CN210007629U

CN210007629U - 一种ac-ac电压调节电路

Info

Publication number: CN210007629U
Application number: CN201920638529.4U
Authority: CN
Inventors: 田昌军; 李珂; 王海时; 马颖婷; 占佳锋; 张金伟; 叶琳娜; 李玲
Original assignee: Chengdu University of Information Technology
Current assignee: Sichuan TIANLIAN Xingtong Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2029-05-07

Abstract

本实用新型提供了一种AC‑AC电压调节电路，包括主拓扑电路和驱动控制电路；主拓扑电路包括四个MOS管充放电电路，交替工作的驱动电路，在交流波形的正半周期时MOS管Q3与Q4持续导通，控制Q1打开时，Q2关闭，当Q1和Q3打开，电容、电感放电，导致电容另一端电压升高，给其他的电感、电容充电，使交流电信号升压；当控制Q2和Q4打开时，Q1关闭，一侧电感、电容放电，导致电容一端电压降低，使其他的电容、电感放电，使交流电信号降压。交替工作的驱动电路控制电容、电感充放电，当充电时间大于放电时间时，主拓扑结构输出电压升高；当放电时间高于充电时间时，主拓扑结构输出电压降低。与现有技术相比，能够降低能量损失，提高电压转换效率。

Description

一种AC-AC电压调节电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，特别涉及一种AC-AC电压调节电路。

背景技术

电力能源是当今时代的主要能源，各种设备都离不开电力，而设备工作所需电压不同，导致电力电压需要一定的升压或降压，当前的交流电力升降压通过变压器和逆变器实现，但是变压器体积大，输出固定不可调，逆变器效率低，都不是高效率的选择。虽然AC-DC-AC、变压器等设备都可以实现升降压，但同时又会导致能量的损失，降低转换的效率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种AC-AC电压调节电路，具有能够降低能量损失，提高电压转换效率的特点。

根据本实用新型提供的一种AC-AC电压调节电路，包括主拓扑电路和驱动控制电路；

所述主拓扑电路包括四个MOS管充放电电路，分别为第一MOS 管充电电路、第二MOS管充放电电路、第三MOS管充放电电路和第四MOS管充放电电路；所述第一MOS管充放电电路包括第一N沟道 MOS管Q1，所述第一N沟道MOS管Q1的栅极接第一驱动信号O1；所述第三MOS管充放电电路包括第三N沟道MOS管Q3，所述第三N沟道MOS管Q3的源极与第一N沟道MOS管Q1的源极相连，栅极接第三驱动信号O3；所述第二MOS管充放电电路包括第二N沟道 MOS管Q2，所述第二N沟道MOS管的栅极接第二驱动信号O2；所述第四MOS管充放电电路包括第四N沟道MOS管Q4，所述第四N 沟道MOS管Q4的源极与第二N沟道MOS管Q2的源极相连，栅极接第四驱动信号O4；所述第一N沟道MOS管Q1的漏极和第二N沟道MOS管Q2的漏极之间连接有第二十一非极性电容C21；

所述第一N沟道MOS管Q1的漏极通过第一电感L1接输入交流电源的一端，所述第三N沟道MOS管Q3的漏极接输入交流电源的另一端；所述第二N沟道MOS管Q2的漏极通过第二电感L2接输出交流电源的一端，所述第四N沟道MOS管Q4的漏极接输出交流电源的另一端；

所述驱动控制电路包括第一驱动控制电路和第二驱动控制电路，所述第一驱动控制电路包括第一驱动电路和第三驱动电路，同时工作输出驱动信号，所述第二驱动控制电路包括第二驱动电路和第四驱动电路，同时工作输出驱动信号；所述第一驱动控制电路和第二驱动控制电路交替工作；所述第一驱动电路输出第一驱动信号O1，所述第二驱动电路输出第二驱动信号O2，所述第三驱动电路输出第三驱动信号O3，所述第四驱动电路输出第四驱动信号O4。

