CN102455725B - 一种电压电流双环路控制装置以及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压电流双环路控制装置以及芯片，涉及集成电路领域。由于本发明实施例提供的电流电压双环路控制装置中，选择单元包括选择放大子单元和共模子单元，选择放大子单元用于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行放大，并作为控制信号输出给所述压控电阻，由于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行了放大，所以可以更加精确的控制压控电阻的阻值，进而提高电压电流双环路控制装置的控制精确性。

Description

一种电压电流双环路控制装置以及芯片

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种电压电流双环路控制装置以及芯片。 

背景技术

电压电流双环路控制装置目前在过流保护电路、充电器电路中得到广泛的应用。双环路控制装置在负反馈环路控制系统中，同时设置了电压采样模块和电流采样模块，根据电压采样模块或者电流采样模块的输出结果，控制负反馈系统输出恒压或者输出恒流，从而实现双环路控制。 

现有技术中，电压电流双环路控制装置，主要包括两种控制方式。一种为数字控制方式，在输出电流或电压满足一定条件时，强行切换至另一环路进行控制。这种切换方式的缺点是电压、电流环路切换不平滑，容易出现电压尖峰或者电流尖峰，影响控制装置的正常使用。另一种为模拟控制方式，通常是在多路运算放大器输出接二极管以隔离，进行环路选择，由于二极管的特性限制，对电压电流双环路控制装置的性能有一定的影响。 

在现有技术中模拟形式的电压电流双环路控制装置如图1所示。除电压电流双环路控制装置的负载101外，电压电流双环路控制装置中包括：电流采样转换单元102、电压采样单元103、比较放大单元104、选择单元105以及压控电阻106。其中：电流采样转换单元102采样通过负载101的电流获得以电压形式表现的电流采样信号；电压采样单元103采样负载101两端的电压获得电压采样信号；电压采样信号和以电压形式表现的电流采样信号输入比较放大单元104；选择单元105连接比较放大单元104的电压输出端和电流输出端，选择与基准电压比较放大后的电压采样信号和与基准电压比较放大后的电流采 样信号中较大的一个进行处理并输出至压控电阻106；压控电阻106连接在电路电压源和负载101之间，其控制压控电阻106阻值的控制端连接选择单元105的输出端。具体的： 

电流采样转换单元102连接负载101，对通过负载101的电流进行采样，并将得到的采样信号转换为电压信号，形成以电压形式表现的电流采样信号输入比较放大单元104。 

电压采样单元103连接在负载101两端，对负载两端的电压进行采样，并形成以电压形式表现的电压采样信号输入比较放大单元104。 

比较放大单元104将电压采样信号和电流采样信号分别减去基准电压后进行放大，输出比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流采样信号。比较放大单元通常使用运算放大器来实现。比较放大单元通常包括电流运算放大器1041和电压运算放大器1042。电流运算放大器1041的两个输入端分别连接电流采样信号和基准电压，输出比较放大后的电流采样信号；电压运算放大器1042的两个输入端分别连接电压采样信号和基准电压，输出比较放大后的电压采样信号。 

选择单元105连接比较放大单元，包括电流环路二极管1051、电压环路二极管1052以及电流沉1053。比较放大后的电流采样信号接入电流环路二极管1051的正极，比较放大后的电压采样信号接入电压环路二极管1052的正极，电流环路二极管1051和电压环路二极管1052的负极相连，连接电流沉1053的正极并通过电流沉1053接地，以及连接压控电阻106。 

压控电阻106连接选择单元105的输出端和电压源，压控电阻106的输出端连接负载101并输出电压。 

其中，由电流采样转换单元102、电流运算放大器1041、电流环路二极管1051与压控电阻106、负载101构成电流环路；由电压采样单元103、电压运算放大器1042、电压环路二极管1052与压控电阻106、负载101构成电压环路。 

在选择单元105中，由于电流环路二极管1051的负极和电压环路二极管1052的负极连接起来，根据二极管的单向导通性质，实现了对较大电压的选择，从而将比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流采样信号中较大的电压信号输入到压控电阻106中，从而实现对压控电阻106的控制。 

