本發明涉及電壓轉換電路，尤其涉及一種基于PFC反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變換中實現升降壓并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。但是目前的電壓轉換電路中，通常要借助PWM信號配合開關管的控制來實現電壓轉換，這就導致電路中會產生一定的高頻諧波，這些高頻信號的存在，將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于，針對現有技術的不足，提供一種基于PFC反激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路，用以提高電壓轉換裝置的PF值，同時濾除電路中的高頻脈沖，進而提高輸出電壓質量。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。

一種基于PFC反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，用于輸出直流電壓；一PFC升壓單元，連接于輸入單元的輸出端，用于對輸入單元的輸出電壓進行升壓轉換；一反激隔離變換器單元，包括有第一開關管、變壓器、第一整流二極管、濾波電感和第一濾波電容，所述變壓器原邊繞組的第一端連接于PFC升壓單元的輸出端，所述變壓器原邊繞組的第二端連接于第一開關管的漏極，所述第一開關管的源極接前端地，所述第一開關管的柵極用于接入PWM信號，所述變壓器副邊繞組的第一端連接于第一整流二極管的陽極，所述第一整流二極管的陰極連接濾波電感的前端，所述濾波電感的后端通過第一濾波電容接后端地，所述變壓器副邊繞組的第二端接后端地，所述濾波電感的后端作為反激隔離變換器單元的輸出端；一逆變倒相單元，連接于反激隔離變換器單元的輸出端，所述逆變倒相單元用于對反激隔離變換器單元的輸出電壓進行逆變轉換后輸出交流電。

優選地，所述反激隔離變換器單元還包括有第一電阻、第一電容和第二整流二極管，所述第一電阻連接于變壓器副邊繞組的第一端與第二整流二極管的陰極之間，所述第二整流二極管的陽極連接于變壓器副邊繞組的第二端，所述第一電容并聯于第一電阻。

優選地，所述反激隔離變換器單元還包括有第二電阻和下拉電阻，所述第二電阻連接于第一開關管的源極與前端地之間，所述下拉電阻連接于第一開關管的柵極與源極之間。

優選地，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于插座，所述防雷電阻并聯于共模抑制電感的前端，所述安規電容和整流橋的輸入端均并聯于共模抑制電感的后端，所述整流橋的輸出端并聯有第二濾波電容。

優選地，所述PFC升壓單元包括有升壓電感、第三開關管、第一續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于接入一路PWM控制信號，所述第三開關管的漏極連接第一續流二極管的陽極，所述第一續流二極管的陰極作為PFC升壓單元的輸出端，且該第一續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。

優選地，還包括有一MCU控制單元，所述第一開關管的柵極和第三開關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信號至第一開關管和第三開關管，以控制第一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的電壓并反饋至MCU控制單元。

優選地，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反激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控制單元采集反激隔離變換器單元輸出的電信號。

優選地，所述逆變倒相單元包括有第四開關管、第五開關管、第六開關管和第七開關管組成的逆變橋，所述第四開關管的柵極、第五開關管的柵極、第六開關管的柵極和第七開關管的柵極分別連接于MCU控制單元，藉由所述MCU控制單元而控制第四開關管、第五開關管、第六開關管和第七開關管導通或截止，以令所述逆變倒相單元輸出交流電壓。

本發明公開的基于PFC反激全橋的智能型正弦波電壓轉換電路中，利用輸入整流濾波單元對電網電壓進行整流和濾波后輸出脈動直流電壓，之后利用PFC升壓單元對脈動直流電壓進行升壓處理，在反激隔離變換器單元中，將PWM信號加載于第一開關管的柵極。當第一開關管導通時，變壓器的原邊繞組、第一開關管到前端地形成回路并產生電流，此時變壓器的原邊繞組導通并開始儲能，當第一開關管關斷時，變壓器的原邊繞組通過磁芯藕合給副邊繞組進行放電，然后經過第一整流二極管整流后傳輸至濾波電感，利用濾波電感濾除電路中的高頻諧波，得到半波脈動直流電，之后利用第一CBB電容進行濾波，并將濾波后的直流電輸出至逆變倒相單元，且由逆變倒相單元進行逆變轉換后輸出交流電。上述電路中，通過調整變壓器原副邊繞組的匝數可以使副邊電壓低于或高于原邊輸入電壓，從而達到升降壓目的，基于上述電路，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，通過濾除電路中的高頻諧波，還大大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為本發明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采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于PFC反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，用于輸出直流電壓；

一PFC升壓單元20，連接于輸入單元10的輸出端，用于對輸入單元10的輸出電壓進行升壓轉換；

一反激隔離變換器單元30，包括有第一開關管Q6、變壓器T1、第一整流二極管D5、濾波電感L3和第一濾波電容C3，所述變壓器T1原邊繞組的第一端連接于PFC升壓單元20的輸出端，所述變壓器T1原邊繞組的第二端連接于第一開關管Q6的漏極，所述第一開關管Q6的源極接前端地，所述第一開關管Q6的柵極用于接入PWM信號，所述變壓器T1副邊繞組的第一端連接于第一整流二極管D5的陽極，所述第一整流二極管D5的陰極連接濾波電感L3的前端，所述濾波電感L3的后端通過第一濾波電容C3接后端地，所述變壓器T1副邊繞組的第二端接后端地，所述濾波電感L3的后端作為反激隔離變換器單元30的輸出端；