第一N沟道MOS管充放电电路，包括第八二极管D8、第二十三非极性电容C23和第二十七电阻R27，所述第二十三非极性电容C23 和第二十七电阻R27串联，且串联后的电路一端与第一N沟道MOS 管Q1的漏极相连，另一端与第一沟道MOS管Q1的源极相连；所述第八二极管D8的正极与第一沟道MOS管Q1的源极相连，负极与第一沟道MOS管Q1的漏极相连。

四个MOS管充放电电路为相同充放电结构的电路。

所述第一驱动控制电路包括第一比较器、第一驱动控制芯片U1、第一驱动电路和第三驱动电路；所述第二驱动控制电路包括第二比较器、第二驱动控制芯片U2、第二驱动电路和第四驱动电路；

所述第一比较器的同相输入端接入主拓扑电路的输入交流电压，反相端接入可调直流电压VCC；所述第二比较器的反相输入端接入主拓扑电路的输入交流电压，反相端接入可调直流电压VCC；

所述第一驱动控制芯片U1输入可调方波PWM及第一比较器的输出HO，输出两路互补信号第一高电平信号HO1和第一低电平信号 LO1；所述第二驱动控制芯片U2输入可调方波PWM及第二比较器的输出LO，输出两路互补信号第二高电平信号HO2和第二低电平信号LO2；

所述第一驱动电路的输入端输入第一高电平信号HO1，输出第一驱动信号O1，所述第二驱动电路的输入端输入第一低电平信号LO1，输出第二驱动信号O2，所述第三驱动电路的输入端输入第二高电平信号HO2，输出第三驱动信号O3，所述第四驱动电路的输入端输入第二低电平信号LO2，输出第四驱动信号O4。

可调方波PWM的产生电路包括PWM波产生芯片；所述PWM 波产生芯片，CT端通过第五点电容C5连接到GND，RT端通过第一电阻R1连接到GND，误差放大器同相输入端接基准参考电压，反相输入端接第十滑动变阻器R10，实现PWM波的占空比可调。

第十滑动变阻器R10的一个固定端通过第九电阻R9接直流电压 VCC，另一个固定端接GND，滑动端接所述误差放大器的反相输入端。

所述主拓扑电路还包括串联的第二十四电阻R24、第二十九电阻 R29和第三十一电阻R31，所述第二十四电阻R24的一端与输出交流电源的一端相连，所述第三十一电阻R31与输出交流电源的另一端相连；所述第二十四电阻R24和第二十九电阻R29之间接第一交流信号输出接口，所述第二十九电阻R29和第三十一电阻R31之间接第二交流信号输出接口；

还包括反馈电路，所述反馈电路包括整流器D9，所述整流器D9 的两个输入端一个输入端FB1与所述第一交流信号输出端相连，另一个输入端FB2与所述第二交流信号输出端相连；所述整流器的输出端 FBV输出所述基准参考电压。

所述可调直流电压VCC通过滑动变阻器电路实现可调。

所述第一驱动电路包括第三驱动控制芯片，接入第一高电平信号 HO1，控制输出第一驱动信号O1。

第一N沟道MOS管Q1和第三N沟道MOS管Q3之间VS5分别连接到第一驱动电路的输出级工作电压VS1和第三驱动电路的输出级工作电压VS3；第二N沟道MOS管Q2和第四N沟道MOS管Q4 之间VS6分别连接到第二驱动电路的输出级工作电压VS2和第四驱动电路的输出级工作电压VS4。

与现有技术相比，本实用新型能够应用于电路升压、降压，交流电压直接转化为交流电压，中间减少了交流电压转化时能量的损失，并使输出电压满足设备不同的电压需求，效率高，体积小。

