本實用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換電路，尤其涉及一種基于PFC正激半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，由AC轉(zhuǎn)AC的智能升降壓轉(zhuǎn)換裝置又被稱為旅行插排，該裝置中，正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路是其關(guān)鍵電路，是一種能實現(xiàn)AC-AC變換的電路，可以在AC-AC變換中實現(xiàn)升降壓并穩(wěn)定電壓與頻率的功能。然而目前的AC-AC便雋式設(shè)備市場大多數(shù)為非隔離型的拓?fù)潆娐?，且PF值低、輸出電壓質(zhì)量低、安全可靠性差。實際應(yīng)用中，由于電壓轉(zhuǎn)換過程中存在開關(guān)管的高速切換，使得電路的輸出側(cè)會存在一定的高頻脈沖信號，進(jìn)而影響輸出電壓的質(zhì)量，因而難以滿足轉(zhuǎn)換要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可提高電壓轉(zhuǎn)換裝置的PF值、可提高輸出電壓質(zhì)量，并且能夠濾除輸出側(cè)的高頻脈沖，進(jìn)而為負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)工頻正弦交流電的基于PFC正激半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案。

一種基于PFC正激半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其包括有：一輸入整流濾波單元，其輸入端連接電網(wǎng)，用于對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流和濾波；一PFC升壓單元，連接于輸入整流濾波單元的輸出端，用于對輸入整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換；一隔離型雙管正激變換器，包括有第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、變壓器和濾波電感，所述第一開關(guān)管的漏極連接于PFC升壓單元的輸出端，所述第一開關(guān)管的源極連接于變壓器初級繞組的第一端，所述變壓器初級繞組的第二端連接第二開關(guān)管的漏極，所述第二開關(guān)管的源極連接前端地，所述第一二極管的陰極連接于第一開關(guān)管的漏極，所述第一二極管的陽極連接于變壓器初級繞組的第二端，所述第二二極管的陰極連接于變壓器初級繞組的第一端，所述第二二極管的陽極連接于第二開關(guān)管的源極，所述第一開關(guān)管的柵極和第二開關(guān)管的柵極用于接入相同的PWM信號，所述變壓器次級繞組的中間抽頭連接于后端地，所述變壓器次級繞組的第一端連接于第三二極管的陽極，所述第三二極管的陰極連接于濾波電感的前端，所述濾波電感的后端作為隔離型雙管正激變換器的輸出端正極，所述變壓器次級繞組的第二端連接于第四二極管的陰極，所述第四二極管的陽極作為隔離型雙管正激變換器的輸出端負(fù)極；一逆變倒相單元，包括有第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第三電解電容、第四電解電容和第一濾波電感，所述第四開關(guān)管的漏極連接于隔離型雙管正激變換器的輸出端正極，所述第四開關(guān)管的源極連接于第五開關(guān)管的漏極，所述第五開關(guān)管的源極連接于隔離型雙管正激變換器的輸出端負(fù)極，所述第四開關(guān)管的柵極和第五開關(guān)管的柵極分別用于接入兩路相位相反的PWM脈沖信號，所述第四開關(guān)管的源極還連接于第一濾波電感的前端，所述第三電解電容的正極連接于第四開關(guān)管的漏極，所述第三電解電容的負(fù)極連接后端地，所述第三電解電容的負(fù)極還連接于第四電解電容的正極，所述第四電解電容的負(fù)極連接于第五開關(guān)管的源極，所述第一濾波電感的后端和第三電解電容的負(fù)極作為逆變倒相單元的輸出端。

優(yōu)選地，所述第四開關(guān)管的柵極和源極之間連接有第一電阻，所述第五開關(guān)管的柵極和源極之間連接有第二電阻。

優(yōu)選地，所述輸入整流濾波單元包括有插座、保險、防雷電阻、共模抑制電感、安規(guī)電容和整流橋，所述保險串接于插座的零線或火線上，所述共模抑制電感的前端并聯(lián)于插座，所述防雷電阻并聯(lián)于共模抑制電感的前端，所述安規(guī)電容和整流橋的輸入端均并聯(lián)于共模抑制電感的后端，所述整流橋的輸出端并聯(lián)有濾波電容。

優(yōu)選地，所述PFC升壓單元包括有升壓電感、第三開關(guān)管、第一整流二極管和第二電解電容，所述升壓電感的前端連接于輸入整流濾波單元的輸出端，所述升壓電感的后端連接于第三開關(guān)管的漏極，所述第三開關(guān)管的源極接前端地，所述第三開關(guān)管的柵極用于接入一路PWM控制信號，所述第三開關(guān)管的漏極連接第一整流二極管的陽極，所述第一整流二極管的陰極作為PFC升壓單元的輸出端，且該第一整流二極管的陰極連接第二電解電容的正極，第二電解電容的負(fù)極接前端地。