但是，为使得电流电压突然变化时对信号的有效选择，需要在二极管的负极连接电流沉1053。但是由于电流沉直接成为了比较放大单元104中的器件的负载，所以对比较放大单元104的输出造成一定的失真，影响双环路控制系统的精确性。 

同时，本发明的发明人发现，由于选择单元中的二极管对信号没有放大作用，也影响了双环路控制系统的精确性。 

本发明实施例提供一种电压电流双环路控制装置以及芯片，以提高电压电流双环路控制装置的控制精确性。 

一种电压电流双环路控制装置，包括：比较放大单元、选择单元以及压控电阻，其中： 

所述选择单元具体包括：选择放大子单元和共模电平子单元； 

所述选择放大子单元，用于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行放大，并将放大后的信号作为控制信号输出给所述压控电阻； 

所述共模电平子单元，用于为所述选择放大子单元提供共模电平。 

进一步，所述装置还包括电流采样转换单元、电压采样单元； 

所述电流采样转换单元，用于采样负载电流并转化为电压信号输出给所述比较放大单元； 

所述电压采样单元，用于采样负载电压并输出给所述比较放大单元。 

更进一步，所述比较放大单元包括基准电压源； 

所述比较放大单元，用于将所述电流采样转换单元输出的以电压形式表现 的电流采样信号与基准电压比较后进行放大并输出，将所述电压采样单元输出的电压采样信号与基准电压比较后进行放大并输出； 

所述压控电阻连接在电路电压源和负载之间。 

较佳的，所述选择放大子单元具体包括：电流环路MOS管、电压环路MOS管； 

所述电流环路MOS管的栅极连接所述比较放大单元的电流输出端； 

所述电压环路MOS管的栅极连接所述比较放大单元的电压输出端； 

所述电流环路MOS管的源极和电压环路MOS管的源极相连接； 

所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极相连接，并连接所述共模电平子单元； 

所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极作为输出端连接所述压控电阻的控制端。 

本发明实施例还提供一种芯片，该芯片使用本发明实施例所提供的电压电流双环路控制装置进行电压电流控制。 

本发明实施例提供一种电压电流双环路控制装置以及芯片，其选择单元包括选择放大子单元和共模子单元，选择放大子单元用于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行放大，并作为控制信号输出给所述压控电阻，由于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行了放大，所以可以更加精确的控制压控电阻的阻值，进而提高电压电流双环路控制装置的控制精确性。 

图1为现有技术中电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图2a为本发明实施例中采用PMOS管的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图2b为本发明实施例中采用NMOS管的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图3为与本发明实施例中实施例一相对应的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图4为与本发明实施例中实施例二相对应的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图5为与本发明实施例中实施例三相对应的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图； 

图6为与本发明实施例中实施例四相对应的电压电流双环路控制装置的电路结构示意图 

图7a和图7b为本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置的结构示意图。 

具体实施方式

本发明实施例提供一种电压电流双环路控制装置以及芯片，其选择单元包括选择放大子单元和共模子单元，选择放大子单元用于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行放大，并将放大后的信号作为控制信号输出给所述压控电阻，由于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行了放大，所以可以更加精确的控制压控电阻的阻值，进而提高电压电流双环路控制装置的控制精确性。 

并且，由于现有技术中二级管本身存在一定的压降，当比较放大单元的输出趋近于0或者趋近于电路电压源的电压时，经过选择单元后，选择单元输出的信号是无法趋近于0或者趋近于电路电压源的电压的，所以在极端情况下，难以实现精确控制。而本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置，进一步使用MOS电路来实现选择单元，将比较放大单元输出的信号连接至MOS管的栅极，由于MOS管的栅极电流为0，所以避免了为比较放大单元中的器件增加负载，同时通过MOS管的饱和特性和截止特性实现对比较放大后的电压 采样信号和比较放大后的电流采样信号的选择输出，进而提高双环路控制系统的精确性。 

同时，使用了差分电路，充分利用MOS管的特性，当比较放大单元的输出趋近于电路电压源的电压值时，相应的MOS管会完全导通，从而使得MOS管的漏极输出也趋近于电路电压源的电压值；当比较放大单元的输出趋近于0时，相应的MOS管截止，若比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流采样信号均趋近于0，MOS管的漏极输出也趋近于0，从而又能实现极端情况的精确控制。 

