基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路的制作方法

本发明涉及电压转换电路，尤其涉及一种基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路。

背景技术：

现有技术中，由AC转AC的智能升降压转换装置又被称为旅行插排，该装置中，电压转换电路是其关键电路，是一种能实现AC-AC变换的电路，可以在AC-AC变换中实现升降压并稳定电压与频率的功能。然而目前的AC-AC便隽式设备市场大多数为非隔离型的拓扑电路，且PF值低、输出电压质量低、安全可靠性差。特别是在电压转换过程中，会产生较多的纹波干扰，进而影响电压质量。此外，现有的正弦波电压转换电路存在电路结构复杂，响应速度慢、成本较高等缺陷。实际应用中，由于电压转换过程中存在开关管的高速切换，使得电路的输出侧会存在一定的高频脉冲信号，进而影响输出电压的质量，因而难以满足转换要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可降低电路中的纹波、可简化电路结构、降低电路成本、可滤除高频串扰、可提高输出电压质量，并且安全可靠的基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路，其包括有用于对电网电压进行整流和滤波的输入整流滤波单元、用于对输入整流滤波单元的输出电压进行升压转换的PFC升压单元，以及：一交错反激隔离变换单元，包括有第一开关管、第二开关管、第一变压器、第二变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一变压器初级绕组的第一端连接于PFC升压单元的输出端，所述第一变压器初级绕组的第二端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极连接于前端地，所述第一开关管的漏极连接于第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极通过第一电阻连接于PFC升压单元的输出端，所述第一电阻并联有第三电容，所述第二变压器初级绕组的第一端连接于PFC升压单元的输出端，所述第二变压器初级绕组的第二端连接于第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接于前端地，所述第二开关管的漏极连接于第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极通过第二电阻连接于PFC升压单元的输出端，所述第二电阻并联有第四电容，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第一变压器次级绕组的第一端连接于第三二极管的阳极，所述第一变压器次级绕组的第二端连接于后端地，所述第二变压器次级绕组的第一端连接于后端地，所述第二变压器次级绕组的第二端连接于第四二极管的阴极，所述第三二极管的阴极和第四二极管的阳极作为交错反激隔离变换单元的输出端；一DC滤波单元，包括有第一电容和第二电容，所述第三二极管的阴极通过第一电容连接于后端地，所述第四二极管的阳极通过第二电容连接于后端地；一逆变倒相单元，包括有第四开关管、第五开关管、第三电解电容、第四电解电容和滤波电感，所述第四开关管的漏极连接于交错反激隔离变换单元的输出端正极，所述第四开关管的源极连接于第五开关管的漏极，所述第五开关管的源极连接于交错反激隔离变换单元的输出端负极，所述第四开关管的栅极和第五开关管的栅极分别用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第四开关管的源极还连接于滤波电感的前端，所述第三电解电容的正极连接于第四开关管的漏极，所述第三电解电容的负极连接后端地，所述第三电解电容的负极还连接于第四电解电容的正极，所述第四电解电容的负极连接于第五开关管的源极，所述滤波电感的后端和第三电解电容的负极作为逆变倒相单元的输出端。

优选地，所述第四开关管的栅极和源极之间连接有第一电阻，所述第五开关管的栅极和源极之间连接有第二电阻。

优选地，所述输入整流滤波单元包括有插座、保险、防雷电阻、共模抑制电感、安规电容和整流桥，所述保险串接于插座的零线或火线上，所述共模抑制电感的前端并联于插座，所述防雷电阻并联于共模抑制电感的前端，所述安规电容和整流桥的输入端均并联于共模抑制电感的后端，所述整流桥的输出端并联有滤波电容。

优选地，所述PFC升压单元包括有升压电感、第三开关管、第一整流二极管和第二电解电容，所述升压电感的前端连接于输入整流滤波单元的输出端，所述升压电感的后端连接于第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极接前端地，所述第三开关管的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第三开关管的漏极连接第一整流二极管的阳极，所述第一整流二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一整流二极管的阴极连接第二电解电容的正极，第二电解电容的负极接前端地。

优选地，还包括有一MCU控制单元，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元用于分别输出PWM信号至第一开关管、第二开关管和第三开关管，以控制第一开关管、第二开关管和第三开关管通断状态。

优选地，所述MCU控制单元包括有单片机及其外围电路。

优选地，还包括有一交流采样单元，所述交流采样单元连接于输入整流滤波单元的输入端与MCU控制单元之间，所述交流采样单元用于采集输入整流滤波单元交流侧的电压并反馈至MCU控制单元。

