基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路的製作方法

2023-05-27 06:02:01

本實用新型涉及電壓轉換電路，尤其涉及一種基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路。

背景技術：

現有技術中，由AC轉AC的智能升降壓轉換裝置又被稱為旅行插排，該裝置中，PFC、LLC和全橋修正波電壓轉換電路拓撲是其關鍵電路，是一種能實現AC-AC變換的電路，可以在AC-AC變換中實現升降壓並穩定電壓與頻率的功能。然而目前的AC-AC便雋式設備市場大多數為非隔離型的拓撲電路，且PF值低、輸出電壓質量低、安全可靠性差。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路，用以提高電壓轉換裝置的PF值、提高輸出電壓質量，以及取得安全可靠等效果。

為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案。

一種基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路，其包括有：一輸入整流單元，其輸入端連接電網，用於對電網電壓進行整流；一濾波單元，連接於輸入整流單元的輸出端，用於對輸入整流單元輸出的電壓進行濾波；一PFC升壓單元，連接於濾波單元的輸出端，用於對濾波單元輸出的電壓進行升壓轉換；一LLC隔離變換器單元，包括有第一開關管、第二開關管、第一續流二極體、第二續流二極體、變壓器、諧振電容和放電電阻，所述第一開關管的漏極連接於PFC升壓單元的輸出端，所述第一開關管的源極連接於變壓器的第一端，所述變壓器的第二端通過諧振電容連接前端地，所述第二開關管的漏極連接於第一開關管的源極，所述第二開關管的源極通過放電電阻連接前端地，所述第一開關管的柵極和第二開關管的柵極用於加載兩路相位相反的PWM脈衝信號，以令所述第一開關管和第二開關管交替導通，所述變壓器副邊繞組的第一端連接於第一續流二極體的陽極，所述變壓器副邊繞組的第二端連接於第二續流二極體的陽極，所述第一續流二極體的陰極和第二續流二極體的陰極均連接後端地，所述變壓器副邊繞組的中間抽頭作為LLC隔離變換器單元的輸出端；一DC電壓濾波單元，包括有第一電解電容，所述第一電解電容的正極連接於LLC隔離變換器單元的輸出端，所述第一電解電容的負極連接後端地；一逆變倒相單元，連接於LLC隔離變換器單元的輸出端，所述逆變倒相單元用於對LLC隔離變換器單元的輸出電壓進行逆變轉換後輸出交流電。

優選地，所述第一開關管的柵極與源極之間連接有第一下拉電阻。

優選地，所述第二開關管的柵極與源極之間連接有第二下拉電阻。

優選地，所述濾波單元包括有濾波電容，所述濾波電容連接於輸入整流單元的輸出端與前端地之間。

優選地，所述PFC升壓單元包括有升壓電感、第三開關管、第一整流二極體和第二電解電容，所述升壓電感的前端連接於濾波單元的輸出端，所述升壓電感的後端連接於第三開關管的漏極，所述第三開關管的源極接前端地，所述第三開關管的柵極用於接入一路PWM控制信號，所述第三開關管的漏極連接第一整流二極體的陽極，所述第一整流二極體的陰極作為PFC升壓單元的輸出端，且該第一整流二極體的陰極連接第二電解電容的正極，第二電解電容的負極接前端地。

優選地，所述第三開關管的柵極與前端地之間連接有第三下拉電阻。

優選地，還包括有一MCU控制單元，所述第一開關管的柵極、第二開關管的柵極和第三開關管的柵極分別連接於MCU控制單元，所述MCU控制單元用於分別輸出PWM信號至第一開關管、第二開關管和第三開關管，以控制第一開關管、第二開關管和第三開關管通斷狀態。

優選地，還包括有一交流採樣單元，所述交流採樣單元連接於輸入整流單元的輸入端與MCU控制單元之間，所述交流採樣單元用於採集輸入整流單元交流側的電壓並反饋至MCU控制單元。

優選地，所述第三開關管的源極與前端地之間連接有第一採樣電阻，所述第三開關管的源極連接於MCU控制單元，藉由所述第一採樣電阻而令MCU控制單元採集第三開關管源極的電信號。

優選地，還包括有一DC電壓採樣單元，所述DC電壓採樣單元包括有依次串聯的第二採樣電阻和第三採樣電阻，所述第二採樣電阻的前端連接於LLC隔離變換器單元的輸出端，所述第三採樣電阻的後端連接於MCU控制單元，藉由所述第二採樣電阻和第三採樣電阻而令MCU控制單元採集LLC隔離變換器單元輸出端的電信號。

