CN105320196A - 电流控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电流控制装置，其用于调节在负载与外部电路之间流动的电流，该电流控制装置包括：电流控制回路，其具有用于控制在负载与外部电路之间流动的电流量的电流调节器；以及电压控制回路，其具有用于控制横跨电流调节器两端的电压的电压调节器。

Description

电流控制装置
技术领域
本发明涉及电流控制装置，并具体地但非排他地涉及无损有源电流源和/或电流吸收器。
背景技术
电流控制电路通常设置在电流源和电路之间，以用于从电路吸收电流，或用于将电流传递到电路。理想的电流控制电路可调节电流源与电路之间的电流，从而提供快速的动态响应、低噪声、以及高能效的电流控制。
目前，这些电流控制电路利用线性型的串联电源设备(lineartypeseries-passdevice)或利用开关模式电源(switched-modepowersupply)以控制电流。
线性型的线性电源设备一般可提供快速的动态响应、小的输出波纹电流和低的输出噪声，且它们不需要输出滤波器。然而，线性电源设备存在低能效和较低的能量密度的问题。此外，线性电源设备仅允许单向的能量流动，这在双向操作中是不理想的。
另一方面，开关模式电源通常具有高能效和比较高的能量密度，且由于它们允许双向操作，因此相同的电路可被同时用作电流源和电流吸收器。然而，开关模式电源具有比较慢的动态响应、比较大的输出波纹电流和相对高的开关噪声。另外，开关模式电源往往需要比较大的输出滤波器。
本发明的目的是为了解决该需要，或者更具体地，提供改进的电流控制装置以用于调节电流源与电路之间的电流。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种电流控制装置，其用于调节在负载与外部电路之间流动的电流，该电流控制装置包括：电流控制回路，其具有用于控制在负载与外部电路之间流动的电流量；以及电压控制回路，其具有用于控制横跨电流调节器两端的电压的电压调节器。
在第一方面的一个实施例中，电压控制回路用于控制横跨电流调节器的电压，以使横跨电流调节器的电压最小化。
在第一方面的一个实施例中，电流控制装置用于调节从负载传递到外部电路或从外部电路传递到负载的电流量。
在第一方面的一个实施例中，电流控制回路用于控制在负载与外部电路之间流动的电流，以使电流量大体上与预设的电流值匹配。
在第一方面的一个实施例中，电流控制回路进一步包括：电流检测器，其用于检测在负载与外部电路之间流动的电流量；和电流控制器，其用于将所检测到的电流量与预设的电流值比较，以及用于将控制信号输出到电流调节器，以控制电流调节器的输出电流，从而控制在负载与外部电路之间流动的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
在第一方面的一个实施例中，电压控制回路用于控制横跨电流调节器的电压，以使横跨电流调节器的电压大体上与预设的电压值相匹配。
在第一方面的一个实施例中，电压控制回路进一步包括：电压传感器，其用于检测横跨电流调节器的电压；以及电压控制器，其用于将所检测到的横跨电流调节器的电压与预设的电压值比较，并用于将控制信号输出到电压调节器以控制电压调节器的输出电压(例如，通过控制开关频率和/或占空比)，从而控制横跨电流调节器的电压，以使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
在第一方面的一个实施例中，电压调节器的输出电压被控制成大体上与横跨外部电路的电压相匹配。
在第一方面的一个实施例中，电流调节器包括线性型的电源装置。
在第一方面的一个实施例中，电流调节器包括双极性结型晶体管。
在第一方面的一个实施例中，在负载与外部电路之间流动的电流为双极性结型晶体管的集电极电流。
在第一方面的一个实施例中，电流控制器用于控制双极性结型晶体管的基极电流量，以控制双极性结型晶体管的集电极电流量。
在第一方面的一个实施例中，电流控制器包括比例积分(PI)控制器。
在第一方面的一个实施例中，电压调节器包括开关模式电压变换器。
在第一方面的一个实施例中，电压传感器用于检测双极性结型晶体管的集-射极电压；以及电压控制器用于控制开关模式电压变换器的输出电压(例如，通过控制开关频率和/或占空比)，以使双极性结型晶体管的集-射极电压最小化。