附图说明

图1为本实用新型其中一实施例的主拓扑电路结构示意图。

图2为本实用新型其中一实施例的第一比较器电路和第二比较器电路结构示意图。

图3为本实用新型其中一实施例的第一驱动控制芯片***电路连接结构示意图。

图4为本实用新型其中一实施例的第二驱动控制芯片***电路连接结构示意图。

图5为本实用新型其中一实施例的PWM产生电路结构示意图。

图6为本实用新型其中一实施例的第一驱动电路结构示意图。

图7为本实用新型其中一实施例的第二驱动电路结构示意图。

图8为本实用新型其中一实施例的第三驱动电路结构示意图。

图9为本实用新型其中一实施例的第四驱动电路结构示意图。

图10为本实用新型其中一实施例的反馈电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，所述主拓扑电路包括四个MOS管充放电电路，分别为第一MOS管充电电路、第二MOS管充放电电路、第三MOS管充放电电路和第四MOS管充放电电路；所述第一MOS管充放电电路包括第一N沟道MOS管Q1，所述第一N沟道MOS管Q1的栅极接第一驱动信号O1；所述第三MOS管充放电电路包括第三N沟道MOS 管Q3，所述第三N沟道MOS管Q3的源极与第一N沟道MOS管Q1 的源极相连，栅极接第三驱动信号O3；所述第二MOS管充放电电路包括第二N沟道MOS管Q2，所述第二N沟道MOS管的栅极接第二驱动信号O2；所述第四MOS管充放电电路包括第四N沟道MOS管 Q4，所述第四N沟道MOS管Q4的源极与第二N沟道MOS管Q2的源极相连，栅极接第四驱动信号O4；所述第一N沟道MOS管Q1的漏极和第二N沟道MOS管Q2的漏极之间连接有第二十一非极性电容C21；

基于上述电路结构，主拓扑电路能够产生斩波功能，交流电可以将其视为正半周期与负半周期共同构成的正弦交流电，则分别对正负周期的电力波形进行斩波处理，斩波处理过后就类似直流电力中的升降压，从而实现输入交流电压可调功能。所述第一驱动控制电路和第二驱动控制电路交替工作，从而驱动主拓电路结构中的四个MOS管。本实用新型可应用于电路升压、降压，交流电压直接转化为交流电压，中间减少了交流电压转化时能量的损失，并使输出电压满足设备不同的电压需求，效率高，体积小。

作为本实用新型的一个实施例，如图1所示，所述输入交流电源的一端为AC IN1，所述输入交流电源的另一端为AC IN2，所述输出交流电源的一端为AC OUT1，所述输出交流电源的另一端为AC OUT2， AC OUT1和AC OUT2之间连接有第二十六极性电容C26，且所述第二十六极性电容C26的正极与AC OUT1相连，负极与AC OUT2相连。

作为本实用新型的一个实施例，第一N沟道MOS管充放电电路，包括第八二极管D8、第二十三非极性电容C23和第二十七电阻R27，所述第二十三非极性电容C23和第二十七电阻R27串联，且串联后的电路一端与第一N沟道MOS管Q1的漏极相连，另一端与第一沟道 MOS管Q1的源极相连；所述第八二极管D8的正极与第一沟道MOS 管Q1的源极相连，负极与第一沟道MOS管Q1的漏极相连。

作为本实用新型的一个实施例，四个MOS管充放电电路为相同充放电结构的电路。

如图1所示，交替工作的驱动电路，交流电正半周期时，Q3与 Q4持续导通，在控制Q1和Q3打开时，Q2关闭，当Q1和Q3打开，电容、电感放电，导致电容另一端电压升高，给其他的电感、电容充电，使交流电信号升压；当控制Q2和Q4打开时，Q1关闭，一侧电感、电容放电，导致电容一端电压降低，使其他的电容、电感放电，使交流电信号降压。负半周期原理与之相同。交替工作的驱动电路控制电容、电感充放电，当充电时间大于放电时间时，主拓扑结构输出电压升高；当放电时间高于充电时间时，主拓扑结构输出电压降低。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第一驱动控制电路包括第一比较器、第一驱动控制芯片U1、第一驱动电路和第三驱动电路；所述第二驱动控制电路包括第二比较器、第二驱动控制芯片U2、第二驱动电路和第四驱动电路；