如图7a，本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置包括：比较放大单元104，选择单元105以及压控电阻106，其中： 

选择单元105具体包括：选择放大子单元1057和共模电平子单元1056；选择放大子单元1057用于对比较放大单元的输出信号中较大的信号进行放大，并将放大后的信号作为控制信号输出给压控电阻106；共模电平子单元1056用于为选择放大子单元1057提供共模电平。 

选择放大子单元1057连接在电路电压源和共模电平子单元1056之间，共模电平子单元1056另一端接地，或者，也可以如图7b所示，选择放大子单元1057连接在地和共模电平子单元1056之间，共模电平子单元1056另一端连接电路电压源。 

电压电流双环路控制装置中还包括：电流采样转换单元102、电压采样单元103，其中：电流采样转换单元102用于采样负载101的电流并转化为电压信号输出给比较放大单元104；电压采样单元103用于采样负载101两端的电压并输出给比较放大单元104。 

比较放大单元104中包括基准电压源，比较放大单元104用于将电流采样转换单元102输出的电流采样信号与基准电压比较后进行放大并输出，将电压采样单元103输出的电压采样信号与基准电压比较后进行放大并输出； 

压控电阻106连接在电路电压源和负载101之间。 

本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置中，如图2a所示，包括电流采样转换单元102、电压采样单元103、比较放大单元104、选择单元105以及压控电阻106，并示出了双环路控制电路的负载101。其中：电流采样转换单元102对通过负载101的电流进行采样获得以电压形式表现的电流采样信号，电压采样单元103对负载101两端的电压进行采样获得电压采样信号，将电流采样信号和电压采样信号输入比较放大单元104；选择单元105连接比较放大单元104的电压输出端和电流输出端，从与基准电压比较放大后的电压采样信号和与基准电压比较放大后的电流采样信号中选择较大的一个信号进行处理并输出至压控电阻106，压控电阻106连接在电路电压源和负载101之间，其控制压控电阻阻值的控制端连接选择单元105的输出端，当然，也可以采用其它具有类似功能的电路结构来实现电流采样转换单元102、电压采样单元103、比较放大单元104以及压控电阻106的功能。 

如图2a所示，在本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置中： 

比较放大单元104具体包括电流环路放大器1043、电压环路放大器1044以及基准电压源1045。电流环路放大器1043的两个输入端分别接入电流采样信号和基准电压，输出端输出比较放大后的电流采样信号。电压环路放大器1044的两个输入端分别接入电压采样信号和基准电压，输出端输出比较放大后的电压采样信号。比较放大后的电流采样信号和比较放大后的电压采样信号通常为交流小信号。 

电流环路放大器1043和电压环路放大器1044既可以使用运算放大器实现，也可以使用单倍放大器。 

当使用运算放大器时，比较放大单元104包括：电压运算放大器、电流运算放大器和基准电压源。电压运算放大器的一个输入端接入电压采样信号，另一个输入端连接基准电压源的正极，输出端为比较放大单元的电压输出端。电流运算放大器的一个输入端接入电流采样信号，另一个输入端连接基准电压源的正极，输出端为比较放大单元的电流输出端。基准电压源的负极接地。 

当使用单倍放大器时，比较放大单元104包括：电压单倍放大器、电流单倍放大器和基准电压源。电压单倍放大器的一个输入端接入电压采样信号，另一个输入端连接基准电压源的正极，输出端为比较放大单元的电压输出端。电流单倍放大器的一个输入端接入电流采样信号，另一个输入端连接基准电压源的正极，输出端为比较放大单元的电流输出端。基准电压源的负极接地。当然，本领域技术人员还可以使用其它具有比较放大功能的器件来实现相应的功能。 

具体的，为进一步在比较放大单元的输出趋近于电路电压源的电压值或趋近于0时，仍可以实现精确控制，可以使用MOS管来实现选择放大子单元1057，此时，如图2a所示，选择放大子单元1057包括电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055。选择单元105连接在电路电压源与地之间，具体包括：电流环路MOS管1054、电压环路MOS管1055和用于产生共模信号的共模电平子单元1056。比较放大单元104的电压输出端连接电压环路MOS管1055的栅极，比较放大单元104的电流输出端连接电流环路MOS管1054的栅极，电流环路MOS管1054的源极和电压环路MOS管1055的源极相连接、电流环路MOS管1054的漏极和电压环路MOS管1055的漏极相连接，并连接共模电平子单元，电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055的漏极作为输出端连接压控电阻。 