在第一方面的一个实施例中，开关模式电压变换器包括降压变换器，其具有MOSFET开关，以用于控制双极性结型晶体管的集-射极电压。
在第一方面的一个实施例中，负载包括电池或电阻组件。
在第一方面的一个实施例中，电流控制装置用于同时调节从负载传递到外部电路的电流量和从外部电路传递到负载的电流量。
在第一方面的一个实施例中，电压调节器包括双向开关模式电压变换器。
在第一方面的一个实施例中，电流调节器包括并联连接的两个单方向线性电源设备，单方向线性电源设备中的每一个用于使得电流在其中一个方向上流动。也就是说，两个单方向线性电源设备使得电流在不同的方向上流动。
在第一方面的一个实施例中，电压传感器用于检测横跨两个单方向线性电源设备的电压。
在第一方面的一个实施例中，两个单方向线性电源设备为双极性结型晶体管。
根据本发明的第二方面，提供一种电流源控制装置，其用于调节从电源传递到外部电路的电流，电流源控制装置包括：电流控制回路，其用于控制从所述电源流动到所述外部电路的电流量的双极性结型晶体管；电压控制回路，其用于控制横跨所述双极性结型晶体管的电压以使横跨所述双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
在第二方面的一个实施例中，电流控制回路进一步包括：电流检测器，其用于检测从电源流动到外部电路的电流量；以及电流控制器，其用于将所检测到的电流量与预设的电流值比较，以及用于将控制信号输出到双极性结型晶体管，以控制双极性结型晶体管的输出电流，从而控制从电源流动到外部电路的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
在第二方面的一个实施例中，电压控制回路进一步包括：电压传感器，其用于检测横跨双极性结型晶体管的电压；以及电压控制器，其用于将所检测到的横跨双极性结型晶体管的电压与预设的电压值比较，以及用于将输出信号输出到开关模式电压变换器，以控制开关模式电压变换器的输出电压(例如，通过控制开关频率和/或占空比)，从而控制横跨双极性结型晶体管的电压以使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
根据本发明的第三方面，提供一种电流吸收器控制装置，其用于调节从外部电路传递到负载的电流，该电流吸收器控制装置包括：电流控制回路，其具有用于控制从所述外部电路流动到所述负载的电流量的双极性结型晶体管；以及电压控制回路，其具有用于控制横跨所述双极性结型晶体管的电压以便使横跨所述双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
在第三方面的一个实施例中，电流控制回路进一步包括：电流检测器，其用于检测从外部电路流动到负载的电流量；以及电流控制器，其用于将所检测到的电流量与预设的电流值比较，以及用于将控制信号输出到双极性结型晶体管，以控制双极性结型晶体管的输出电流，从而控制从外部电路流动到负载的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
在第三方面的一个实施例中，电压控制回路进一步包括：电压传感器，其用于检测横跨双极性结型晶体管的电压；以及电压控制器，其用于将所检测到的横跨双极性结型晶体管的电压与预设的电压值比较，以及用于将控制信号输出到开关模式电压变换器，以控制开关模式电压变换器的输出电压(例如，通过控制开关频率和/或占空比)，从而控制横跨双极性结型晶体管的电压，以使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
在第三方面的一个实施例中，负载包括电池或电阻组件。
根据本发明的第四方面，提供一种双向电流控制装置，其用于控制从外部电路传递到负载或从负载传递到外部电路的电流，该双向电流控制装置包括：电流控制回路，其具有两个并联连接的双极性结型晶体管，每一个所述双极性结型晶体管都设置成使得电流在一个方向上流动，所述双极性结型晶体管用于控制从所述外部电路流动到所述负载或从所述负载流动到所述外部电路的电流量；以及电压控制回路，其用于控制横跨所述双极性结型晶体管中的至少一个的电压以使所述横跨至少一个双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