作为本实用新型的一种实施方式，如图2所示，第一比较器和第二比较器采用芯片LM393，实现对交流电的正负周期判断，从而实现对第一驱动控制芯片U1和第二驱动控制芯片U2的使能端。如图1 所示，输入交流电两个端口之间串联有第二十三电阻R23和第三十电阻R30，所述第二十三电阻R23和第三十电阻R30之间分别与芯片 LM393的3脚和6脚相连，即芯片LM393的两个比较器输入信号IN1 和输入信号IN2分别接入主拓扑电路的输入交流电压AC SGIN，实现对交流电的正负周期的判断。

作为本实用新型的一种实施方式，如图3所示，第一驱动控制芯片U1采用芯片IR2104，其3脚接第一比较器的输出HO，2脚接PWM 波产生电路输出的可调方波PWM，5脚输出第一低电平信号LO1，7 脚输出第一高电平信号HO1；如图4所示，第二驱动控制芯片U2采用芯片IR2104，其3脚接第二比较器的输出LO，2脚接PWM波产生电路输出的可调方波PWM，5脚输出第二低电平信号LO2，7脚输出第二高电平信号HO2。

第一比较器电路通过滑动变阻器控制比较器反相端电压，主拓扑电路输入电压接入第一比较器同相端，从而控制比较器电路输出高电平；第二比较器电路，通过滑动变阻器控制比较器同相端电压，主拓扑电路输入电压接入第二比较器反相端，从而控制比较器电路输出低电平。高低电平信号与PWM波电路产生的可调占空比的方波输入到驱动控制芯片中，从而输出互补的高低电平。两个驱动控制电路输出四路信号，即两路互补波形，分别输入到四个驱动电路的输入端，使逻辑控制芯片交替工作，输出一定电压差的PWM波，送到主拓扑电路使MOS管交替工作。同时，四个驱动电路输出级工作电源端由电源端采用自举技术得到。

作为本实用新型的一种实施方式，可调方波PWM的产生电路包括PWM波产生芯片；所述PWM波产生芯片，CT端通过第五点电容 C5连接到GND，RT端通过第一电阻R1连接到GND，误差放大器同相输入端接基准参考电压，反相输入端接第十滑动变阻器R10，实现 PWM波的占空比可调。

如图5所示，作为一个实施例，PWM产生电路由TL494作为控制核心，搭配***电路从而产生可控占空比的PWWM波(方波)信号。在本具体实施例中，基于TL494作为主控芯片，产生一路PWM 波，驱动主拓扑结构产生斩波功能。驱动电路输出四路PWM波信号输入到主拓扑结构的不同MOS管中，PWM波信号电压与基准信号电压比较后，控制Q1、Q3管打开，其余MOS管关闭。当Q1、Q3打开，另外两个MOS管关闭后，电容、电感放电，导致电容另一端电压升高，给其他的电感、电容充电，使交流电信号升压；当驱动电路输出的PWM信号电压与基准信号电压比较后，控制Q1、Q3关闭，打开其他MOS管，一侧电感、电容放电，导致电容一端电压降低，使其他的电容、电感放电，使交流电信号降压。可调占空比的方波输入到主拓扑结构中，控制电容、电感充放电，当充电时间大于放电时间时，主拓扑结构输出电压升高；当放电时间高于充电时间时，主拓扑结构输出电压降低。

作为本实用新型的一种实施方式，如图5所示，第十滑动变阻器 R10的一个固定端通过第九电阻R9接直流电压VCC，另一个固定端接GND，滑动端接所述误差放大器的反相输入端。调节第10滑动变阻器实现TL494芯片第7脚电压可调，且与第8脚基准电压形成比较器，输出占空比可调的PWM波。