具体的，图2a中，电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055均使用PMOS管，共模电平子单元1056的输入端连接电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055的漏极，共模电平子单元1056的输出端接地，电流环路MOS管1054的源极和电压环路MOS管1055的源极连接电路电压源。 

这样，电流采样转换单元102、电流环路放大器1043、电流环路MOS管1054和负载101、压控电阻106便构成了电流环路；电压采样单元103、电压环路放大器1044、电压环路MOS管1055和负载101、压控电阻106便构成了电压环路。 

当然在实际使用中，还需要添加一些其它的辅助器件以实现相应的功能， 所添加的器件为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。 

当电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055均使用NMOS管，本发明实施例提供的电压电流双环路控制装置则如图2b所示。同样包括电流采样转换单元102、电压采样单元103、比较放大单元104、选择单元105以及压控电阻106，并示出了双环路控制电路的负载101。其中：电流采样转换单元102对通过负载101的电流进行采样获得以电压形式表现的电流采样信号。电压采样单元103对负载101两端的电压进行采样获得电压采样信号。将电流采样信号和电压采样信号输入比较放大单元104。选择单元105连接比较放大单元104的电压输出端和电流输出端，从与基准电压比较放大后的电压采样信号和与基准电压比较放大后的电流采样信号中选择较大的一个信号进行处理并输出至压控电阻106，压控电阻106连接在电路电压源和负载101之间，其控制压控电阻阻值的控制端连接选择单元105的输出端。当然，也可以采用其它具有类似功能的电路结构来实现电流采样转换单元102、电压采样单元103、比较放大单元104以及压控电阻106的功能。 

其中： 

比较放大单元104具体包括电流环路放大器1043、电压环路放大器1044以及基准电压源1045。电流环路放大器1043的两个输入端分别接入电流采样信号和基准电压，输出端输出比较放大后的电流采样信号。电压环路放大器1044的两个输入端分别接入电压采样信号和基准电压，输出端输出比较放大后的电压采样信号。比较放大后的电流采样信号和比较放大后的电压采样信号通常为交流小信号。 

同样，电流环路放大器1043和电压环路放大器1044既可以使用运算放大器实现，也可以使用单倍放大器。 

选择单元105连接在电路电压源与地之间，具体包括：电流环路MOS管1054、电压环路MOS管1055和用于产生共模信号的共模电平子单元1056。比较放大单元104的电压输出端连接电压环路MOS管1055的栅极，比较放大 单元104的电流输出端连接电流环路MOS管1054的栅极。电流环路MOS管1054的源极和电压环路MOS管1055的源极相连接。电流环路MOS管1054的漏极和电压环路MOS管1055的漏极相连接，并连接共模电平子单元。电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055的漏极作为输出端连接压控电阻。 

具体的，图2b中，电流环路MOS管1054和电压环路MOS管1055均使用NMOS管。共模电平子单元1056的输出端连接电流环路MOS管1054的漏极和电压环路MOS管1055的漏极，共模电平子单元1056的输入端连接电路电压源，电流环路MOS管1054的源极和电压环路MOS管1055的源极接地。 

这样，电流采样转换单元102、电流环路放大器1043、电流环路MOS管1054和负载101、压控电阻106便构成了电流环路。电压采样单元103、电压环路放大器1044、电压环路MOS管1055和负载101、压控电阻106便构成了电压环路。 

同样在实际使用中，还需要添加一些其它的辅助器件以实现相应的功能，所添加的器件为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。 

