本實(shí)用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換電路，尤其涉及一種基于PFC與LLC諧振的智能半橋正弦波電壓轉(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，電壓轉(zhuǎn)換電路是其關(guān)鍵電路，是一種能實(shí)現(xiàn)AC-AC變換的電路，可以在AC-AC變換中實(shí)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(chǎng)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(shí)際應(yīng)用中，由于電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在開(kāi)關(guān)管的高速切換，使得電路的輸出側(cè)會(huì)存在一定的高頻脈沖信號(hào)，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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)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?yàn)V除輸出側(cè)的高頻脈沖，進(jìn)而為負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)工頻正弦交流電的半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。

一種基于PFC與LLC諧振的智能半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其包括有用于提供直流電壓的輸入單元、用于對(duì)輸入單元的輸出電壓進(jìn)行濾波的濾波單元、用于對(duì)濾波單元的輸出電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換的PFC升壓?jiǎn)卧?，以及：一LLC隔離變換器單元，包括有第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、變壓器、第一二極管、第二二極管和第一濾波電感，所述第一開(kāi)關(guān)管的漏極連接于PFC升壓?jiǎn)卧妮敵龆?，所述第一開(kāi)關(guān)管的源極連接于變壓器初級(jí)繞組的第一端，所述變壓器初級(jí)繞組的第二端通過(guò)第一電容連接于前端地，所述第二開(kāi)關(guān)管的漏極連接于變壓器初級(jí)繞組的第一端，所述第二開(kāi)關(guān)管的源極通過(guò)第三電阻連接于前端地，所述第一開(kāi)關(guān)管的柵極和第二開(kāi)關(guān)管的柵極用于加載兩路相位相反的PWM脈沖信號(hào)，以令所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，所述變壓器次級(jí)繞組的中間抽頭連接于后端地，所述變壓器次級(jí)繞組的第一端連接于第一二極管的陰極，所述第一二極管的陽(yáng)極通過(guò)第二電容連接于后端地，所述變壓器次級(jí)繞組的第二端連接于第二二極管的陽(yáng)極，所述第二二極管的陰極連接于第一濾波電感的前端，所述第一濾波電感的后端通過(guò)第三電容連接于后端地，所述第一濾波電感的后端和第一二極管的陽(yáng)極作為L(zhǎng)LC隔離變換器單元的輸出端；一逆變倒相單元，包括有第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第三電解電容、第四電解電容和第二濾波電感，所述第四開(kāi)關(guān)管的漏極連接于LLC隔離變換器單元的輸出端正極，所述第四開(kāi)關(guān)管的源極連接于第五開(kāi)關(guān)管的漏極，所述第五開(kāi)關(guān)管的源極連接于LLC隔離變換器單元的輸出端負(fù)極，所述第四開(kāi)關(guān)管的柵極和第五開(kāi)關(guān)管的柵極分別用于接入兩路相位相反的PWM脈沖信號(hào)，所述第三電解電容的正極連接于第四開(kāi)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(kāi)關(guān)管的源極，所述第四開(kāi)關(guān)管的源極連接于第二濾波電感的前端，所述第二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(kāi)關(guān)管的柵極和源極之間連接有第一電阻，所述第五開(kāi)關(guān)管的柵極和源極之間連接有第二電阻。

優(yōu)選地，所述輸入單元包括有插座、保險(xiǎn)、防雷電阻、共模抑制電感、安規(guī)電容和整流橋，所述保險(xiǎn)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，所述濾波單元包括有濾波電容，所述濾波電容并聯(lián)于整流橋的輸出端。