作为本实用新型的一种实施方式，所述主拓扑电路还包括串联的第二十四电阻R24、第二十九电阻R29和第三十一电阻R31，所述第二十四电阻R24的一端与输出交流电源的一端相连，所述第三十一电阻R31与输出交流电源的另一端相连；所述第二十四电阻R24和第二十九电阻R29之间接第一交流信号输出接口，所述第二十九电阻R29 和第三十一电阻R31之间接第二交流信号输出接口；

还包括反馈电路，如图10所示，所述反馈电路包括整流器D9，所述整流器D9的两个输入端一个输入端FB1与所述第一交流信号输出端相连，另一个输入端FB2与所述第二交流信号输出端相连；所述整流器的输出端FBV输出所述基准参考电压。

在本具体实施例中，主拓扑结构输出端进行交流电采样，采样信号通过反馈电路输出给主芯片TL494的第8脚基准电压来实现反馈网络。主拓扑电路输出端分压得到交流信号，输入到整流器中，利用整流、滤波功能，得到稳定的直流信号。输入到PWM波产生电路误差放大器的同相端。反馈电路即对输出电力信号采样并进行整流滤波处理，化交流信号为直流信号，并将该直流信号作为反馈信号送给PWM 产生电路从而实现硬件闭环，达到稳压的目的。

如图2所示，作为本实用新型的一种实施方式，所述可调直流电压VCC通过滑动变阻器电路实现可调。芯片LM393的2脚连接第十八滑动变阻器R18的滑动端，第十八滑动变阻器R18的两个固定端一端接GND，另一端通过第十六电阻R16接直流电压VCC；芯片LM393 的5脚连接第十九滑动变阻器R19的滑动端，第十九滑动变阻器R19 的两个固定端一端接GND，另一端通过第十七电阻R17接直流电压 VCC。

作为本实用新型的一种实施方式，如图6所示，所述第一驱动电路包括第三驱动控制芯片，采用芯片IR2117，接入第一高电平信号 HO1控制输出第一驱动信号O1。所述芯片IR2117的2脚接入第一高电平信号HO1，7脚输出第一驱动信号O1，4脚和5脚悬空。

作为本实用新型的一种实施方式，如图7到图9所示，第一、第二、第三和第四驱动电路采用相同的电路结构。

作为本实用新型的一种实施方式，如图1和图6到图9所示，第一N沟道MOS管Q1和第三N沟道MOS管Q3之间VS5分别连接到第一驱动电路的输出级工作电压VS1和第三驱动电路的输出级工作电压VS3；第二N沟道MOS管Q2和第四N沟道MOS管Q4之间VS6 分别连接到第二驱动电路的输出级工作电压VS2和第四驱动电路的输出级工作电压VS4。

VS1、VS2、VS3、VS4是为O1、O2、O3、O4输出的控制驱动信号提供一个高基准电压。因为在交流电路中的交流电压可能有上百伏，而驱动信号的电压只有12伏，不足以打开MOS管，所以需要提供一个高基准，使MOS管能够导通。

Claims

1.一种AC-AC电压调节电路，其特征在于，包括主拓扑电路和驱动控制电路；

所述主拓扑电路包括四个MOS管充放电电路，分别为第一MOS管充电电路、第二MOS管充放电电路、第三MOS管充放电电路和第四MOS管充放电电路；所述第一MOS管充放电电路包括第一N沟道MOS管Q1，所述第一N沟道MOS管Q1的栅极接第一驱动信号O1；所述第三MOS管充放电电路包括第三N沟道MOS管Q3，所述第三N沟道MOS管Q3的源极与第一N沟道MOS管Q1的源极相连，栅极接第三驱动信号O3；所述第二MOS管充放电电路包括第二N沟道MOS管Q2，所述第二N沟道MOS管的栅极接第二驱动信号O2；所述第四MOS管充放电电路包括第四N沟道MOS管Q4，所述第四N沟道MOS管Q4的源极与第二N沟道MOS管Q2的源极相连，栅极接第四驱动信号O4；所述第一N沟道MOS管Q1的漏极和第二N沟道MOS管Q2的漏极之间连接有第二十一非极性电容C21；