優(yōu)選地，還包括有一MCU控制單元，所述第一開關(guān)管的柵極、第二開關(guān)管的柵極和第三開關(guān)管的柵極分別連接于MCU控制單元，所述MCU控制單元用于分別輸出PWM信號至第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第三開關(guān)管，以控制第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第三開關(guān)管通斷狀態(tài)。

優(yōu)選地，還包括有一交流采樣單元，所述交流采樣單元連接于輸入整流濾波單元的輸入端與MCU控制單元之間，所述交流采樣單元用于采集輸入整流濾波單元交流側(cè)的電壓并反饋至MCU控制單元。

優(yōu)選地，所述交流采樣單元包括有運放，所述運放的兩個輸入端分別通過限流電阻而連接于輸入整流濾波單元的輸入端，所述運放的輸出端連接于MCU控制單元。

優(yōu)選地，所述第三開關(guān)管的源極與前端地之間連接有第一采樣電阻，所述第三開關(guān)管的源極連接于MCU控制單元，藉由所述第一采樣電阻而令MCU控制單元采集第三開關(guān)管源極的電信號。

優(yōu)選地，還包括有一DC電壓采樣單元，所述DC電壓采樣單元包括有依次串聯(lián)的第二采樣電阻和第三采樣電阻，所述第二采樣電阻的前端連接于濾波電感的后端，所述第三采樣電阻的后端連接于MCU控制單元，藉由所述第二采樣電阻和第三采樣電阻而令MCU控制單元采集濾波電感后端的電信號。

優(yōu)選地，所述MCU控制單元包括有單片機(jī)及其外圍電路。

本實用新型公開的基于PFC正激半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其不僅實現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，有效提高升壓/降壓轉(zhuǎn)換裝置的PF值，同時還提高了輸出電壓質(zhì)量，使得電壓轉(zhuǎn)換過程更加安全可靠。在此基礎(chǔ)上，本實用新型在逆變倒相單元的輸出端設(shè)置了第一濾波電感，利用第一濾波電感可濾除所述交流電的高頻脈沖，使得負(fù)載能夠獲得優(yōu)質(zhì)的工頻正弦交流電，進(jìn)而提高輸出電壓質(zhì)量，以滿足供電需求。

附圖說明

圖1為輸入整流濾波單元和PFC升壓單元的電路原理圖。

圖2為隔離型雙管正激變換器和DC電壓采樣單元的電路原理圖。

圖3為逆變倒相單元的電路原理圖。

圖4為交流采樣單元的電路原理圖。

圖5為MCU控制單元的電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作更加詳細(xì)的描述。

本實用新型公開了一種基于PFC正激半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，結(jié)合圖1至圖5所示，其包括有：

一輸入整流濾波單元10，其輸入端連接電網(wǎng)，用于對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流和濾波；

一PFC升壓單元20，連接于輸入整流濾波單元10的輸出端，用于對輸入整流濾波單元10的輸出電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換；

一隔離型雙管正激變換器30，包括有第一開關(guān)管Q6、第二開關(guān)管Q7、第一二極管D3、第二二極管D2、第三二極管D5、第四二極管D8、變壓器T1和濾波電感L3，所述第一開關(guān)管Q6的漏極連接于PFC升壓單元20的輸出端，所述第一開關(guān)管Q6的源極連接于變壓器T1初級繞組的第一端，所述變壓器T1初級繞組的第二端連接第二開關(guān)管Q7的漏極，所述第二開關(guān)管Q7的源極連接前端地，所述第一二極管D3的陰極連接于第一開關(guān)管Q6的漏極，所述第一二極管D3的陽極連接于變壓器T1初級繞組的第二端，所述第二二極管D2的陰極連接于變壓器T1初級繞組的第一端，所述第二二極管D2的陽極連接于第二開關(guān)管Q7的源極，所述第一開關(guān)管Q6的柵極和第二開關(guān)管Q7的柵極用于接入相同的PWM信號，所述變壓器T1次級繞組的中間抽頭連接于后端地，所述變壓器T1次級繞組的第一端連接于第三二極管D5的陽極，所述第三二極管D5的陰極連接于濾波電感L3的前端，所述濾波電感L3的后端作為隔離型雙管正激變換器30的輸出端正極，所述變壓器T1次級繞組的第二端連接于第四二極管D8的陰極，所述第四二極管D8的陽極作為隔離型雙管正激變換器30的輸出端負(fù)極；