优选地，所述交流采样单元包括有运放，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输入整流滤波单元的输入端，所述运放的输出端连接于MCU控制单元。

优选地，所述第三开关管的源极与前端地之间连接有第一采样电阻，所述第三开关管的源极连接于MCU控制单元，藉由所述第一采样电阻而令MCU控制单元采集第三开关管源极的电信号。

优选地，还包括有一DC电压采样单元，所述DC电压采样单元包括有依次串联的第二采样电阻和第三采样电阻，所述第二采样电阻的前端连接于交错反激隔离变换单元的输出端，所述第三采样电阻的后端连接于MCU控制单元，藉由所述第二采样电阻和第三采样电阻而令MCU控制单元采集交错反激隔离变换单元输出的电信号。

本发明公开的基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路中，利用输入整流滤波单元对电网电压进行整流和滤波后输出脉动直流电压，之后利用PFC升压单元对脉动直流电压进行升压处理，在交错反激隔离变换单元中，其中第一开关管与第二开关管交互导通，当第一开关管导通时第二开关管截止，电流由第一变压器初级绕组、第一开关管到前端地形成回路，第一变压器初级绕组开始储能；当第二开关管导通时，第一开关管截止，电流由第二变压器初级绕组、第二开关管、前端地构成回路，第二变压器初级绕组开始储能，同时第一变压器初级绕组通过第一变压器磁芯藕合至次级绕组，再经第三二极管向第一电容充电，在第一电容上形成正向电压；然后第一开关管再次导通，第二开关管截止，第一变压器储能，第二变压器次级绕组通过第四二极管向第二电容充电，在第二电容上形成负向电压；这样在直流母线上就形成了正负直流电压。上述电路中的第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电容、第四电容分别为第一开关管和第二开关管的吸收电路，用来吸收第一变压器、第二变压器的漏感产生的尖峰电压，以减开关管的电压应力。上述交错反激隔离单元取得了如下有益效果：由于采用了交互导通，使得电路中的电流纹波较小、应用比较灵活，同时电路中的EMI、EMC干扰较小、电路工作频率较高，因而能够提高功率密度，此外，通过改变第一变压器、第二变压器的初次级匝数比可以改变输出电压，进而实现升压或降压。基于上述特点，本发明取得了可降低电路中的纹波、可简化电路结构、降低电路成本、可提高输出电压质量，并且安全可靠等有益效果。在此基础上，本发明在逆变倒相单元的输出端设置了滤波电感，利用滤波电感可滤除所述交流电的高频脉冲，使得负载能够获得优质的工频正弦交流电，进而提高输出电压质量，以满足供电需求。

附图说明

图1为正弦波电压转换电路的电路原理图。

图2为本发明优选实施例中交流采样单元的电路原理图。

图3为本发明优选实施例中MCU控制单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路，结合图1至图3所示，其包括有用于对电网电压进行整流和滤波的输入整流滤波单元10、用于对输入整流滤波单元10的输出电压进行升压转换的PFC升压单元20，以及：

一交错反激隔离变换单元30，包括有第一开关管Q6、第二开关管Q7、第一变压器T1、第二变压器T2、第一二极管D6、第二二极管D5、第三二极管D7和第四二极管D8，所述第一变压器T1初级绕组的第一端连接于PFC升压单元20的输出端，所述第一变压器T1初级绕组的第二端连接于第一开关管Q6的漏极，所述第一开关管Q6的源极连接于前端地，所述第一开关管Q6的漏极连接于第一二极管D6的阳极，所述第一二极管D6的阴极通过第一电阻R26连接于PFC升压单元20的输出端，所述第一电阻R26并联有第三电容C5，所述第二变压器T2初级绕组的第一端连接于PFC升压单元20的输出端，所述第二变压器T2初级绕组的第二端连接于第二开关管Q7的漏极，所述第二开关管Q7的源极连接于前端地，所述第二开关管Q7的漏极连接于第二二极管D5的阳极，所述第二二极管D5的阴极通过第二电阻R27连接于PFC升压单元20的输出端，所述第二电阻R27并联有第四电容C6，所述第一开关管Q6的栅极和第二开关管Q7的栅极分别用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第一变压器T1次级绕组的第一端连接于第三二极管D7的阳极，所述第一变压器T1次级绕组的第二端连接于后端地，所述第二变压器T2次级绕组的第一端连接于后端地，所述第二变压器T2次级绕组的第二端连接于第四二极管D8的阴极，所述第三二极管D7的阴极和第四二极管D8的阳极作为交错反激隔离变换单元30的输出端；