附图说明
现将参考附图并通过展示例的方式来描述本发明的实施方式，其中：
图1A展示出了一个基本的电流源的电路图；
图1B展示出了一个基本的电流吸收器的电路图；
图2展示出了被用作电流调节器以实现图1A的电流源ICS的可变电压变换器和相关的控制电路的电路图；
图3展示出了用于实施图2的电流调节器的线性电源设备的电路图；
图4展示出了采用双极性结型晶体管作为图3中的线性电源设备的电路图；
图5展示出了图4的电流调节器的详细电路结构的电路图；
图6展示出了用于实现图1A的电流源ICS的开关模式电压变换器的电路图；
图7展示出了被用作电流调节器以实现图1B的电流吸收器ICS的可变电压变换器和相关的控制电路的电路图；
图8展示出了用于实施图7的电流调节器的线性电源设备的电路图；
图9展示出了采用双极性结型晶体管作为图8中的线性电源设备的电路图；
图10展示出了用于实现图1B的电流吸收器ICS的开关模式电压变换器和其相关的控制电路的电路图；
图11展示出了根据本发明的一个实施例被用作电流调节器以实现电流源的开关模式电压变换器、线性电源设备及它们的相关控制电路的混合结构的电路图；
图12展示出了根据本发明的一个实施例被用作电流调节器以实现电流吸收器的开关模式电压变换器、线性电源设备及它们的相关控制电路的混合结构的电路图；
图13展示出了根据本发明的一个实施例的图12的详细电路结构的电路图，其中，降压变换器被用作开关模式电压变换器，及双极性结型设备被用作线性电源设备；以及
图14展示出了根据本发明的一个实施例的集成的电流源和电流吸收器的电路图。
具体实施方式
图1A展示出了一个基本的电流源ICS的电路100A。在图1A中，电流源ICS被设置成独立于横跨电流源ICS的电压vin来将电流ix传递到电路102A。
图1B展示出了一个基本的电流吸收器ICS的电路100B。在图1B中，电流吸收器ICS被设置成独立于横跨电流吸收器ICS的电压vin来从电路102B吸收电流ix。
图2展示出了用于实现将电能传递到图1A的外部电路102A的电流源ICS的可变电压变换器(VVC)202和相关的控制电路204。如图2中所展示的，可变电压变换器202由电压源vdc供电。通过控制可变电压变换器202的输出电压来调节输出电流ix。在操作中，控制电路204首先检测输出电流ix，然后产生需要的命令/信号并将其输出到可变电压变换器202，以提供所需要的电压。具体地，如果所检测的电流ix低于预设的输出电流，控制电路204将命令可变电压变换器202提供较高的输出电压，以提高输出电流ix。相反地，如果所检测的电流ix高于预设的输出电流，控制电路204将命令可变电压变换器202提供较低的输出电压，以降低输出电流ix。
要实施图2中所展示的可变电压变换器202有两种主要的方法。第一种方法为使用线性电源设备来控制来自电压源vdc的输出电流ix，而第二种方法是基于利用开关模式电压变换器来控制输出电流ix。
图3展示出了用于实施图2的电流调节器200的线性电源设备302。具体来说，图2的可变电压变换器由图3中的线性电源设备302实现，该线性电源设备302被设置成利用外部信号控制流过它的电流的大小。如图3中所展示，线性电源设备302与电压源vdc串联连接。流过线性电源设备302的电流ix可由控制信号vc控制。
图4展示出了用作图3的展示例性线性电源设备的双极性结型晶体管(BJT)。该双极性结型晶体管在图4中被标识为T。该双极性结型晶体管用于在线性模式下运行，其集电极电流ix取决于其基极电流ib，如
ix＝βib(等式1)
其中，β为双极性结型晶体管T的电流增益。
为了调节输出电流ix，可采用简单的反馈机制(如图4中所展示的)。具体地，在操作中，电流源ix被电流检测器402检测，且随后通过比较器404与参考电流Ix,ref比较。所检测到的电流ix与参考电流Ix,ref之间的差值由电流控制器“i-控制器”406处理，以控制双极性结型晶体管T的基极电流ib，并因此控制双极性结型晶体管T的输出电流ix。在操作中，如果输出电流ix小于参考电流Ix,ref，控制器406将增加双极性结型晶体管T的基极电流ib，以增加输出电流ix。相反地，如果输出电流ix高于参考电流Ix,ref，控制器406减小双极性结型晶体管T的基极电流ib，以降低输出电流ix。该电流控制回路的电流调节的总体效果在于，输出电流ix将大体上与参考电流Ix,ref相同。