本實用新型公開的基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路中，利用輸入整流單元對電網電壓進行整流後，再經過濾波單元濾波而輸出脈動直流電壓，之後利用PFC升壓單元對脈動直流電壓進行升壓處理，在LLC隔離變換器單元中，第一開關管、第二開關管、諧振電容、放電電阻與變壓器原邊的漏感及原邊勵磁電感組成LLC諧振電路，並在LLC諧振電路的狀態轉換過程中將電能傳輸至變壓器的副邊線圈，通過第一續流二極體和第二續流二極體整流成單向脈動電平，通過改變變壓器原副邊繞組的匝數比，可以調整輸出電壓的高低，進而實現升壓或者降壓轉換。基於上述結構，本實用新型不僅實現了電壓的隔離傳輸，進而提高升壓/降壓轉換裝置的PF值，還提高了輸出電壓質量，使得電壓轉換過程更加安全可靠。

附圖說明

圖1為本實用新型全橋修正波電壓轉換電路的原理圖。

圖2為本實用新型優選實施例中交流採樣單元的電路原理圖。

圖3為本實用新型優選實施例中MCU控制單元的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作更加詳細的描述。

本實用新型公開了一種基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路，結合圖1至圖3所示，其包括有：

一輸入整流單元10，其輸入端連接電網，用於對電網電壓進行整流；

一濾波單元20，連接於輸入整流單元10的輸出端，用於對輸入整流單元10輸出的電壓進行濾波；

一PFC升壓單元30，連接於濾波單元20的輸出端，用於對濾波單元20輸出的電壓進行升壓轉換；

一LLC隔離變換器單元40，包括有第一開關管Q6、第二開關管Q7、第一續流二極體D6、第二續流二極體D5、變壓器T1、諧振電容C4和放電電阻R2B，所述第一開關管Q6的漏極連接於PFC升壓單元30的輸出端，所述第一開關管Q6的源極連接於變壓器T1的第一端，所述變壓器T1的第二端通過諧振電容C4連接前端地，所述第二開關管Q7的漏極連接於第一開關管Q6的源極，所述第二開關管Q7的源極通過放電電阻R2B連接前端地，所述第一開關管Q6的柵極和第二開關管Q7的柵極用於加載兩路相位相反的PWM脈衝信號，以令所述第一開關管Q6和第二開關管Q7交替導通，所述變壓器T1副邊繞組的第一端連接於第一續流二極體D6的陽極，所述變壓器T1副邊繞組的第二端連接於第二續流二極體D5的陽極，所述第一續流二極體D6的陰極和第二續流二極體D5的陰極均連接後端地，所述變壓器T1副邊繞組的中間抽頭作為LLC隔離變換器單元40的輸出端；

一DC電壓濾波單元50，包括有第一電解電容C3，所述第一電解電容C3的正極連接於LLC隔離變換器單元40的輸出端，所述第一電解電容C3的負極連接後端地；

一逆變倒相單元70，連接於LLC隔離變換器單元40的輸出端，所述逆變倒相單元70用於對LLC隔離變換器單元40的輸出電壓進行逆變轉換後輸出交流電。

上述全橋修正波電壓轉換電路中，利用輸入整流單元10對電網電壓進行整流後，再經過濾波單元20濾波而輸出脈動直流電壓，之後利用PFC升壓單元30對脈動直流電壓進行升壓處理，在LLC隔離變換器單元40中，第一開關管Q6、第二開關管Q7、諧振電容C4、放電電阻R2B與變壓器T1原邊的漏感及原邊勵磁電感組成LLC諧振電路，並在LLC諧振電路的狀態轉換過程中將電能傳輸至變壓器T1的副邊線圈，通過第一續流二極體D6和第二續流二極體D5整流成單向脈動電平，通過改變變壓器T1原副邊繞組的匝數比，可以調整輸出電壓的高低，進而實現升壓或者降壓轉換。基於上述結構，本實用新型不僅實現了電壓的隔離傳輸，進而提高升壓/降壓轉換裝置的PF值，還提高了輸出電壓質量，使得電壓轉換過程更加安全可靠。

本實施例中，為了提高第一開關管Q6和第二開關管Q7開關速度，所述第一開關管Q6的柵極與源極之間連接有第一下拉電阻R25。所述第二開關管Q7的柵極與源極之間連接有第二下拉電阻R26。

作為一種優選方式，所述濾波單元20包括有濾波電容C1，所述濾波電容C1連接於輸入整流單元10的輸出端與前端地之間。

進一步地，所述PFC升壓單元30包括有升壓電感L2、第三開關管Q5、第一整流二極體D1和第二電解電容C2，所述升壓電感L2的前端連接於濾波單元20的輸出端，所述升壓電感L2的後端連接於第三開關管Q5的漏極，所述第三開關管Q5的源極接前端地，所述第三開關管Q5的柵極用於接入一路PWM控制信號，所述第三開關管Q5的漏極連接第一整流二極體D1的陽極，所述第一整流二極體D1的陰極作為PFC升壓單元30的輸出端，且該第一整流二極體D1的陰極連接第二電解電容C2的正極，第二電解電容C2的負極接前端地。