一DC滤波单元40，包括有第一电容C7和第二电容C8，所述第三二极管D7的阴极通过第一电容C7连接于后端地，所述第四二极管D8的阳极通过第二电容C8连接于后端地；

一逆变倒相单元60，包括有第四开关管Q2、第五开关管Q4、第三电解电容C3、第四电解电容C4和滤波电感L3，所述第四开关管Q2的漏极连接于交错反激隔离变换单元30的输出端正极，所述第四开关管Q2的源极连接于第五开关管Q4的漏极，所述第五开关管Q4的源极连接于交错反激隔离变换单元30的输出端负极，所述第四开关管Q2的栅极和第五开关管Q4的栅极分别用于接入两路相位相反的PWM脉冲信号，所述第四开关管Q2的源极还连接于滤波电感L3的前端，所述第三电解电容C3的正极连接于第四开关管Q2的漏极，所述第三电解电容C3的负极连接后端地，所述第三电解电容C3的负极还连接于第四电解电容C4的正极，所述第四电解电容C4的负极连接于第五开关管Q4的源极，所述滤波电感L3的后端和第三电解电容C3的负极作为逆变倒相单元60的输出端。

上述正弦波电压转换电路中，利用输入整流滤波单元10对电网电压进行整流和滤波后输出脉动直流电压，之后利用PFC升压单元20对脉动直流电压进行升压处理，在交错反激隔离变换单元30中，其中第一开关管Q6与第二开关管Q7交互导通，当第一开关管Q6导通时第二开关管Q7截止，电流由第一变压器T1初级绕组、第一开关管Q6到前端地形成回路，第一变压器T1初级绕组开始储能；当第二开关管Q7导通时，第一开关管Q6截止，电流由第二变压器T2初级绕组、第二开关管Q7、前端地构成回路，第二变压器T2初级绕组开始储能，同时第一变压器T1初级绕组通过第一变压器T1磁芯藕合至次级绕组，再经第三二极管D7向第一电容C7充电，在第一电容C7上形成正向电压；然后第一开关管Q6再次导通，第二开关管Q7截止，第一变压器T1储能，第二变压器T2次级绕组通过第四二极管D8向第二电容C8充电，在第二电容C8上形成负向电压；这样在直流母线上就形成了正负直流电压。上述电路中的第一二极管D6、第二二极管D5、第一电阻R26、第二电阻R27、第三电容C5、第四电容C6分别为第一开关管Q6和第二开关管Q7的吸收电路，用来吸收第一变压器T1、第二变压器T2的漏感产生的尖峰电压，以减开关管的电压应力。上述交错反激隔离单元取得了如下有益效果：由于采用了交互导通，使得电路中的电流纹波较小、应用比较灵活，同时电路中的EMI、EMC干扰较小、电路工作频率较高，因而能够提高功率密度，此外，通过改变第一变压器T1、第二变压器T2的初次级匝数比可以改变输出电压，进而实现升压或降压。基于上述特点，本发明取得了可降低电路中的纹波、可简化电路结构、降低电路成本、可提高输出电压质量，并且安全可靠等有益效果。在此基础上，本发明在逆变倒相单元60的输出端设置了滤波电感L3，利用滤波电感L3可滤除交流电中的高频脉冲，使得负载能够获得优质的工频正弦交流电，进而提高输出电压质量，以满足供电需求。

进一步地，所述第四开关管Q2的栅极和源极之间连接有第一电阻R17，所述第五开关管Q4的栅极和源极之间连接有第二电阻R23。

上述逆变倒相单元60中，当第四开关管Q2导通时，第四开关管Q2、负载、第四电解电容C4形成回路，产生第一个高频脉冲电平给负载，当第四开关管Q2关闭时，通过第四电解电容C4、第五开关管Q4的体二极管、滤波电感L3形成续流回路；当第五开关管Q4导通时通过第五开关管Q4、负载、第三电解电容C3形成回路，在负载上就形成了第二个高频脉冲电平，当第五开关管Q4关断时，第四开关管Q2的体二极管、第三电解电容C3、负载、滤波电感L3形成续流回路。第四开关管Q2、第五开关管Q4的高频驱动PWM信号是经工频调制变化后再送给第四开关管Q2、第五开关管Q4的GATE极。第四开关管Q2、第五开关管Q4驱动信号是经工频调制的，流经第四开关管Q2、第五开关管Q4的电流是按正弦变化的。由于滤波电感L3对高频脉冲具有高阻搞特性，所以高频分量被滤波电感L3滤除，在负载上就形成了工频正弦交流电压。同时第三电解电容C3、第四电解电容C4还有滤波的作用，可以与滤波电感L3组成直流滤波电路。该逆变电路控制简单，电路只用两个MOS管，成本低廉。