2.根据权利要求1所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，第一N沟道MOS管充放电电路，包括第八二极管D8、第二十三非极性电容C23和第二十七电阻R27，所述第二十三非极性电容C23和第二十七电阻R27串联，且串联后的电路一端与第一N沟道MOS管Q1的漏极相连，另一端与第一沟道MOS管Q1的源极相连；所述第八二极管D8的正极与第一沟道MOS管Q1的源极相连，负极与第一沟道MOS管Q1的漏极相连。

3.根据权利要求1或2所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，四个MOS管充放电电路为相同充放电结构的电路。

4.根据权利要求1所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，所述第一驱动控制电路包括第一比较器、第一驱动控制芯片U1、第一驱动电路和第三驱动电路；所述第二驱动控制电路包括第二比较器、第二驱动控制芯片U2、第二驱动电路和第四驱动电路；

所述第一驱动控制芯片U1输入可调方波PWM及第一比较器的输出HO，输出两路互补信号第一高电平信号HO1和第一低电平信号LO1；所述第二驱动控制芯片U2输入可调方波PWM及第二比较器的输出LO，输出两路互补信号第二高电平信号HO2和第二低电平信号LO2；所述第一驱动电路的输入端输入第一高电平信号HO1，输出第一驱动信号O1，所述第二驱动电路的输入端输入第一低电平信号LO1，输出第二驱动信号O2，所述第三驱动电路的输入端输入第二高电平信号HO2，输出第三驱动信号O3，所述第四驱动电路的输入端输入第二低电平信号LO2，输出第四驱动信号O4。

5.根据权利要求4所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，可调方波PWM的产生电路包括PWM波产生芯片；所述PWM波产生芯片，CT端通过第五点电容C5连接到GND，RT端通过第一电阻R1连接到GND，误差放大器同相输入端接基准参考电压，反相输入端接第十滑动变阻器R10，实现PWM波的占空比可调。

6.根据权利要求5所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，第十滑动变阻器R10的一个固定端通过第九电阻R9接直流电压VCC，另一个固定端接GND，滑动端接所述误差放大器的反相输入端。

7.根据权利要求5所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，所述主拓扑电路还包括串联的第二十四电阻R24、第二十九电阻R29和第三十一电阻R31，所述第二十四电阻R24的一端与输出交流电源的一端相连，所述第三十一电阻R31与输出交流电源的另一端相连；所述第二十四电阻R24和第二十九电阻R29之间接第一交流信号输出接口，所述第二十九电阻R29和第三十一电阻R31之间接第二交流信号输出接口；

还包括反馈电路，所述反馈电路包括整流器D9，所述整流器D9的两个输入端一个输入端FB1与所述第一交流信号输出端相连，另一个输入端FB2与所述第二交流信号输出端相连；所述整流器的输出端FBV输出所述基准参考电压。

8.根据权利要求4所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，所述可调直流电压VCC通过滑动变阻器电路实现可调。

9.根据权利要求4所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，所述第一驱动电路包括第三驱动控制芯片，接入第一高电平信号HO1，控制输出第一驱动信号O1。

10.根据权利要求4所述的AC-AC电压调节电路，其特征在于，第一N沟道MOS管Q1和第三N沟道MOS管Q3之间VS5分别连接到第一驱动电路的输出级工作电压VS1和第三驱动电路的输出级工作电压VS3；第二N沟道MOS管Q2和第四N沟道MOS管Q4之间VS6分别连接到第二驱动电路的输出级工作电压VS2和第四驱动电路的输出级工作电压VS4。