调节Q7的占空比达到滤波后的输出电压的稳定。

本实施例设置了电流采样单元：R2A与控制芯片U1组成电流检测电路，当Q7发生过流时将启动U1内部的过流保护动作。

逆变倒相电路由Q1、Q2、Q3、Q4组成，当经过L3滤波电感的第一个输出半波交流电压经Q1与Q4送给负载；当经过L3滤波电感的第二个输出半波交流电压经Q2与Q3送给负载，这样在负载上就形成了一个完整的工频交流电压。控制芯片U1输出的PWM信号经驱动电路后分别送出PWM1H、 PWM2H、PWM1L、PWM2L给Q1、Q2、Q3、Q4的GATE极。逆变倒相电路的相位是按照输入采样电路采到的相位来锁定逆变倒相电路，即逆变倒相电路的频率和相位将与输电压的频率与相位一致。

本实用新型公开的长寿命智能升压转换装置，在输入全电压范围内能够能自动调节输出电压，输出电压是以纯正弦模式输出，对负载设损害较小，兼容强；同时，本实用新型没有使用铝电解电容滤波，使用的是长寿命的CBB 电容，所以产品的寿命更长，此外，输出电压会跟随交流电网变化，使得本实用新型具有高PF值，对电网干扰较小。

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 (9)

1.一种长寿命智能升压转换装置，其特征在于，包括有一高频调制单元、一电感滤波单元及一逆变倒相单元，其中：

所述高频调制单元包括有储能电感、第一开关管和续流二极管，所述储能电感的前端用于接入直流电，所述储能电感的后端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的漏极连接于续流二极管的阳极，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PWM脉冲信号；

所述电感滤波单元包括有滤波电感和滤波电容，所述滤波电感的前端连接于续流二极管的阴极，所述滤波电感的后端通过滤波电容接地，所述滤波电感的后端还连接于逆变倒相单元，当所述第一开关管导通时，所述第一开关管将储能电感的后端与地连通，所述储能电感开始储能，当所述第一开关管截至时，所述储能电感因自感作用而令其后端产生高于其前端的电压，所述储能电感的后端电压经过续流二极管整流，再经过滤波电感和滤波电容滤除高频串扰后传输至逆变倒相单元；

所述逆变倒相单元用于将滤波电感后端输出的直流脉动电压逆变转换为正弦交流电压。

2.如权利要求1所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，还包括有：

一交流输入单元，其用于接入市电交流电压；

一整流滤波单元，其输入端连接交流输入单元的输出端，其输出端连接储能电感的前端，所述整流滤波单元用于将市电交流电压进行整流和滤波后，形成脉动直流电并加载于储能电感的前端。

3.如权利要求1所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，所述第一开关管为N沟道MOS管。

4.如权利要求2所述的长寿命智能升压转换装置，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逆变倒相单元的控制端分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而输出PWM脉冲信号至第一开关管以及控制逆变倒相单元的转换频率。

5.如权利要求4所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，还包括有一交流采样单元，所述交流采样单元的输入端连接于交流输入单元，所述交流采样单元的输出端连接于MCU控制单元，所述交流采样单元用于采集市电交流电压的电压值和相位并传输至MCU控制单元，所述MCU控制单元用于：

根据交流采样单元采集的电压值判断市电交流电压是否低于预设值，若低于预设值，则向所述第一开关管的栅极输出PWM脉冲信号，若未低于预设值，则令所述第一开关管保持截止；

根据交流采样单元采集的市电交流电压的相位而控制逆变倒相单元的转换频率，以令逆变倒相单元输出与市电交流电压相位相同的正弦交流电压。

6.如权利要求5所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，所述交流采样单元包括有运放和比较器，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于交流输入单元的火线和零线，所述运放的输出端连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元对运放输出的电压信号运算后得出市电交流电压的电压值。

7.如权利要求6所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，所述运放的输出端还连接于比较器的反相端，所述比较器的同相端用于接入基准电压，所述比较器的输出端连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元根据比较器输出的电压信号而得出市电交流电压的相位。

8.如权利要求4所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，还包括有一电流采样单元，所述电流采样单元包括有限流采样电阻，所述限流采样电阻串接于第一开关管的源极与地之间，所述第一开关管源极的电流传输至MCU控制单元。

9.如权利要求5所述的长寿命智能升压转换装置，其特征在于，所述逆变倒相单元包括由第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管组成的逆变桥，所述第三开关管的栅极、第四开关管的栅极、第五开关管的栅极和第六开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而控制第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管导通或截止，以令所述逆变倒相单元输出正弦交流电压。