優(yōu)選地，所述PFC升壓?jiǎn)卧ㄓ猩龎弘姼?、第三開(kāi)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單元的輸出端，所述升壓電感的后端連接于第三開(kāi)關(guān)管的漏極，所述第三開(kāi)關(guān)管的源極接前端地，所述第三開(kāi)關(guān)管的柵極用于接入一路PWM控制信號(hào)，所述第三開(kāi)關(guān)管的漏極連接第一整流二極管的陽(yáng)極，所述第一整流二極管的陰極作為PFC升壓?jiǎn)卧妮敵龆?，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(kāi)關(guān)管的柵極、第二開(kāi)關(guān)管的柵極和第三開(kāi)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(hào)至第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管和第三開(kāi)關(guān)管，以控制第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管和第三開(kāi)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(yùn)放，所述運(yùn)放的兩個(gè)輸入端分別通過(guò)限流電阻而連接于輸入單元的輸入端，所述運(yùn)放的輸出端連接于MCU控制單元。

優(yōu)選地，所述第三開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)管源極的電信號(hào)。

優(yōu)選地，所述變壓器初級(jí)繞組的第二端連接于MCU控制單元，以令MCU控制單元采集變壓器初級(jí)繞組的電信號(hào)。

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LLC隔離變換器單元的輸出端，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LLC隔離變換器單元輸出的電信號(hào)。

本實(shí)用新型公開(kāi)的基于PFC與LLC諧振的智能半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路中，輸入單元提供的直流電壓經(jīng)過(guò)濾波單元濾波后，由PFC升壓?jiǎn)卧M(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換，之后傳輸至LLC隔離變換器單元，在LLC隔離變換器單元中，第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電容、變壓器初級(jí)的漏感及初級(jí)勵(lì)磁電感組成LLC諧振電路，從而將功率傳輸給變壓器的次級(jí)線圈，通過(guò)第一二極管、第二二極管整流成兩個(gè)反方向的直流電平，再通過(guò)濾波電感、第二電容、第三電容而濾波成包含正負(fù)方向的直流電壓，并通過(guò)改變變壓器初次級(jí)的匝數(shù)比，可以調(diào)整輸出電壓的高低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)升壓或者降壓轉(zhuǎn)換?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型不僅實(shí)現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，進(jìn)而提高升壓/降壓轉(zhuǎn)換裝置的PF值，還提高了輸出電壓質(zhì)量，使得電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程更加安全可靠。在此基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型在逆變倒相單元的輸出端設(shè)置了第二濾波電感，利用第二濾波電感可濾除逆變倒相單元輸出信號(hào)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。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路的原理圖。

圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中交流采樣單元的電路原理圖。

圖3為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中MCU控制單元的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更加詳細(xì)的描述。

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于PFC與LLC諧振的智能半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，結(jié)合圖1至圖3所示，其包括有用于提供直流電壓的輸入單元10、用于對(duì)輸入單元10的輸出電壓進(jìn)行濾波的濾波單元20、用于對(duì)濾波單元20的輸出電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換的PFC升壓?jiǎn)卧?0，以及：

一LLC隔離變換器單元40，包括有第一開(kāi)關(guān)管Q6、第二開(kāi)關(guān)管Q7、變壓器T1、第一二極管D5、第二二極管D6和第一濾波電感L3，所述第一開(kāi)關(guān)管Q6的漏極連接于PFC升壓?jiǎn)卧?0的輸出端，所述第一開(kāi)關(guān)管Q6的源極連接于變壓器T1初級(jí)繞組的第一端，所述變壓器T1初級(jí)繞組的第二端通過(guò)第一電容C4連接于前端地，所述第二開(kāi)關(guān)管Q7的漏極連接于變壓器T1初級(jí)繞組的第一端，所述第二開(kāi)關(guān)管Q7的源極通過(guò)第三電阻R2B連接于前端地，所述第一開(kāi)關(guān)管Q6的柵極和第二開(kāi)關(guān)管Q7的柵極用于加載兩路相位相反的PWM脈沖信號(hào)，以令所述第一開(kāi)關(guān)管Q6和第二開(kāi)關(guān)管Q7交替導(dǎo)通，所述變壓器T1次級(jí)繞組的中間抽頭連接于后端地，所述變壓器T1次級(jí)繞組的第一端連接于第一二極管D5的陰極，所述第一二極管D5的陽(yáng)極通過(guò)第二電容C7連接于后端地，所述變壓器T1次級(jí)繞組的第二端連接于第二二極管D6的陽(yáng)極，所述第二二極管D6的陰極連接于第一濾波電感L3的前端，所述第一濾波電感L3的后端通過(guò)第三電容C8連接于后端地，所述第一濾波電感L3的后端和第一二極管D5的陽(yáng)極作為L(zhǎng)LC隔離變換器單元40的輸出端；

