交流电流转换电路及电源适配器的制作方法

本发明涉及电路领域，具体涉及一种交流电流转换电路及电源适配器。

背景技术：

目前，交流电流转换电路通常使用惠斯顿电桥形式。

图1是根据相关技术的使用二级管惠斯顿电桥的交流电流转换电路。如图1所示，d1、d2、d3和d4为二级管；tc1和tc2为用于输入交流电流的交流输入端子；v1和v2为用于输出直流电流的直流输出端子。当交流输入端子tc1输入的交流电流大于交流输入端子tc2输入的交流电流时，二级管d1和d4导通，并且二级管d2和d3截止，因此直流输出端子v1输出的直流电流大于直流输出端子v2输出的直流电流。当交流输入端子tc1输入的交流电流小于交流输入端子tc2输入的交流电流时，二级管d2和d3导通，并且二级管d1和d4截止，因此直流输出端子v1输出的直流电流小于直流输出端子v2输出的直流电流。由此可见，通过二级管惠斯顿电桥能够将交流电输入转换为直流电输出。

但是，当使用二级管惠斯顿电桥的交流电流转换电路时，在交流电功率很大的情况下，二级管转换功率损耗也很大。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种交流电流转换电路，能够解决相关技术中二级管惠斯顿电桥在交流电功率很大的情况下功率损耗也很大的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种交流电流转换电路。该电路包括：交流输入端子tc1和tc2，用于输入交流电流；使用氮化镓管的惠斯顿电桥和使用mos管的惠斯顿电桥，分别用于对所述交流电流进行整流；直流输出端子v1和v2，用于输出经整流的直流电流；第一比较器，用于根据所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号，驱动所述氮化镓管；以及第二比较器，用于根据所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号以及所述直流输出端子v1和v2的电流信号，驱动所述mos管并关闭所述第一比较器。

优选地，所述第二比较器包括：第一运算放大器，用于比较所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号；第二运算放大器，用于比较所述直流输出端子v1和v2的电流信号；以及时钟控制电路，用于根据所述第一运算放大器的比较结果和所述第二运算放大器的比较结果，生成用于开通或截止所述mos管的第一控制信号(s1、s2、s3、s4)，以及生成用于启动或关闭所述第一比较器的第二控制信号(st)。

优选地，所述第二运算放大器用于将所述直流输出端子v1和v2的电流信号与预先设定的初始参考电压(vref)进行比较；所述时钟控制电路用于在所述直流输出端子v1和v2的电流信号小于所述初始参考电压(vref)的情况下，生成用于开通所述mos管的第一控制信号(s1、s2、s3、s4)，以及生成用于关闭所述第一比较器的第二控制信号(st)。

优选地，所述第一比较器包括：第三运算放大器，用于根据所述时钟控制电路生成的所述第二控制信号(st)，比较所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号，得到差分信号；非交迭电路，用于修正所述差分信号；以及氮化镓驱动器，用于根据所修正的差分信号，生成用于驱动所述氮化镓管的驱动信号(a1、a1bp、a1b、a1p)。

优选地，所述交流电流转换电路还包括：切换开关电路tr；以及第三比较器，用于根据所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号以及根据来自所述切换开关电路的切换开关信号(tr1、tr2、tr3、tr4)，驱动所述氮化镓管对输入的直流电流进行逆变以输出交流电流。

优选地，所述第二比较器包括：第一运算放大器，用于比较所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号；第二运算放大器，用于比较所述直流输出端子v1和v2的电流信号；以及时钟控制电路，用于根据所述第一运算放大器的比较结果和所述第二运算放大器的比较结果，生成用于开通或截止所述mos管的第一控制信号(s1、s2、s3、s4)，以及生成用于启动或关闭所述第一比较器的第二控制信号(st)。

优选地，所述第二运算放大器用于将所述直流输出端子v1和v2的电流信号与预先设定的初始参考电压(vref)进行比较；所述时钟控制电路用于在所述直流输出端子v1和v2的电流信号小于所述初始参考电压(vref)的情况下，生成用于开通所述mos管的第一控制信号(s1、s2、s3、s4)，以及生成用于关闭所述第一比较器的第二控制信号(st)。

优选地，所述第三比较器包括：第四运算放大器，用于根据所述时钟控制电路生成的所述第二控制信号(st)，比较所述交流输入端子tc1和tc2的电流信号，得到差分信号；非交迭电路，用于根据来自所述切换开关电路的切换开关信号(tr1、tr2、tr3、tr4)，修正所述差分信号；以及氮化镓驱动器，用于根据所修正的差分信号，生成用于驱动所述氮化镓管的驱动信号(a1、a1bp、a1b、a1p)。