共模电平子单元1056可以采用电流沉，也可以使用其它具有类似作用的电路结构。下面通过几个较佳的实施例具体进行说明： 

实施例一、 

该实施例中电流环路MOS管3054和电压环路MOS管3055使用PMOS管，并采用电流沉来实现共模电平子单元1056的功能。 

如图3所示，此时，电路中选择单元305中具体包括：电流环路MOS管3054、电压环路MOS管3055和电流沉3056，比较放大单元304的电压输出端连接电压环路MOS管3055的栅极，比较放大单元304的电流输出端连接电流环路MOS管3054的栅极，电流环路MOS管3054的源极和电压环路MOS管3055的源极相连接，并连接电路电压源，电流环路MOS管3054的漏极和电压环路MOS管3055的漏极相连接，并连接电流沉3056的正极，电流沉3056的负极接地，电流环路MOS管3054的漏极和电压环路MOS管3055的漏极 作为输出端连接压控电阻306。 

当负载301的电流经采样转化成的电压信号大于负载301两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元305中的电流环路MOS管3054进入饱和区，电压环路MOS管3055进入截止区，比较放大单元304输出的交流小信号形式的比较放大后的电流采样信号通过电流环路MOS管3054放大后控制压控电阻306，从而将通过负载的电流稳定在设定值。 

当负载301的电流经采样转化成的电压信号小于负载301两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元305中的电压环路MOS管3055进入饱和区，电流环路MOS管3054进入截止区，比较放大单元304输出的交流小信号形式的比较放大后的电压采样信号通过电压环路MOS管3055放大后控制压控电阻306，从而将负载两端的电压值稳定在设定值。 

由于电压环路和电流环路切换时是平滑的模拟过程，并且在比较放大单元304的输出端没有传统的二极管，所以任意一个环路在工作时，都不会因器件的压降而导致系统失调，同时，由于选择单元305的输出没有摆幅限制，所以选择单元305的输出可以实现在电源和地之间浮动，从而实现精确的调节。 

虽然电路中仍然有电流沉，但是由于MOS管的栅极没有电流，所以比较放大单元304没有负载，所以选择单元305中的器件不会影响比较放大单元304的性能。 

在该实施例中，比较放大单元304中使用运算放大器较好，如果使用单倍放大器，由于放大倍数较低，则需要较灵敏的压控电阻。当然，本领域技术人员可以根据电路的实际应用以及相关的器件来选择合适的放大器和压控电阻。 

实施例二、 

该实施例中电流环路MOS管4054和电压环路MOS管4055使用NMOS管，并采用电流沉来实现共模电平子单元1056的功能。 

如图4所示，此时，电路中选择单元405中具体包括：电流环路MOS管4054、电压环路MOS管4055和电流沉4056，比较放大单元404的电压输出 端连接电压环路MOS管4055的栅极，比较放大单元404的电流输出端连接电流环路MOS管4054的栅极，电流环路MOS管4054的源极和电压环路MOS管4055的源极相连接，并接地，电流环路MOS管4054的漏极和电压环路MOS管4055的漏极相连接，并连接电流沉4056的负极，电流沉4056的正极连接电路电压源，电流环路MOS管4054的漏极和电压环路MOS管4055的漏极作为输出端连接压控电阻406。 

当负载401的电流经采样转化成的电压信号大于负载401两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元405中的电流环路MOS管4054进入饱和区，电压环路MOS管4055进入截止区，比较放大单元404输出的交流小信号形式的比较放大后的电流采样信号通过电流环路MOS管4054放大后控制压控电阻406，从而将通过负载的电流稳定在设定值。 

当负载401的电流经采样转化成的电压信号小于负载401两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元405中的电压环路MOS管4055进入饱和区，电流环路MOS管4054进入截止区，比较放大单元404输出的交流小信号形式的比较放大后的电压采样信号通过电压环路MOS管4055放大后控制压控电阻406，从而将负载两端的电压值稳定在设定值。 

由于电压环路和电流环路切换时是平滑的模拟过程，并且在比较放大单元404的输出端没有传统的二极管，所以任意一个环路在工作时，都不会因器件的压降而导致系统失调，同时，由于选择单元405的输出没有摆幅限制，所以选择单元405的输出可以实现在电源和地之间浮动，从而实现精确的调节。 

虽然电路中仍然有电流沉，但是由于MOS管的栅极没有电流，所以比较放大单元404没有负载，所以选择单元405中的器件不会影响比较放大单元404的性能。 

在该实施例中，同样在比较放大单元404中的电流环路放大器4043和电压环路放大器4044使用运算放大器较好，如果使用单倍放大器，由于放大倍数较低，则需要较灵敏的压控电阻。当然，本领域技术人员可以根据电路的实 际应用以及相关的器件来选择合适的放大器和压控电阻。 

