一種基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路的製作方法

2024-03-25 14:35:05 4

本發明涉及電壓轉換電路，尤其涉及一種基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路。

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，正弦波電壓轉換電路是其關鍵電路，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。實際應用中，由於電壓轉換過程中存在開關管的高速切換，使得電路的輸出側會存在一定的高頻脈衝信號，進而影響輸出電壓的質量，因而難以滿足轉換要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種可提高電壓轉換裝置的PF值、可提高輸出電壓質量，並且能夠濾除輸出側的高頻脈衝，進而為負載提供優質工頻正弦交流電的正弦波電壓轉換電路。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案。

一種基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路，其包括有：一輸入單元，用於輸出直流電壓；一PFC升壓單元，連接於輸入單元的輸出端，用於對輸入單元的輸出電壓進行升壓轉換；一隔離型雙管正激變換器，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、第二整流二極體、變壓器、第二濾波電感和第一電解電容，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原邊繞組的第一端，所述變壓器原邊繞組的第二端連接於第二開關管的漏極，所述第二開關管的源極接前端地，所述第一開關管的柵極和第二開關管的柵極用於接入相同的PWM信號，所述第一續流二極體的陰極連接於第一開關管的漏極，所述第一續流二極體的陽極連接於變壓器原邊繞組的第二端，所述第二續流二極體的陰極連接於變壓器原邊繞組的第一端，所述第二續流二極體的陽極接前端地，所述變壓器副邊繞組的第一端連接於第二整流二極體的陽極，所述變壓器副邊繞組的第二端接後端地，所述第二整流二極體的陰極連接於第二濾波電感的前端，所述第二濾波電感的後端連接第一電解電容的正極，所述第一電解電容的負極連接後端地，所述第二濾波電感的後端作為隔離型雙管正激變換器的輸出端；一逆變倒相單元，連接於隔離型雙管正激變換器的輸出端，所述逆變倒相單元用於對隔離型雙管正激變換器的輸出電壓進行逆變轉換後輸出交流電，所述逆變倒相單元的輸出端連接有第一濾波電感的前端，所述第一濾波電感的後端連接負載，所述第一濾波電感用於濾除所述交流電的高頻脈衝，並為負載提供工頻正弦交流電。

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輸入單元的輸出端，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PFC升壓單元還包括有第一驅動電阻、第二驅動電阻和驅動二極體，所述第三開關管的柵極連接於驅動二極體的陽極，所述第一驅動電阻並聯於驅動二極體的兩端，所述驅動二極體的陰極用於接入PWM控制信號，所述驅動二極體的陽極通過第二驅動電阻連接於前端地。

優選地，所述隔離型雙管正激變換器還包括有一第三整流二極體，所述第三整流二極體的陰極連接於變壓器副邊繞組的第一端，所述第三整流二極體的陽極連接於變壓器副邊繞組的第二端。

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，所述MCU控制單元包括有單片機及其外圍電路。

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單元交流側的電壓並反饋至MCU控制單元。

優選地，所述交流採樣單元包括有運放，所述運放的兩個輸入端分別通過限流電阻而連接於輸入單元的輸入端，所述運放的輸出端連接於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第二濾波電感的後端，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控制單元採集第二濾波電感後端的電信號。

本發明公開的基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路中，利用輸入單元對電網電壓進行整流和濾波後輸出脈動直流電壓，之後利用PFC升壓單元對脈動直流電壓進行升壓處理，在隔離型雙管正激變換器的作用下，實現了電壓的隔離傳輸，可有效提高升壓/降壓轉換裝置的PF值，同時還提高了輸出電壓質量，使得電壓轉換過程更加安全可靠。在此基礎上，本發明在逆變倒相單元的輸出端設置了第一濾波電感，利用第一濾波電感可濾除所述交流電的高頻脈衝，使得負載能夠獲得優質的工頻正弦交流電，進而提高輸出電壓質量，以滿足供電需求。

附圖說明

圖1為正弦波電壓轉換電路的電路原理圖。

圖2為本發明優選實施例中交流採樣單元的電路原理圖。

圖3為本發明優選實施例中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發明作更加詳細的描述。

本發明公開了一種基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路，結合圖1至圖3所示，其包括有：

一輸入單元10，用於輸出直流電壓；

一PFC升壓單元20，連接於輸入單元10的輸出端，用於對輸入單元10的輸出電壓進行升壓轉換；

一隔離型雙管正激變換器30，包括有第一開關管Q6、第二開關管Q7、第一續流二極體D3、第二續流二極體D2、第二整流二極體D5、變壓器T1、濾波電感L3和第一電解電容C3，所述第一開關管Q6的漏極連接於PFC升壓單元20的輸出端，所述第一開關管Q6的源極連接於變壓器T1原邊繞組的第一端，所述變壓器T1原邊繞組的第二端連接於第二開關管Q7的漏極，所述第二開關管Q7的源極接前端地，所述第一開關管Q6的柵極和第二開關管Q7的柵極用於接入相同的PWM信號，所述第一續流二極體D3的陰極連接於第一開關管Q6的漏極，所述第一續流二極體D3的陽極連接於變壓器T1原邊繞組的第二端，所述第二續流二極體D2的陰極連接於變壓器T1原邊繞組的第一端，所述第二續流二極體D2的陽極接前端地，所述變壓器T1副邊繞組的第一端連接於第二整流二極體D5的陽極，所述變壓器T1副邊繞組的第二端接後端地，所述第二整流二極體D5的陰極連接於濾波電感L3的前端，所述濾波電感L3的後端連接第一電解電容C3的正極，所述第一電解電容C3的負極連接後端地，所述濾波電感L3的後端作為隔離型雙管正激變換器30的輸出端；

