本實用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換電路，尤其涉及一種基于PFC、全橋和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，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)為非隔離型的拓撲電路，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，進而為負載提供優(yōu)質(zhì)工頻正弦交流電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、全橋和半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其包括有用于提供直流電壓的輸入單元、用于對輸入單元的輸出電壓進行升壓轉(zhuǎn)換的PFC升壓單元，以及：一全橋隔離變換單元，包括有第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、變壓器、第一二極管、第二二極管和第一濾波電感，所述第六開關(guān)管的漏極連接于PFC升壓單元的輸出端，所述第六開關(guān)管的源極連接于變壓器初級繞組的第一端，所述第二開關(guān)管的漏極連接于變壓器初級繞組的第二端，所述第二開關(guān)管的源極連接于前端地，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二端，所述第七開關(guān)管的漏極連接于變壓器初級繞組的第一端，所述第七開關(guān)管的源極連接于前端地，所述第一開關(guān)管的柵極、第二開關(guān)管的柵極、第六開關(guān)管的柵極和第七開關(guān)管的柵極分別用于接入PWM脈沖信號，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一二極管的陽極，所述第一二極管的陰極通過第一電容連接于后端地，且該第一二極管的陰極連接于第一濾波電感的前端，所述變壓器次級繞組的第二端連接于第二二極管的陰極，所述第二二極管的陽極通過第二電容連接于后端地，所述第一濾波電感的后端和第二二極管的陽極作為全橋隔離變換單元的輸出端；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、第四電解電容和第二濾波電感，所述第四開關(guān)管的漏極連接于全橋隔離變換單元的輸出端正極，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)管的源極連接于全橋隔離變換單元的輸出端負極，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極連接后端地，所述第三電解電容的負極還連接于第四電解電容的正極，所述第四電解電容的負極連接于第五開關(guān)管的源極，所述第四開關(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、第三開關(guān)管的柵極、第六開關(guān)管的柵極和第七開關(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、第三開關(guān)管、第六開關(guān)管和第七開關(guān)管，以控制第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第六開關(guān)管和第七開關(guān)管的通斷狀態(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所述全橋隔離變換單元的輸出端，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控制單元采集所述全橋隔離變換單元輸出的電信號。

優(yōu)選地，所述MCU控制單元包括有單片機及其外圍電路。

本實用新型公開的基于PFC、全橋和半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路中，利用PFC升壓單元對輸入單元輸出的直流電壓進行升壓處理，之后輸出至全橋隔離變換單元，在全橋隔離變換單元中，當?shù)谝婚_關(guān)管和第七開關(guān)管導(dǎo)通時，電流由第一開關(guān)管、變壓器初級線圈、第七開關(guān)管到前端地形成回路，變壓器初級繞組的電壓為下正上負，然后通過變壓器磁芯藕合至變壓器次級，第二二極管通過反向電壓傳送給第二電容濾波，在第二電容上形成上正下負的直流電壓；當?shù)诙_關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通時，電流由第二開關(guān)管、變壓器初級線圈、第六開關(guān)管到前端地形成回路，變壓器初級繞組電壓為上正下負，然后通過變壓器磁芯藕合至變壓器次級，這時通過第一二極管的電壓為正向電壓，且傳送至第一電容，在第一電容上形成上正下負的直流電壓，這樣在直流母線上就形成了正負電壓。其中，第一電容、第二電容和第一濾波電感組成濾波電路。并通過改變變壓器初次級的匝數(shù)比，可以調(diào)整輸出電壓的高低，進而實現(xiàn)升壓或者降壓轉(zhuǎn)換?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實用新型不僅實現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，進而提高升壓/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中的高頻脈沖，使得負載能夠獲得優(yōu)質(zhì)的工頻正弦交流電，進而提高輸出電壓質(zhì)量，以滿足供電需求。

附圖說明

圖1為本實用新型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路的原理圖。

圖2為本實用新型優(yōu)選實施例中交流采樣單元的電路原理圖。

圖3為本實用新型優(yōu)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(jié)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于PFC、全橋和半橋的智能型正弦波電壓轉(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、用于對輸入單元10的輸出電壓進行升壓轉(zhuǎn)換的PFC升壓單元20，以及：

一全橋隔離變換單元30，包括有第一開關(guān)管Q6、第二開關(guān)管Q7、第六開關(guān)管Q8、第七開關(guān)管Q9、變壓器T1、第一二極管D5、第二二極管D6和第一濾波電感L3，所述第六開關(guān)管Q8的漏極連接于PFC升壓單元20的輸出端，所述第六開關(guān)管Q8的源極連接于變壓器T1初級繞組的第一端，所述第二開關(guān)管Q7的漏極連接于變壓器T1初級繞組的第二端，所述第二開關(guān)管Q7的源極連接于前端地，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初級繞組的第二端，所述第七開關(guān)管Q9的漏極連接于變壓器T1初級繞組的第一端，所述第七開關(guān)管Q9的源極連接于前端地，所述第一開關(guān)管Q6的柵極、第二開關(guān)管Q7的柵極、第六開關(guān)管Q8的柵極和第七開關(guān)管Q9的柵極分別用于接入PWM脈沖信號，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一二極管D5的陽極，所述第一二極管D5的陰極通過第一電容C7連接于后端地，且該第一二極管D5的陰極連接于第一濾波電感L3的前端，所述變壓器T1次級繞組的第二端連接于第二二極管D6的陰極，所述第二二極管D6的陽極通過第二電容C8連接于后端地，所述第一濾波電感L3的后端和第二二極管D6的陽極作為全橋隔離變換單元30的輸出端；