一逆變倒相單元60，包括有第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4、第三電解電容C3、第四電解電容C4和第一濾波電感L4，所述第四開關(guān)管Q2的漏極連接于隔離型雙管正激變換器30的輸出端正極，所述第四開關(guān)管Q2的源極連接于第五開關(guān)管Q4的漏極，所述第五開關(guān)管Q4的源極連接于隔離型雙管正激變換器30的輸出端負(fù)極，所述第四開關(guān)管Q2的柵極和第五開關(guān)管Q4的柵極分別用于接入兩路相位相反的PWM脈沖信號，所述第四開關(guān)管Q2的源極還連接于第一濾波電感L4的前端，所述第三電解電容C3的正極連接于第四開關(guān)管Q2的漏極，所述第三電解電容C3的負(fù)極連接后端地，所述第三電解電容C3的負(fù)極還連接于第四電解電容C4的正極，所述第四電解電容C4的負(fù)極連接于第五開關(guān)管Q4的源極，所述第一濾波電感L4的后端和第三電解電容C3的負(fù)極作為逆變倒相單元60的輸出端。

上述正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路中，利用輸入整流濾波單元10對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流和濾波后輸出脈動直流電壓，之后利用PFC升壓單元20對脈動直流電壓進(jìn)行升壓處理，在隔離型雙管正激變換器30中，第一開關(guān)管Q6的柵極和第二開關(guān)管Q7的柵極用于接入相同的PWM信號，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Q6與第二開關(guān)管Q7同時導(dǎo)通，變壓器T1的初級線圈經(jīng)過磁芯藕合至次級兩個線圈，次級兩個線圈中的一個同名端與另一個線圈的異端連在一起，通過第三二極管D5、第四二極管D8整流后形成正負(fù)母線電壓，送給濾波電感L3濾波成直流輸出給逆變倒相單元60；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Q6與第二開關(guān)管Q7關(guān)斷時，為了保持變壓器T1的初級線圈電流方向相同，此時第一二極管D3和第二二極管D2開始工作，并對磁芯進(jìn)行磁復(fù)位，通過改變變壓器T1初次級的匝比可以使次級電壓低于或高于初級輸入電壓，達(dá)到降壓或升壓目的。本實用新型不僅實現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，有效提高升壓/降壓轉(zhuǎn)換裝置的PF值，同時還提高了輸出電壓質(zhì)量，使得電壓轉(zhuǎn)換過程更加安全可靠。在此基礎(chǔ)上，本實用新型在逆變倒相單元60的輸出端設(shè)置了第一濾波電感L4，利用第一濾波電感L4可濾除逆變倒相單元輸出信號中的高頻脈沖，使得負(fù)載能夠獲得優(yōu)質(zhì)的工頻正弦交流電，進(jìn)而提高輸出電壓質(zhì)量，以滿足供電需求。

進(jìn)一步地，請參照圖3，逆變倒相單元60的工作原理為：當(dāng)?shù)谒拈_關(guān)管Q2導(dǎo)通時，第四開關(guān)管Q2、負(fù)載、第四電解電容C4形成回路，產(chǎn)生第一個高頻脈沖電平給負(fù)載，當(dāng)?shù)谒拈_關(guān)管Q2關(guān)閉時，通過第四電解電容C4、第五開關(guān)管Q4、第一濾波電感L4形成續(xù)流回路；當(dāng)?shù)谖彘_關(guān)管Q4導(dǎo)通時通過第五開關(guān)管Q4、負(fù)載、第三電解電容C3形成回路，在負(fù)載上就形成了第二個高頻脈沖電平，當(dāng)?shù)谖彘_關(guān)管Q4關(guān)斷時，第四開關(guān)管Q2的體二極管、第三電解電容C3、負(fù)載、第一濾波電感L4形成續(xù)流回路。第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4的高頻驅(qū)動PWM信號是經(jīng)工頻正弦調(diào)制變化后再送給第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4的GATE極。由于第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4是正弦調(diào)制后的驅(qū)動信號，所以經(jīng)第一濾波電感L4濾除逆變后的高頻脈沖電平只留下工頻正弦交流電壓，給負(fù)載供電。同時第三電解電容C3、第四電解電容C4還有濾波的作用，可以與濾波電感L3組成直流濾波電路。本逆變電路控制簡單，電路只用兩個MOS管，成本低廉。

本實施例中，為了提高開關(guān)速度，所述第四開關(guān)管Q2的柵極和源極之間連接有第一電阻R17，所述第五開關(guān)管Q4的柵極和源極之間連接有第二電阻R23。

關(guān)于輸入部分，所述輸入整流濾波單元10包括有插座、保險F2、防雷電阻RV1、共模抑制電感L1、安規(guī)電容CX1和整流橋DB1，所述保險F2串接于插座的零線或火線上，所述共模抑制電感L1的前端并聯(lián)于插座，所述防雷電阻RV1并聯(lián)于共模抑制電感L1的前端，所述安規(guī)電容CX1和整流橋DB1的輸入端均并聯(lián)于共模抑制電感L1的后端，所述整流橋DB1的輸出端并聯(lián)有濾波電容C1。