图5展示出了图4的电流调节器400的详细电路结构的电路图500。在图5中，电阻RS被用于调节电流ix的大小。考虑到横跨电阻RS的电压、晶体管T的基-射极电压vbe、以及齐纳二极管Dz的齐纳电压vDZ，输出电流ix由以下的等式给出，
i x ≈ v DZ + v be R s (等式2)
在上述的计算中，晶体管T的集电极集极电流ix被假设为与发射极电流相同。从等式2可观察到，集电极电流ix主要由电阻RS的电阻值确定，这是因为齐纳二极管Dz的齐纳电压vDZ和晶体管T的基-射极电压vbe相对恒定。
在图5中所展示的用于电流源的电流调节器500中采用线性电源设备的主要缺点在于，晶体管T中的功率损耗较大。由于晶体管T的射-集极电压vec等于电压源的电压vdc与横跨电流源的电压vin之间的差值，其由以下的等式给出，
vec＝vdc-vin(等式3)
晶体管T中的功率损耗Ploss由以下的等式给出，
Ploss＝vecix(等式4)
其与电压vec和所需要的输出电流ix有关。此外，对于线性电源设备，必须确保电压源的电压vdc具有比横跨电流源的电压vin高的电压。
图6展示出了用于实现图1A的电流源ICS的开关模式电压变换器602。如图6中所展示，在操作中，输出电流ix首先被电流检测设备604检测，电流检测设备604可以是电阻。随后，利用比较器606将检测到的电流ix与参考电流值Ix,ref比较。所检测到的输出电流ix与参考电流Ix,ref之间的差值为误差，其被送到误差放大器(EA)608。接下来，误差放大器608的输出被发送给脉宽调制器(PWM)610，脉宽调制器610将需要的命令发送到切换设备来改变/控制电源中的控制参数(诸如占空比或开关频率)，从而改变开关模式电压变换器602的输出电压。因此，输出电流ix可被有效地控制。
图7展示出了用于实现电流吸收器ICS的可变电压变换器(VVC)702及相关的控制电路704，该电流吸收器ICS用于以类似于如图2中实现电流源的方式从图1B的外部电路102B吸收电能。在图7中，可变电压变换器702被用于将能量从外部电路102B转换到电压源vdc或电阻器R。通过控制可变电压变换器702的输出电压来调节吸收电流ix。
参考图7，在操作中，控制电路704首先利用电流检测器706检测吸收电流ix，然后产生需要的命令/信号并将其输出到可变电压变换器702，以提供所需要的电压。具体地，如果吸收电流ix低于所计划的吸收电流，控制电路704将命令可变电压变换器702提供较高的输出电流给电压源vdc或电阻器R，以提高吸收电流ix。相反地，如果吸收电流ix高于所计划的/预设的吸收电流，控制电路704将命令可变电压变换器702提供较低的输出电流给电压源vdc或电阻器R，以降低吸收电流ix。
类似于电流源的实施方式，要实施图7中所展示出的可变电压变换器702有两种主要的方法。第一种方法为通过利用线性电源设备，而第二种方法是基于利用开关模式电压变换器以控制来自外部电路的吸收电流ix。
图8展示出了用于实施图7的电流调节器700的线性电源设备802。具体地，线性电源设备802被用于控制流出连接电路(从外部电路到电压源vdc或电阻器R)的电流的大小。如图8中所展示，通过线性电源设备802的电流ix由控制信号vc控制。
图9展示出了用作图8的展示例性线性电源设备802的双极性结型晶体管(BJT)T，其用于控制供给到电压源vdc或电阻器R的电流ix的大小。参考图9，在操作中，通过控制双极性结型晶体管T的基极电流ib，双极性结型晶体管T的集极电流及由此该吸收电流可在电路900中被控制。
为了确保有电流从电路流动到负载(负载可为电压源vdc或电阻器R)，必须满足以下的条件。
如果负载为电压源vdc，需要满足的条件为：
vin＞vdc(等式5)
如果负载为电阻器R，需要被满足的条件为：
vin＞ixR(等式6)
在图9中所展示的用于电流吸收器的电流调节器900中采用线性电源设备的主要缺点在于，从外部电路获取的能量将以热量的方式损耗。例如，如果负载为电压源vdc，在晶体管T中损耗的能量PT由以下的等式给出：
PT＝(vx-vdc)ix(等式7)