一逆變倒相單元40，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C5和第二濾波電感L4，所述第四開關(guān)管Q2的漏極連接于全橋隔離變換單元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的源極連接于全橋隔離變換單元30的輸出端負極，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的負極連接后端地，所述第三電解電容C3的負極還連接于第四電解電容C5的正極，所述第四電解電容C5的負極連接于第五開關(guān)管Q4的源極，所述第四開關(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的負極作為逆變倒相單元40的輸出端。

上述正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路中，利用PFC升壓單元20對輸入單元10輸出的直流電壓進行升壓處理，之后輸出至全橋隔離變換單元30，在全橋隔離變換單元30中，當?shù)谝婚_關(guān)管Q6和第七開關(guān)管Q9導(dǎo)通時，電流由第一開關(guān)管Q6、變壓器T1初級線圈、第七開關(guān)管Q9到前端地形成回路，變壓器T1初級繞組的電壓為下正上負，然后通過變壓器T1磁芯藕合至變壓器次級，第二二極管D6通過反向電壓傳送給第二電容C8濾波，在第二電容C8上形成上正下負的直流電壓；當?shù)诙_關(guān)管Q7和第六開關(guān)管Q8導(dǎo)通時，電流由第二開關(guān)管Q7、變壓器T1初級線圈、第六開關(guān)管Q8到前端地形成回路，變壓器T1初級繞組電壓為上正下負，然后通過變壓器T1磁芯藕合至變壓器次級，這時通過第一二極管D5的電壓為正向電壓，且傳送至第一電容C7，在第一電容C7上形成上正下負的直流電壓，這樣在直流母線上就形成了正負電壓。其中，第一電容C7、第二電容C8和第一濾波電感L3組成濾波電路。并通過改變變壓器T1初次級的匝數(shù)比，可以調(diào)整輸出電壓的高低，進而實現(xiàn)升壓或者降壓轉(zhuǎn)換?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實用新型不僅實現(xiàn)了電壓的隔離傳輸，進而提高升壓/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40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中的高頻脈沖，使得負載能夠獲得優(yōu)質(zhì)的工頻正弦交流電，進而提高輸出電壓質(zhì)量，以滿足供電需求。

進一步地所述第四開關(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。

上述逆變倒相單元40中，當?shù)谒拈_關(guān)管Q2導(dǎo)通時，第四開關(guān)管Q2、負載、第四電解電容C5形成回路，產(chǎn)生第一個高頻脈沖電平給負載，當?shù)谒拈_關(guān)管Q2關(guān)閉時，通過第四電解電容C5、第五開關(guān)管Q4的體二極管、第二濾波電感L4形成續(xù)流回路；當?shù)谖彘_關(guān)管Q4導(dǎo)通時通過第五開關(guān)管Q4、負載、第三電解電容C3形成回路，在負載上就形成了第二個高頻脈沖電平，當?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、負載、第二濾波電感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。第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4驅(qū)動信號是經(jīng)工頻調(diào)制的，流經(jīng)第四開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q4的電流是按正弦變化的。由于第二濾波電感L4對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，在負載上就形成了工頻正弦交流電壓。同時第三電解電容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。本逆變電路控制簡單，電路只用兩個MOS管，成本低廉。

關(guān)于輸入部分，如圖1所述，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(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，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進入升壓模式，以提高AC轉(zhuǎn)AC智能降壓轉(zhuǎn)換拓撲電路的PF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?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修正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3，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、第三開關(guān)管Q5的柵極、第六開關(guān)管Q8的柵極和第七開關(guān)管Q9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、第三開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q8和第七開關(guān)管Q9，以控制第一開關(guān)管Q6、第二開關(guān)管Q7、第三開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q8和第七開關(guān)管Q9的通斷狀態(tài)。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。

為了便于監(jiān)測交流側(cè)的電信號，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)電信號進行采集，本實施例還包括有依次串聯(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的前端連接于所述全橋隔離變換單元30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采集所述全橋隔離變換單元30輸出的電信號。

本實用新型公開的基于PFC、全橋和半橋的智能型正弦波電壓轉(zhuǎn)換電路，其具有高PF值，可實現(xiàn)電網(wǎng)與輸出端隔離，且安全性非常高。在輸入全電壓范圍內(nèi)能夠能自動調(diào)節(jié)輸出電壓，可固定輸出頻率，并且輸出電壓是以正弦波輸出，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，并且含有電壓與電流采樣電路，能防浪涌電壓與電流。

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、等同替換或者改進等，均應(yīng)包含在本實用新型所保護的范圍內(nèi)。