一逆變倒相單元60，包括有第四開(kāi)關(guān)管Q2、第五開(kāi)關(guān)管Q4、第三電解電容C3、第四電解電容C5和第二濾波電感L4，所述第四開(kāi)關(guān)管Q2的漏極連接于LLC隔離變換器單元40的輸出端正極，所述第四開(kāi)關(guān)管Q2的源極連接于第五開(kāi)關(guān)管Q4的漏極，所述第五開(kāi)關(guān)管Q4的源極連接于LLC隔離變換器單元40的輸出端負(fù)極，所述第四開(kāi)關(guān)管Q2的柵極和第五開(kāi)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(hào)，所述第三電解電容C3的正極連接于第四開(kāi)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C5的正極，所述第四電解電容C5的負(fù)極連接于第五開(kāi)關(guān)管Q4的源極，所述第四開(kāi)關(guān)管Q2的源極連接于第二濾波電感L4的前端，所述第二濾波電感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。

上述半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路中，輸入單元10提供的直流電壓經(jīng)過(guò)濾波單元20濾波后，由PFC升壓?jiǎn)卧?0進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換，之后傳輸至LLC隔離變換器單元40，在LLC隔離變換器單元40中，第一開(kāi)關(guān)管Q6、第二開(kāi)關(guān)管Q7、第一電容C4、變壓器T1初級(jí)的漏感及初級(jí)勵(lì)磁電感組成LLC諧振電路，從而將功率傳輸給變壓器T1的次級(jí)線圈，通過(guò)第一二極管D5、第二二極管D6整流成兩個(gè)反方向的直流電平，再通過(guò)濾波電感L3、第二電容C7、第三電容C8而濾波成包含正負(fù)方向的直流電壓，并通過(guò)改變變壓器T1初次級(jí)的匝數(shù)比，可以調(diào)整輸出電壓的高低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)升壓或者降壓轉(zhuǎn)換。基于上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型不僅實(shí)現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，進(jìn)而提高升壓/降壓轉(zhuǎn)換裝置的PF值，還提高了輸出電壓質(zhì)量，使得電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程更加安全可靠。在此基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型在逆變倒相單元60的輸出端設(shè)置了第二濾波電感L4，利用第二濾波電感L4可濾除逆變倒相單元輸出信號(hào)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，如圖1所示，逆變倒相單元60的工作原理為：當(dāng)?shù)谒拈_(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通時(shí)，第四開(kāi)關(guān)管Q2、負(fù)載、第四電解電容C5形成回路，產(chǎn)生第一個(gè)高頻脈沖電平給負(fù)載，當(dāng)?shù)谒拈_(kāi)關(guān)管Q2關(guān)閉時(shí)，通過(guò)第四電解電容C5、第五開(kāi)關(guān)管Q4的體二極管、第二濾波電感L4形成續(xù)流回路；當(dāng)?shù)谖彘_(kāi)關(guān)管Q4導(dǎo)通時(shí)通過(guò)第五開(kāi)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(gè)高頻脈沖電平，當(dāng)?shù)谖彘_(kāi)關(guān)管Q4關(guān)斷時(shí)，第四開(kāi)關(guān)管Q2的體二極管、第三電解電容C3、負(fù)載、第二濾波電感L4形成續(xù)流回路。第四開(kāi)關(guān)管Q2、第五開(kāi)關(guān)管Q4的高頻驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)是經(jīng)工頻正弦調(diào)制后再送給第四開(kāi)關(guān)管Q2、第五開(kāi)關(guān)管Q4的GATE極。流經(jīng)第四開(kāi)關(guān)管Q2、第五開(kāi)關(guān)管Q4的電流是按正弦變化的。由于第二濾波電感L4對(duì)高頻脈沖具有高阻抗特性，所以高頻分量被第二濾波電感L4濾除，在負(fù)載上就形成了工頻正弦交流電壓。同時(shí)第三電解電容C3、第四電解電容C5還有濾波的作用，可以與第一濾波電感L3組成直流濾波電路。該逆變電路控制簡(jiǎn)單，電路只用兩個(gè)MOS管，成本低廉。