如果负载为电阻器R，所有从外部电路获取的能量将以热量的方式被损耗掉。
基本上，总的功率损耗Ploss由以下的等式给出：
Ploss＝vinix(等式8)
电阻器中的能量损耗PR和晶体管中的能量损耗PT由以下的等式给出：
PR＝ix 2R(等式9)
PT＝(vin-ixR)ix(等式10)
图10展示出了用于实现图1B的电流吸收器ICS的开关模式电压变换器1002及其相关的控制电路。如图10中所展示，在运作过程中，输出电流ix首先由电流检测设备1004检测。随后，利用比较器1006将检测到的电流ix与参考电流值Ix,ref比较。所检测到的电流ix与参考电流值Ix,ref之间的差值为误差，其被送到误差放大器(EA)1008。接下来，误差放大器(EA)1008的输出被发送给脉宽调制器(PWM)1010，脉宽调制器1010产生需要的命令/信号，并将命令/信号输出给电源中的开关设备(开关模式电压变换器1002)，以改变/控制诸如工作周期或开关频率的控制参数，从而改变电源的输出电流ix。因此，吸收电流ix可被有效地控制。
图11-14提供了设置成用于调节在负载与外部电路之间流动的电流的电流控制装置的各种实施例，该电流控制装置包括：电流控制回路，其具有用于控制在负载与外部电路之间流动的电流量的电流调节器；以及电压控制回路，其具有用于控制横跨电流调节器的电压的电压调节器。电压控制回路用于控制横跨电流调节器的电压，以使横跨电流调节器的电压最小化。
图11展示出了根据本发明的一个实施例的具有被用作实现电流源的电流调节器的开关模式电压变换器1102、线性电源设备1104及它们相关的控制电路(回路)1106，1108的混合式结构的电路图1100。参考图11，该电路结构由线性电源设备1104和由电压源vdc供电的开关模式电压变换器1102组成。线性电源设备1104被用于调节电流ix的大小，其工作原理与图6所描述的工作原理相类似。在图11中，电流ix首先由电流传感器1110检测。随后，利用比较器1112将检测到的电流ix与参考电流Ix,ref比较。检测到的电流ix与参考电流之间的差值由电流控制器“i-控制器”1114处理，从而向线性电源设备1104产生控制信号ix,c最终达到控制电流ix。
为了减小图11的线性电源设备1104中的能量损耗，横跨线性电源设备1104的电压被调节为最小值，以使得线性电源设备1104的电流值仍可被控制信号ix,c控制。换句话说，如果线性电源设备1104为双极性结型晶体管，集-射极电压的电压就会被调节在饱和点之前。在运作过程中，图11中的控制机构1106首先基于通过利用电压传感器1116检测横跨线性电源设备1104的电压。然后，利用比较器1118将检测到的电压与参考电压VD,ref比较。在优选的实施例中，参考电压VD,ref为零，但是在另一个实施例中，用于晶体管的参考电压约为0.4V。检测到的电压与参考电压VD,ref之间的电压差值随后由电压控制器“v-控制器”1120处理，以产生控制开关模式电压变换器1102的输出电压vx的控制信号vx,c。优选地，输出电压vx的大小大约等于外部电路的电压vin。
图12展示出了根据本发明的一个实施例的具有被用作实现电流吸收器的电流调节器的开关模式电压变换器1202、线性电源设备1204及它们相关的控制电路1206，1208的混合式结构的电路图1200。具体地，电压源vdc用于从外部电路吸收能量。
如下面所述的，图12中的电流吸收器1200的基本工作原理类似于图11中的电流源1100的工作原理。在本实施例中，电流ix首先由电流传感器1210检测。随后，利用比较器1212将检测到的电流ix与电流参考值Ix,ref比较。检测到的电流ix与参考电流之间的电流差值通过控制器“i-控制器”1214处理，从而产生线性电源设备1204的控制信号ix,c最终达到控制电流ix。
为了降低图12中的线性电源设备1204中的能量损耗，横跨线性电源设备1204的电压被调节为最小值，以使得线性电源设备1204的电流值仍可被控制信号ix,c控制。在本实施例的操作中，横跨图12中的线性电源设备1204的电压由电压传感器1216检测。然后，利用比较器1218将检测到的电压与参考电压VD,ref比较。所检测的电压与参考电压VD,ref之间的电压差值随后由电压控制器“v-控制器”1220处理，以产生用于控制开关模式电压变换器1202的端电压vx的控制信号vx,c。优选地，开关模式电压变换器1202的端电压vx的大小大约相等于外部电路的电压vin。在本实施例中，开关模式电压变换器1202将能量传递到电压源vdc。