一逆變倒相單元60，連接於隔離型雙管正激變換器30的輸出端，所述逆變倒相單元60用於對隔離型雙管正激變換器30的輸出電壓進行逆變轉換後輸出交流電，所述逆變倒相單元60的輸出端連接有第一濾波電感L4的前端，所述第一濾波電感L4的後端連接負載，所述第一濾波電感L4用於濾除所述交流電的高頻脈衝，並為負載提供工頻正弦交流電。

上述正弦波電壓轉換電路中，利用輸入單元10對電網電壓進行整流和濾波後輸出脈動直流電壓，之後利用PFC升壓單元20對脈動直流電壓進行升壓處理，在隔離型雙管正激變換器30中，第一開關管Q6與第二開關管Q7是一對信號相同的PWM控制信號；第一開關管Q6與第二開關管Q7同時導通，變壓器T1的原邊線圈經過磁芯藕合至副線圈，通過第二整流二極體D5整流以及經過第一電解電容C3濾波成直流後輸出給逆變倒相單元60；當第一開關管Q6與第二開關管Q7關斷時，為了保持變壓器T1的原邊線圈電流方向相同，所述第一續流二極體D3與第二續流二極體D2導通，並對磁芯進行磁復位，通過改變變壓器T1原副邊的匝比可以使副邊電壓低於或高於原邊輸入電壓，進而達到降壓或升壓目的。基於上述結構，本發明實現了電壓的隔離傳輸，可有效提高升壓/降壓轉換裝置的PF值，同時還提高了輸出電壓質量，使得電壓轉換過程更加安全可靠。在此基礎上，本發明在逆變倒相單元60的輸出端設置了第一濾波電感L4，利用第一濾波電感L4可濾除所述交流電的高頻脈衝，使得負載能夠獲得優質的工頻正弦交流電，進而提高輸出電壓質量，以滿足供電需求。

本實施例中，所述輸入單元10包括有插座、保險F2、防雷電阻RV1、共模抑制電感L1、安規電容CX1和整流橋DB1，所述保險F2串接於插座的零線或火線上，所述共模抑制電感L1的前端並聯於插座，所述防雷電阻RV1並聯於共模抑制電感L1的前端，所述安規電容CX1和整流橋DB1的輸入端均並聯於共模抑制電感L1的後端，所述整流橋DB1的輸出端並聯有濾波電容C1。

作為一種優選方式，所述PFC升壓單元20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的前端連接於輸入單元10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20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20中，當交流輸入電壓採樣到AC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.當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電容進濾及儲能。並且Q5是根據控制晶片採到的輸入交流正弦波變化來加大或減少Q5的導通時間，以使電流與電壓相位變一致來提高PF值。

進一步地，為了提高對開關管的驅動能力，所述PFC升壓單元20還包括有第一驅動電阻R18、第二驅動電阻R22和驅動二極體D4，所述第三開關管Q5的柵極連接於驅動二極體D4的陽極，所述第一驅動電阻R18並聯於驅動二極體D4的兩端，所述驅動二極體D4的陰極用於接入PWM控制信號，所述驅動二極體D4的陽極通過第二驅動電阻R22連接於前端地。

為了更好地實現整流，所述隔離型雙管正激變換器30還包括有一第三整流二極體D6，所述第三整流二極體D6的陰極連接於變壓器T1副邊繞組的第一端，所述第三整流二極體D6的陽極連接於變壓器T1副邊繞組的第二端。

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，還包括有一交流採樣單元70，所述交流採樣單元70連接於輸入單元10的輸入端與MCU控制單元80之間，所述交流採樣單元70用於採集輸入單元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70的具體組成，所述交流採樣單元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於輸入單元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40，所述DC電壓採樣單元40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的前端連接於濾波電感L3的後端，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採集濾波電感L3後端的電信號。以供MCU控制單元80控制逆變倒相單元60的佔空比。

關於逆變部分，所述逆變倒相單元60包括第四開關管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60輸出交流電。

本發明公開的基於PFC正激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路中，相比現有技術而言，首先，本發明具有高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，所述逆變倒相單元60的輸出端連接於第一濾波電感L4，第一濾波電感L4的後端用於為負載供電，利用第一濾波電感L4可濾除交流電中的高頻脈衝，從而為負載提供工頻正弦交流電。

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