优选地，在来自所述切换开关电路的切换开关信号(tr1、tr2、tr3、tr4)为高电位的情况下，驱动所述氮化镓管对输入的直流电流进行逆变以输出交流电流；在来自所述切换开关电路的切换开关信号(tr1、tr2、tr3、tr4)为低电位的情况下，驱动所述氮化镓管对输入的交流电流进行整流以输出直流电流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用交流电流转换电路的电源适配器。该电源适配器包括：电源输入口，用于输入交流电流；使用氮化镓管的惠斯顿电桥和使用mos管的惠斯顿电桥，分别用于对所述交流电流进行整流；电源输出口，用于输出经整流的直流电流；第一比较器，用于根据来自所述电源输入口的电流信号，驱动所述氮化镓管；以及第二比较器，用于根据来自所述电源输入口的电流信号以及经整流的直流电流的电流信号，驱动所述mos管并关闭所述第一比较器。

由于氮化镓管的导通电阻小、速度快、耐高压并且散热快，因此本发明的交流电流转换电路及电源适配器更适合应用于大功率电器设备。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据相关技术的使用二级管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的示意图；

图3是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第二比较器的示意图；

图4是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第一比较器的示意图；

图5是根据本发明第二实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的示意图；以及

图6是根据本发明第二实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第三比较器的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种交流电流转换电路。图2是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的示意图。如图2所示，该电路包括：交流输入端子tc1和tc2，用于输入交流电流；使用氮化镓管的惠斯顿电桥和使用mos管的惠斯顿电桥，分别用于对该交流电流进行整流；直流输出端子v1和v2，用于输出经整流的直流电流；第一比较器，用于根据该交流输入端子tc1和tc2的电流信号，驱动该氮化镓管；以及第二比较器，用于根据该交流输入端子tc1和tc2的电流信号以及该直流输出端子v1和v2的电流信号，驱动mos管并关闭该第一比较器。

相关技术中，在交流电功率很大的情况下，对于使用二级管惠斯顿电桥的交流电流转换电路，其功率损耗也很大。本发明实施例中的交流电流转换电路使用了氮化镓管惠斯顿电桥，由于氮化镓管的导通电阻小、速度快、耐高压并且散热快，因此更适合在大功率与高速电路上使用并可以解决上述问题。

同时，使用氮化镓管取代二极管形成惠斯顿电桥的最大问题在于，在初始交流电流转换时第一比较器对交流输入端子tc1和tc2输入的交流电流的误判以及控制信号的时序问题，这可能造成交流电流转换的启动过程中断。因此，为了解决这个衍生出的问题，本发明实施例还提供了mos管惠斯顿电桥和第二比较器，以用作第一比较器的辅助电路。也就是说，在初始交流电流转换时，在氮化镓管惠斯顿电桥不动作时，mos管惠斯顿电桥进行低电流的转换，以稳定初始状况。

图3是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第二比较器的示意图。如图3所示，该第二比较器包括：第一运算放大器，用于比较该交流输入端子tc1和tc2的电流信号；第二运算放大器，用于比较该直流输出端子v1和v2的电流信号；以及时钟控制电路，用于根据该第一运算放大器的比较结果和该第二运算放大器的比较结果，生成用于开通或截止mos管的第一控制信号s1、s2、s3、s4，以及生成用于启动或关闭该第一比较器的第二控制信号st。

具体来说，第二运算放大器将直流输出端子v1和v2的电流信号与预先设定的初始参考电压vref进行比较；在直流输出端子v1和v2的电流信号小于初始参考电压vref的情况下，时钟控制电路生成用于开通mos管的第一控制信号s1、s2、s3、s4，以及生成用于关闭第一比较器的第二控制信号st。

因此，借助于直流输出端子v1和v2的电流信号与初始参考电压vref之间的比较，时钟控制电路可以确定交流输入端子tc1和tc2的电流信号位于初始交流电流转换阶段，并且相应地开通mos管惠斯顿电桥进行低电流的转换，以稳定初始状况。

此后，当直流输出端子v1和v2的电流信号逐渐增大直至大于初始参考电压vref时，时钟控制电路生成用于截止mos管的第一控制信号s1、s2、s3、s4，以及生成用于启动第一比较器的第二控制信号st。因此，氮化镓管惠斯顿电桥将得到使用，氮化镓管的功率损耗很低，热产生率也很低，因此可以解决上述问题。

图4是根据本发明第一实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第一比较器的示意图。如图4所示，该第一比较器包括：第三运算放大器，用于根据上述时钟控制电路生成的第二控制信号st，比较交流输入端子tc1和tc2的电流信号，得到差分信号；非交迭电路，用于修正该差分信号；以及氮化镓驱动器，用于根据所修正的差分信号，生成用于驱动氮化镓管的驱动信号a1、a1bp、a1b、a1p。