本實(shí)施例中，為了提高開(kāi)關(guān)速度，所述第四開(kāi)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(kāi)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，所述輸入單元10包括有插座、保險(xiǎn)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(xiǎn)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，所述濾波單元20包括有濾波電容C1，所述濾波電容C1并聯(lián)于整流橋DB1的輸出端。

關(guān)于升壓部分，所述PFC升壓?jiǎn)卧?0包括有升壓電感L2、第三開(kāi)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的前端連接于輸入單元10的輸出端，所述升壓電感L2的后端連接于第三開(kāi)關(guān)管Q5的漏極，所述第三開(kāi)關(guān)管Q5的源極接前端地，所述第三開(kāi)關(guān)管Q5的柵極用于接入一路PWM控制信號(hào)，所述第三開(kāi)關(guān)管Q5的漏極連接第一整流二極管D1的陽(yáng)極，所述第一整流二極管D1的陰極作為PFC升壓?jiǎn)卧?0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?jiǎn)卧?0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(guò)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(kāi)關(guān)管Q5導(dǎo)通時(shí)，濾波電容C1上的電流經(jīng)升壓電感L2、第三開(kāi)關(guān)管Q5到GND形成回路，升壓電感L2儲(chǔ)存能量；當(dāng)?shù)谌_(kāi)關(guān)管Q5關(guān)斷時(shí)，升壓電感上會(huì)形成比輸入電壓高得多的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(kāi)關(guān)管Q5是根據(jù)控制芯片采到的輸入交流修正波變化來(lái)加大或減少第三開(kāi)關(guān)管Q5的導(dǎo)通時(shí)間，以使電流與電壓相位變一致來(lái)提高PF值。

作為一種優(yōu)選方式，如圖3所示，本實(shí)施例還包括有一MCU控制單元80，所述第一開(kāi)關(guān)管Q6的柵極、第二開(kāi)關(guān)管Q7的柵極和第三開(kāi)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(hào)至第一開(kāi)關(guān)管Q6、第二開(kāi)關(guān)管Q7和第三開(kāi)關(guān)管Q5，以控制第一開(kāi)關(guān)管Q6、第二開(kāi)關(guān)管Q7和第三開(kāi)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(cè)交流側(cè)的電信號(hào)，如圖2所示，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(yùn)放U9B，所述運(yùn)放U9B的兩個(gè)輸入端分別通過(guò)限流電阻而連接于輸入單元10的輸入端，所述運(yùn)放U9B的輸出端連接于MCU控制單元80。

為了便于對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，所述第三開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)管Q5源極的電信號(hào)。

在此基礎(chǔ)上，所述變壓器T1初級(jí)繞組的第二端連接于MCU控制單元80，以令MCU控制單元80采集變壓器T1初級(jí)繞組的電信號(hào)。

作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施例還包括有一DC電壓采樣單元50，所述DC電壓采樣單元50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LLC隔離變換器單元40的輸出端，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LLC隔離變換器單元40輸出的電信號(hào)。

本實(shí)用新型公開(kāi)的基于PFC、LLC和半橋正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其具有高PF值、電網(wǎng)與輸出端隔離，安全性非常高。本實(shí)用新型在輸入全電壓范圍內(nèi)能夠能自動(dòng)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(duì)交流電壓有自動(dòng)整形功能。此外，本實(shí)用新型電路簡(jiǎn)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(shí)用新型較佳的實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(shí)用新型所保護(hù)的范圍內(nèi)。