关于输入部分，如图1所示，所述输入整流滤波单元10包括有插座、保险F2、防雷电阻RV1、共模抑制电感L1、安规电容CX1和整流桥DB1，所述保险F2串接于插座的零线或火线上，所述共模抑制电感L1的前端并联于插座，所述防雷电阻RV1并联于共模抑制电感L1的前端，所述安规电容CX1和整流桥DB1的输入端均并联于共模抑制电感L1的后端，所述整流桥DB1的输出端并联有滤波电容C1。

关于升压部分，所述PFC升压单元20包括有升压电感L2、第三开关管Q5、第一整流二极管D1和第二电解电容C2，所述升压电感L2的前端连接于输入整流滤波单元10的输出端，所述升压电感L2的后端连接于第三开关管Q5的漏极，所述第三开关管Q5的源极接前端地，所述第三开关管Q5的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第三开关管Q5的漏极连接第一整流二极管D1的阳极，所述第一整流二极管D1的阴极作为PFC升压单元20的输出端，且该第一整流二极管D1的阴极连接第二电解电容C2的正极，第二电解电容C2的负极接前端地。

上述PFC升压单元20，当采样到滤波电容C1输出半波交流电压，PFC进入升压模式，以提高AC转AC智能降压转换拓扑电路的PF值，升压后通过第二电解电容C2滤波后的电压为400V，具体的升压原理如下：第三开关管Q5导通时，滤波电容C1上的电流经升压电感L2、第三开关管Q5到GND形成回路，升压电感L2储存能量；当第三开关管Q5关断时，升压电感上会形成比输入电压高得多的感应电动势，感应电动势经续流管D1进行整流后形成单向脉冲电压再送给第二电解电容C2电容进滤波，滤波成400V的直流电压。并且第三开关管Q5是根据控制芯片采到的输入交流修正波变化来加大或减少第三开关管Q5的导通时间，以使电流与电压相位变一致来提高PF值。

作为一种优选方式，请参照图3，本实施例还包括有一MCU控制单元80，所述第一开关管Q6的栅极、第二开关管Q7的栅极和第三开关管Q5的栅极分别连接于MCU控制单元80，所述MCU控制单元80用于分别输出PWM信号至第一开关管Q6、第二开关管Q7和第三开关管Q5，以控制第一开关管Q6、第二开关管Q7和第三开关管Q5通断状态。进一步地，所述MCU控制单元80包括有单片机U1及其外围电路。

为了便于监测交流侧的电信号，请参照图2，本实施例还包括有一交流采样单元70，所述交流采样单元70连接于输入整流滤波单元10的输入端与MCU控制单元80之间，所述交流采样单元70用于采集输入整流滤波单元10交流侧的电压并反馈至MCU控制单元80。

进一步地，所述交流采样单元70包括有运放U9B，所述运放U9B的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输入整流滤波单元10的输入端，所述运放U9B的输出端连接于MCU控制单元80。

为了便于对电流进行实时采集，所述第三开关管Q5的源极与前端地之间连接有第一采样电阻R2A，所述第三开关管Q5的源极连接于MCU控制单元80，藉由所述第一采样电阻R2A而令MCU控制单元80采集第三开关管Q5源极的电信号。

作为一种优选方式，为了对直流侧电信号进行采集，本实施例还包括有一DC电压采样单元50，所述DC电压采样单元50包括有依次串联的第二采样电阻R13和第三采样电阻R15，所述第二采样电阻R13的前端连接于交错反激隔离变换单元30的输出端，所述第三采样电阻R15的后端连接于MCU控制单元80，藉由所述第二采样电阻R13和第三采样电阻R15而令MCU控制单元80采集交错反激隔离变换单元30输出的电信号。

本发明公开的基于PFC交错反激的智能型半桥正弦波电压转换电路，其具有高PF值，可实现电网与输出端隔离，且安全性非常高。在输入全电压范围内能够能自动调节输出电压，可固定输出频率，并且输出电压是以正弦波输出，对交流电压有自动整形功能，此外，本发明电路简单，控制方便，并且含有电压与电流采样电路，能防浪涌电压与电流。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。