一逆變倒相單元60，連接于反激隔離變換器單元30的輸出端，所述逆變倒相單元60用于對反激隔離變換器單元30的輸出電壓進行逆變轉換后輸出交流電。

上述正弦波電壓轉換電路中，利用輸入整流濾波單元10對電網電壓進行整流和濾波后輸出脈動直流電壓，之后利用PFC升壓單元20對脈動直流電壓進行升壓處理，在反激隔離變換器單元30中，將PWM信號加載于第一開關管Q6的柵極。當第一開關管Q6導通時，變壓器T1的原邊繞組、第一開關管Q6到前端地形成回路并產生電流，此時變壓器T1的原邊繞組導通并開始儲能，當第一開關管Q6關斷時，變壓器T1的原邊繞組通過磁芯藕合給副邊繞組進行放電，然后經過第一整流二極管D5整流后傳輸至濾波電感L3，利用濾波電感L3濾除電路中的高頻諧波，得到半波脈動直流電，之后利用第一CBB電容C3進行濾波，并將濾波后的半波脈動直流電輸出至逆變倒相單元60，且由逆變倒相單元60進行逆變倒相后輸出交流電。上述電路中，通過調整變壓器T1原副邊繞組的匝數可以使副邊電壓低于原邊輸入電壓，從而達到降壓目的，基于上述電路，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，通過濾除電路中的高頻諧波，還大大提高了輸出電壓質量，使得電壓轉換過程更加安全可靠。

作為一種優選方式，所述反激隔離變換器單元30還包括有第一電阻R26、第一電容C5和第二整流二極管D6，所述第一電阻R26連接于變壓器T1副邊繞組的第一端與第二整流二極管D6的陰極之間，所述第二整流二極管D6的陽極連接于變壓器T1副邊繞組的第二端，所述第一電容C5并聯于第一電阻R26。其中的C5、R26、D6構成尖峰吸收電路，用于吸收漏感所產生的尖峰電壓。

本實施例中，所述反激隔離變換器單元30還包括有第二電阻R2B和下拉電阻R25，所述第二電阻R2B連接于第一開關管Q6的源極與前端地之間，所述下拉電阻R25連接于第一開關管Q6的柵極與源極之間。其中，R25是第一開關管Q6的下拉電阻，用于防止誤導通。

作為一種優選的電路結構，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串接于插座的零線或火線上，所述共模抑制電感L1的前端并聯于插座，所述防雷電阻RV1并聯于共模抑制電感L1的前端，所述安規電容CX1和整流橋DB1的輸入端均并聯于共模抑制電感L1的后端，所述整流橋DB1的輸出端并聯有濾波電容C1。

關于升壓部分，所述PFC升壓單元20包括有升壓電感L2、第三開關管Q5、第一續流二極管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的柵極用于接入一路PWM控制信號，所述第三開關管Q5的漏極連接第一續流二極管D1的陽極，所述第一續流二極管D1的陰極作為PFC升壓單元20的輸出端，且該第一續流二極管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，當交流輸入電壓采樣到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。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形成回路，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進行整流后形成單向脈沖電壓再送給C2電容進濾及儲能。并且Q5是根據控制芯片采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。當控制芯片U1檢測到輸入電壓等于或高于230V電網電壓時，將高頻調制電路Q5MOS關閉，整流濾波后的電壓直接經L2、D1給C2電容進濾及儲能。

為了實現PWM控制，本實施例還包括有一MCU控制單元80，所述第一開關管Q6的柵極和第三開關管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信號至第一開關管Q6和第三開關管Q5，以控制第一開關管Q6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。

為了便于監測交流側的電信號，本實施例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采集，本實施例還包括有一DC電壓采樣單元40，所述DC電壓采樣單元40包括有依次串聯的第二采樣電阻R13和第三采樣電阻R15，所述第二采樣電阻R13的前端連接于反激隔離變換器單元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采集反激隔離變換器單元30輸出的電信號。

關于逆變部分，所述逆變倒相單元60包括有第四開關管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的柵極分別連接于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輸出交流電壓。

上述逆變倒相單元60中，經過C3濾波后的半波脈動直流電壓經Q1、負載、Q4形成回路給負載供電形成第一個正弦半周期工頻電平；第二個正弦半周期工頻電平通過Q2、負載、Q3形成回路，這樣在負載上就形成了一個完整的工頻正弦波交流電壓。控制芯片U1輸出的PWM信號經驅動電路后分別送出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芯片內部設定的模式進行工作。

本發明相比現有技術而言，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，在輸入全電壓范圍內能夠能自動調節輸出電壓，并且固定輸出頻率，再次，輸出電壓是以純正弦波輸出，對交流電壓有自動整形功能，此外，本發明還可以濾除電路中的高頻脈沖，從而提高輸出電壓的質量。

以上所述只是本發明較佳的實施例，并不用于限制本發明，凡在本發明的技術范圍內所做的修改、等同替換或者改進等，均應包含在本發明所保護的范圍內。