上述PFC升壓單元30中，當監測到C1輸出半波交流電壓時，PFC進入升壓模式，以提高AC轉AC智能降壓轉換拓撲電路的PF值，升壓後通過C2濾波後的電壓為400V。具體的升壓原理如下：Q5導通時，C1上的電流經升壓電感L2、Q5到GND形成迴路，升壓電感L2儲存能量；當Q5關斷時，升壓電感上會形成比輸入電壓高得多的感應電動勢，感應電動勢經續流管D1進行整流後形成單向脈衝電壓再送給C2電容進濾波，濾波成400V的直流電壓。其中Q5是根據MCU控制單元80採到的輸入交流正弦波變化來加大或減少Q5的導通時間，使得電流與電壓相位達到一致來提高PF值。

本實施例中，為了提高第三開關管Q5的開關速度，所述第三開關管Q5的柵極與前端地之間連接有第三下拉電阻R22。

作為一種優選方式，本實施例還包括有一MCU控制單元80，所述第一開關管Q6的柵極、第二開關管Q7的柵極和第三開關管Q5的柵極分別連接於MCU控制單元80，所述MCU控制單元80用於分別輸出PWM信號至第一開關管Q6、第二開關管Q7和第三開關管Q5，以控制第一開關管Q6、第二開關管Q7和第三開關管Q5通斷狀態。進一步地，所述MCU控制單元80包括有單片機U1及其外圍電路。

為了便於監測交流側的電信號，本實施例還包括有一交流採樣單元90，所述交流採樣單元90連接於輸入整流單元10的輸入端與MCU控制單元80之間，所述交流採樣單元90用於採集輸入整流單元10交流側的電壓並反饋至MCU控制單元80。

關於該交流採樣單元90的具體組成，所述交流採樣單元90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於輸入整流單元10的輸入端，所述運放U9B的輸出端連接於MCU控制單元80。

為了便於對電流進行實時採集，所述第三開關管Q5的源極與前端地之間連接有第一採樣電阻R2A，所述第三開關管Q5的源極連接於MCU控制單元80，藉由所述第一採樣電阻R2A而令MCU控制單元80採集第三開關管Q5源極的電信號。

作為一種優選方式，為了對直流側電信號進行採集，本實施例還包括有一DC電壓採樣單元60，所述DC電壓採樣單元60包括有依次串聯的第二採樣電阻R13和第三採樣電阻R15，所述第二採樣電阻R13的前端連接於LLC隔離變換器單元40的輸出端，所述第三採樣電阻R15的後端連接於MCU控制單元80，藉由所述第二採樣電阻R13和第三採樣電阻R15而令MCU控制單元80採集LLC隔離變換器單元40輸出端的電信號。

關於逆變部分，所述逆變倒相單元70包括由第四開關管Q1、第五開關管Q2、第六開關管Q3和第七開關管Q4組成的逆變橋，所述第四開關管Q1的柵極、第五開關管Q2的柵極、第六開關管Q3的柵極和第七開關管Q4的柵極分別連接於MCU控制單元80，藉由所述MCU控制單元80而控制第四開關管Q1、第五開關管Q2、第六開關管Q3和第七開關管Q4導通或截止，以令所述逆變倒相單元70輸出交流電壓。

上述逆變倒相單元70中，經過C3濾波後的直流電壓經Q1、負載、Q4形成迴路給負載供電形成第一個半周期工頻電平；第二個半周期工頻電平通過Q2、負載、Q3形成迴路，這樣在負載上就形成了一個完整的工頻修正波交流電壓。控制晶片U1輸出的PWM信號經驅動電路後分別送出PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L給Q1、Q2、Q3、Q4的GATE極。逆變倒相電路中的相位與頻率按照控制晶片內部設定的模式進行工作。

本實用新型公開的基於PFC與LLC諧振的智能全橋修正波電壓轉換電路，其相比現有技術而言，首先，本實用新型具有高PF值，實現了電網與輸出端隔離，安全性非常高，同時，在輸入全電壓範圍內能夠能自動調節輸出電壓，並且固定輸出頻率，再次，輸出電壓是以修正波輸出，對交流電壓有自動整形功能，此外，本實用新型方案含有電壓與電流採樣電路，能防浪湧電壓與電流。

以上所述只是本實用新型較佳的實施例，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的技術範圍內所做的修改、等同替換或者改進等，均應包含在本實用新型所保護的範圍內。