以下实施例采用MOS管和电压源来实现共模电平子单元1056的功能，其中电压源用于提供共模电压，该共模电平子单元1056还进一步具有对比较放大单元104输出的信号进行放大的作用，所以此时，共模电平子单元1056还连接比较放大单元104的电流输出端和电压输出端。 

实施例三、 

该实施例中电流环路MOS管5054和电压环路MOS管5055使用PMOS管，并采用MOS管和电压源来实现共模电平子单元1056的功能。 

如图5所示，此时，电路中选择单元505中具体包括：电流环路MOS管5054、电压环路MOS管5055、第一放大MOS管5056、第二放大MOS管5057、第一电压源5058和第二电压源5059，其中，比较放大单元504的电压输出端连接电压环路MOS管5055的栅极，比较放大单元504的电流输出端连接电流环路MOS管5054的栅极，电流环路MOS管5054的源极和电压环路MOS管5055的源极相连接，并连接电路电压源，电流环路MOS管5054的漏极和电压环路MOS管5055的漏极相连接，并连接第一放大MOS管5056的漏极，第一放大MOS管5056的源极连接第二放大MOS管5057的漏极，第二放大MOS管5057的源极接地，第一放大MOS管5056的栅极连接第一电压源5058的负极，第一电压源5058的正极连接电流环路MOS管5051的栅极，第二放大MOS管5057的栅极连接第二电压源5059的负极，第二电压源5059的正极连接电压环路MOS管5052的栅极。电流环路MOS管5054的漏极和电压环路MOS管5055的漏极作为输出端连接压控电阻506。 

通常第一放大MOS管5056和第二放大MOS管5057使用NMOS管实现，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。 

当负载501的电流经采样转化成的电压信号大于负载501两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元505中的电流环路MOS管5054进入饱和区，电压环路MOS管5055进入截止区，共模电平子单元5053中的第二放大MOS 管5057进入线性区，相当于线性电阻。比较放大单元504输出的交流小信号形式的比较放大后的电流采样信号通过电流环路MOS管5054和第一放大MOS管5056放大后控制压控电阻506，从而将通过负载的电流稳定在设定值。 

当负载501的电流经采样转化成的电压信号小于负载501两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元505中的电压环路MOS管5055进入饱和区，电流环路MOS管5054进入截止区，共模电平子单元5053中的第一放大MOS管5056进入线性区，相当于线性电阻。比较放大单元504输出的交流小信号形式的比较放大后的电压采样信号通过电压环路MOS管5055和第二放大MOS管5057放大后控制压控电阻506，从而将负载两端的电压值稳定在设定值。 

由于电压环路和电流环路切换时是平滑的模拟过程，在比较放大单元504的输出端和选择单元505的输出端均无负载电流，所以任意一个环路在工作时，都不会出现系统失调。因为选择单元505的输出没有摆幅限制，所以选择单元505的输出可以在电源和地之间浮动，从而实现精确的调节。并且该反馈环路为2级结构，是稳定的系统，不需要环路补偿。 

并且，使用该这种电路结构时，所需要的辅助器件也较少，实现电路时相对比较容易，降低了电路的复杂度。 

在该实施例中，由于第一放大MOS管5056或第二放大MOS管5057也起到放大作用，所以比较放大单元504中的电流环路放大器5043和电压环路放大器5044使用单倍放大器较好，如果使用运算放大器，由于放大倍数较高，则需要灵敏度较低的压控电阻。当然，本领域技术人员可以根据电路的实际应用以及相关的器件来选择合适的放大器和压控电阻。 