因此，借助于第二控制信号st，第一比较器可以确定mos管惠斯顿电桥正在进行低电流的转换，因此相应地关闭氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换。此后，当通过第二控制信号st启动该第一比较器之后，氮化镓管惠斯顿电桥将得到使用，氮化镓管的功率损耗很低，热产生率也很低，因此可以解决上述问题。

图5是根据本发明第二实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的示意图。如图5所示，本发明实施例的交流电流转换电路还包括切换开关电路tr和第三比较器，其中该第三比较器用于根据交流输入端子tc1和tc2的电流信号以及根据来自该切换开关电路的切换开关信号tr1、tr2、tr3、tr4，驱动氮化镓管对输入的直流电流进行逆变以输出交流电流。

本发明实施例中增加了切换开关电路tr和第三比较器，用于拓展氮化镓管惠斯顿电桥的功能用途。具体来说，在对输入的交流电流进行整流以输出直流电流的基础上，本发明实施例还具备相反的功能用途，即对输入的直流电流进行逆变以输出交流电流。这有助于为使用了本发明的氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路的电源适配器提供反向充电功能。

根据本发明的实施例，该第二比较器包括：第一运算放大器，用于比较该交流输入端子tc1和tc2的电流信号；第二运算放大器，用于比较该直流输出端子v1和v2的电流信号；以及时钟控制电路，用于根据该第一运算放大器的比较结果和该第二运算放大器的比较结果，生成用于开通或截止该mos管的第一控制信号s1、s2、s3、s4，以及生成用于启动或关闭该第一比较器的第二控制信号st。具体来说，该第二运算放大器用于将该直流输出端子v1和v2的电流信号与预先设定的初始参考电压vref进行比较；该时钟控制电路用于在该直流输出端子v1和v2的电流信号小于该初始参考电压vref的情况下，生成用于开通该mos管的第一控制信号s1、s2、s3、s4，以及生成用于关闭该第一比较器的第二控制信号st。由于本发明第二实施例的第二比较器的功能用途与第一实施例是一致的，所以在此不再赘述。

图6是根据本发明第二实施例的使用氮化镓管惠斯顿电桥的交流电流转换电路中的第三比较器的示意图。该第三比较器包括：第四运算放大器，用于根据该时钟控制电路生成的该第二控制信号st，比较该交流输入端子tc1和tc2的电流信号，得到差分信号；非交迭电路，用于根据来自该切换开关电路的切换开关信号tr1、tr2、tr3、tr4，修正该差分信号；以及氮化镓驱动器，用于根据所修正的差分信号，生成用于驱动该氮化镓管的驱动信号a1、a1bp、a1b、a1p。其中，在来自该切换开关电路的切换开关信号tr1、tr2、tr3、tr4为高电位的情况下，驱动该氮化镓管对输入的直流电流进行逆变以输出交流电流；在来自该切换开关电路的切换开关信号tr1、tr2、tr3、tr4为低电位的情况下，驱动该氮化镓管对输入的交流电流进行整流以输出直流电流。本发明实施例借助于切换开关电路的切换开关信号的高电位和低电位来切换氮化镓管的功能用途，该切换动作简便、快捷。

根据本发明的实施例，还提供了一种使用交流电流转换电路的电源适配器。该电源适配器包括：电源输入口，用于输入交流电流；使用氮化镓管的惠斯顿电桥和使用mos管的惠斯顿电桥，分别用于对该交流电流进行整流；电源输出口，用于输出经整流的直流电流；第一比较器，用于根据来自该电源输入口的电流信号，驱动氮化镓管；以及第二比较器，用于根据来自该电源输入口的电流信号以及经整流的直流电流的电流信号，驱动mos管并关闭该第一比较器。本发明实施例中的交流电流转换电路使用了氮化镓管惠斯顿电桥，由于氮化镓管的导通电阻小、速度快、耐高压并且散热快，因此使得该电源适配器更适合应用于大功率电器设备。

同时，使用氮化镓管取代二极管形成惠斯顿电桥的最大问题在于，在初始交流电流转换时第一比较器对交流输入端子tc1和tc2输入的交流电流的误判以及控制信号的时序问题，这可能造成交流电流转换的启动过程中断。因此，为了解决这个衍生出的问题，本发明实施例还提供了mos管惠斯顿电桥和第二比较器，以用作第一比较器的辅助电路。也就是说，在初始交流电流转换时，在氮化镓管惠斯顿电桥不动作时，mos管惠斯顿电桥进行低电流的转换，以稳定初始状况。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。