本實施例中，請參照圖1，所述PFC升壓單元20包括有升壓電感L2、第三開關(guān)管Q5、第一整流二極管D1和第二電解電容C2，所述升壓電感L2的前端連接于輸入整流濾波單元10的輸出端，所述升壓電感L2的后端連接于第三開關(guān)管Q5的漏極，所述第三開關(guān)管Q5的源極接前端地，所述第三開關(guān)管Q5的柵極用于接入一路PWM控制信號，所述第三開關(guān)管Q5的漏極連接第一整流二極管D1的陽極，所述第一整流二極管D1的陰極作為PFC升壓單元20的輸出端，且該第一整流二極管D1的陰極連接第二電解電容C2的正極，第二電解電容C2的負(fù)極接前端地。

上述PFC升壓單元20中，若濾波電容C1輸出半波交流電壓，PFC進(jìn)入升壓模式，以提高AC轉(zhuǎn)AC智能降壓轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐返腜F值，升壓后通過第二電解電容C2濾波后的電壓為400V，具體的升壓原理如下：第三開關(guān)管Q5導(dǎo)通時，濾波電容C1上的電流經(jīng)升壓電感L2、第三開關(guān)管Q5到GND形成回路，升壓電感L2儲存能量；當(dāng)?shù)谌_關(guān)管Q5關(guān)斷時，升壓電感上會形成比輸入電壓高得多的感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢經(jīng)續(xù)流管D1進(jìn)行整流后形成單向脈沖電壓再送給第二電解電容C2電容進(jìn)濾波，濾波成400V的直流電壓。并且第三開關(guān)管Q5是根據(jù)控制芯片采到的輸入交流正弦波變化來加大或減少第三開關(guān)管Q5的導(dǎo)通時間，以使電流與電壓相位變一致來提高PF值。

作為一種優(yōu)選方式，請參照圖5，本實施例還包括有一MCU控制單元80，所述第一開關(guān)管Q6的柵極、第二開關(guān)管Q7的柵極和第三開關(guān)管Q5的柵極分別連接于MCU控制單元80，所述MCU控制單元80用于分別輸出PWM信號至第一開關(guān)管Q6、第二開關(guān)管Q7和第三開關(guān)管Q5，以控制第一開關(guān)管Q6、第二開關(guān)管Q7和第三開關(guān)管Q5通斷狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述MCU控制單元80包括有單片機(jī)U1及其外圍電路。

為了便于監(jiān)測交流側(cè)的電信號，請參照圖4，還包括有一交流采樣單元70，所述交流采樣單元70連接于輸入整流濾波單元10的輸入端與MCU控制單元80之間，所述交流采樣單元70用于采集輸入整流濾波單元10交流側(cè)的電壓并反饋至MCU控制單元80。

進(jìn)一步地，所述交流采樣單元70包括有運放U9B，所述運放U9B的兩個輸入端分別通過限流電阻而連接于輸入整流濾波單元10的輸入端，所述運放U9B的輸出端連接于MCU控制單元80。

為了便于對電流進(jìn)行實時采集，所述第三開關(guān)管Q5的源極與前端地之間連接有第一采樣電阻R2A，所述第三開關(guān)管Q5的源極連接于MCU控制單元80，藉由所述第一采樣電阻R2A而令MCU控制單元80采集第三開關(guān)管Q5源極的電信號。

作為一種優(yōu)選方式，為了對直流側(cè)電信號進(jìn)行采集，請參照圖2，本實施例還包括有一DC電壓采樣單元40，所述DC電壓采樣單元40包括有依次串聯(lián)的第二采樣電阻R13和第三采樣電阻R15，所述第二采樣電阻R13的前端連接于濾波電感L3的后端，所述第三采樣電阻R15的后端連接于MCU控制單元80，藉由所述第二采樣電阻R13和第三采樣電阻R15而令MCU控制單元80采集濾波電感L3后端的電信號。

本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)而言，該電壓轉(zhuǎn)換電路具有高PF值、電網(wǎng)與輸出端隔離，安全性非常高。本實用新型在輸入全電壓范圍內(nèi)能夠能自動調(diào)節(jié)輸出電壓，并且固定輸出頻率，而輸出電壓是以純正弦波輸出，對交流電壓有自動整形功能。此外，本實用新型電路簡單、控制方便，其包含有電壓與電流采樣電路，能有效防浪涌電壓與電流。

以上所述只是本實用新型較佳的實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型所保護(hù)的范圍內(nèi)。