实施例四、 

该实施例中电流环路MOS管6054和电压环路MOS管6055使用NMOS管，并采用MOS管和电压源来实现共模电平子单元1056的功能。 

如图6所示，此时，电路中选择单元605中具体包括：电流环路MOS管 6054、电压环路MOS管6055、第一放大MOS管6056、第二放大MOS管6057、第一电压源6058和第二电压源6059，其中，比较放大单元604的电压输出端连接电压环路MOS管6055的栅极，比较放大单元604的电流输出端连接电流环路MOS管6054的栅极，电流环路MOS管6054的源极和电压环路MOS管6055的源极相连接，并接地，电流环路MOS管6054的漏极和电压环路MOS管6055的漏极相连接，并连接第二放大MOS管6057的源极，第二放大MOS管6057的漏极连接第一放大MOS管6056的源极，第一放大MOS管6056的漏极连接电路电压源，第一放大MOS管6056的栅极连接第一电压源6058的负极，第一电压源6058的正极连接电流环路MOS管6051的栅极，第二放大MOS管6057的栅极连接第二电压源6059的负极，第二电压源6059的正极连接电压环路MOS管6052的栅极。电流环路MOS管6054的漏极和电压环路MOS管6055的漏极作为输出端连接压控电阻606。 

通常第一放大MOS管5056和第二放大MOS管5057使用NMOS管实现，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。 

当负载601的电流经采样转化成的电压信号大于负载601两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元605中的电流环路MOS管6054进入饱和区，电压环路MOS管6055进入截止区，共模电平子单元6053中的第二放大MOS管6057进入线性区，相当于线性电阻。比较放大单元604输出的交流小信号形式的比较放大后的电流采样信号通过电流环路MOS管6054和第一放大MOS管6056放大后控制压控电阻606，从而将通过负载的电流稳定在设定值。 

当负载601的电流经采样转化成的电压信号小于负载601两端的电压采样得到的电压信号时，选择单元605中的电压环路MOS管6055进入饱和区，电流环路MOS管6054进入截止区，共模电平子单元6053中的第一放大MOS管6056进入线性区，相当于线性电阻。比较放大单元604输出的交流小信号形式的比较放大后的电压采样信号通过电压环路MOS管6055和第二放大MOS管6057放大后控制压控电阻606，从而将负载两端的电压值稳定在设定 值。 

由于电压环路和电流环路切换时是平滑的模拟过程，在比较放大单元604的输出端和选择单元605的输出端均无负载电流，所以任意一个环路在工作时，都不会出现系统失调。因为选择单元605的输出没有摆幅限制，所以选择单元605的输出可以在电源和地之间浮动，从而实现精确的调节。并且该反馈环路为2级结构，是稳定的系统，不需要环路补偿。 

并且，使用该这种电路结构时，所需要的辅助器件也较少，实现电路时相对比较容易，降低了电路的复杂度。 

在该实施例中，由于第一放大MOS管6056或第二放大MOS管6057也起到放大作用，所以比较放大单元604中的电流环路放大器6043和电压环路放大器6044使用单倍放大器较好，如果使用运算放大器，由于放大倍数较高，则需要灵敏度较低的压控电阻。当然，本领域技术人员可以根据电路的实际应用以及相关的器件来选择合适的放大器和压控电阻。 

另外，本发明实施例还提供一种芯片，该芯片使用本发明实施例中提供的电流电压双环路控制装置进行电流和电压的控制，可以广泛适用于充电设备等设备中，以使得在充电等过程中实现较佳的电流和电压控制。 

本发明实施例提供一种电流电压双环路控制装置以及芯片，使用MOS电路来实现选择单元105，将比较放大单元104输出的比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流采样信号分别连接到两个MOS管的栅极，由于MOS管的栅极电流为0，所以避免了为比较放大单元104中的器件增加负载，同时通过MOS管的饱和特性和截止特性实现对比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流采样信号的选择输出，进而提高双环路控制系统的精确性。 

同时，使用了差分电路，充分利用MOS管的特性，当比较放大单元的输出趋近于电路电压源的电压值时，相应的MOS管完全导通，从而使得MOS管的漏极输出也趋近于电路电压源的电压值，当比较放大单元的输出趋近于0时，相应的MOS管截止，若比较放大后的电压采样信号和比较放大后的电流 采样信号均趋近于0，MOS管的漏极输出也趋近于0，从而实现极端情况的精确控制。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (15)

1.一种电压电流双环路控制装置，包括：比较放大单元、选择单元以及压控电阻，其特征在于， 

所述选择单元具体包括：选择放大子单元和共模电平子单元； 

所述选择放大子单元，用于对比较放大单元的输出信号中电压值较大的信号进行放大，并将放大后的信号作为控制信号输出给所述压控电阻； 

所述共模电平子单元，用于为所述选择放大子单元提供共模电平。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电流采样转换单元、电压采样单元； 

所述电流采样转换单元，用于采样负载电流并转化为电压信号输出给所述比较放大单元； 

所述电压采样单元，用于采样负载电压并输出给所述比较放大单元。 

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述比较放大单元包括基准电压源； 

所述比较放大单元，用于将所述电流采样转换单元输出的以电压形式表现的电流采样信号与基准电压比较后进行放大并输出，将所述电压采样单元输出的电压采样信号与基准电压比较后进行放大并输出； 

所述压控电阻连接在电路电压源和负载之间。 

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于， 

所述选择放大子单元具体包括：电流环路MOS管、电压环路MOS管； 

所述电流环路MOS管的栅极连接所述比较放大单元的电流输出端； 

所述电压环路MOS管的栅极连接所述比较放大单元的电压输出端； 

所述电流环路MOS管的源极和电压环路MOS管的源极相连接； 

所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极相连接，并连接所述共模电平子单元； 

所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极作为输出端连接 所述压控电阻的控制端。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述电流环路MOS管和电压环路MOS管均为PMOS管；

所述共模电平子单元另一端接地；

所述电流环路MOS管和电压环路MOS管的源极连接电路电压源。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元具体为电流沉；

所述电流沉的正极连接所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极，负极接地。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元还连接所述比较放大单元的电压输出端和电流输出端，用于对所述比较放大单元输出的信号进行放大。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元具体包括：第一放大MOS管、第二放大MOS管，第一电压源和第二电压源；其中，

所述第一放大MOS管的漏极连接所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极；

所述第一放大MOS管的源极连接所述第二放大MOS管的漏极；

所述第二放大MOS管的源极接地；

所述第一放大MOS管的栅极连接所述第一电压源的负极；

所述第二放大MOS管的栅极连接所述第二电压源的负极；

所述第一电压源的正极连接所述电流环路MOS管的栅极；

所述第二电压源的正极连接所述电压环路MOS管的栅极。

9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述电流环路MOS管和电压环路MOS管均为NMOS管；

所述共模电平子单元另一端连接电压源； 

所述电流环路MOS管和电压环路MOS管的源极接地。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元具体为电流沉；

所述电流沉的负极连接所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极，正极连接电压源。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元还连接所述比较放大单元的电压输出端和电流输出端，用于对所述比较放大单元输出的信号进行放大。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述共模电平子单元具体包括：第一放大MOS管、第二放大MOS管，第一电压源和第二电压源，其中，

所述第一放大MOS管的源极连接所述电流环路MOS管的漏极和电压环路MOS管的漏极；

所述第一放大MOS管的源极连接所述第二放大MOS管的漏极；

所述第二放大MOS管的源极连接所述电路电压源；

所述第一放大MOS管的栅极连接所述第一电压源的负极；

所述第二放大MOS管的栅极连接所述第二电压源的负极；

所述第一电压源的正极连接所述电流环路MOS管的栅极；

所述第二电压源的正极连接所述电压环路MOS管的栅极。

13.如权利要求3-10任一所述的装置，其特征在于，所述比较放大单元具体包括：电压运算放大器、电流运算放大器和基准电压源；

所述电压运算放大器的一个输入端接入电压采样信号，另一个输入端连接所述基准电压源的正极，输出端为所述比较放大单元的电压输出端；

所述电流运算放大器的一个输入端接入电流采样信号，另一个输入端连接所述基准电压源的正极，输出端为所述比较放大单元的电流输出端；

所述基准电压源的负极接地。 

14.如权利要求3-10任一所述的装置，其特征在于，所述比较放大单元具体包括：电压单倍放大器、电流单倍放大器和基准电压源；

所述电压单倍放大器的一个输入端接入电压采样信号，另一个输入端连接所述基准电压源的正极，输出端为所述比较放大单元的电压输出端；

所述电流单倍放大器的一个输入端接入电流采样信号，另一个输入端连接所述基准电压源的正极，输出端为所述比较放大单元的电流输出端；

所述基准电压源的负极接地。

15.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1-14任一所述的电压电流双环路控制装置。 

Images