图13为根据本发明的一个实施例所展示出的图12的详细电路结构的电路图1300。在该实施例中，降压变换器1302被用作开关模式电压变换器，而双极性结型设备1304被用作线性电源设备。图13中的电路1300包括两个控制回路，其包括，用于调节双极性结型晶体管1304的集电极与射极(vce)之间的电压的控制回路(v-控制器)，该控制回路使由线性电源设备1304导致的功率损失降到最小；以及具有比例积分(PI)控制器1314的另一控制回路(i-控制器)，该另一控制回路用于控制双极性结型晶体管1304的基极电流(即，控制输入电流)从而调节输出电流到所需要的值。
现在将详细地描述v-控制器控制回路。在图13中，降压变换器1302的开关动作是基于v-控制器的控制回路和以下的关系，
vin＝vce+vC1(等式11)
在操作中，当晶体管1304的集电极与射极之间的电压vce低于参考电压vce,ref时，横跨电容器C1的电压较高。相应地，比较器1318将产生打开MOSFETQ2的信号。当MOSFETQ2打开时，能量将从输入端(外部电路)传递到输出端(负载)。因此，横跨电容器C1的电压将降低。相反地，如果晶体管1304的集电极与射极之间的电压vce高于参考电压vce,ref，横跨电容器C1的电压较小。因此，比较器1318将产生关闭MOSFETQ2的信号。当MOSFETQ2关闭时，能量将从输入端传递到电容器C1。因此，横跨电容器C1的电压将升高。
本发明的控制方法为简单的滞后控制。开关频率基于几个因素，诸如整个反馈回路的传播延迟，系统的操作点，等等。然而，本领域技术人员应理解，滞后控制仅仅为示例性的。在不脱离本发明的精神的情况下，变化是可能的。不管采用哪种类型的控制方法，本发明中的控制回路的主要目的为使横跨线性电源设备的电压被保持为较小，以便降低线性电源设备中的能量损耗。
现在详细描述i-控制器的控制回路。在图13中，输出电流可通过利用简单的比例积分(PI)控制器1314来控制。输出电流由电流检测器1310检测并利用比较器1312将检测到的电流与参考电流值比较。如果吸收电流低于电流参考值Ix,ref，PI控制器1314将产生发送到晶体管1304的偏置电流，反之亦然。
在本实施例中，降压变换器1302的输出端被连接到负载，该负载可例如包括电阻器或电池。如果负载为电阻器，由外部电路吸收的能量将以热量的形式损耗；然而，如果负载为电池，从外部电路吸收的能量将储存在电池中。
在图12和图13中所展示出的电路1200，1300的实施例中，能量流为单向的，即电能仅仅可从电压源vdc传递到外部电路vin，或从外部电路vin传递到电压源vdc。
图14展示出了根据本发明的一个实施例，其为集成的电流源和电流吸收器的电路图1400。图14中的电路1400适于允许双向能量流动。具体来说，电路1400包括允许双向电流流动的线性电源设备1404。在该实施例中，线性电源设备1404通过利用以反向并联方式连接的两个单向线性电源设备来实现。举例来说﹐线性电源设备可以是双极性结型晶体管。此外，图14中的开关模式变换器1402被设置成允许双向能量流动。因此，能量可从电压源vdc(或负载R)传递到外部电路；或者从外部电路传递到电压源vdc(或负载R)。图14中的电流的控制机制与相对于图12或图13所描述的电流源或电流吸收器的运作相同，因此不再详细描述。
本发明通过混合使用线性电源设备和开关模式变换器来提供可操作成电流源或电流吸收器或两者的电流控制装置。具体来说，本发明中的电流控制装置的各个实施例可通过提供比较快速的动态响应、比较低的噪声和比较高能源效率的电流控制方法来调节电流源与电路之间的电流。如果只是单独使用线性电源设备或开关模式变换器，这是不可能实现的。
本领域的技术人员会理解，可对本发明(如根据宽泛描述的和特定的实施例中所展示的)作出多种变型和/或修改，而不脱离本发明的精神或范围。因此，本实施例在各个方面可被看作阐释性的而非限定性的。
任何对本文所包含的现有技术的参考都不被当作承认该信息为公知常识，除非另有说明。

Claims (30)

1.一种电流控制装置，其用于调节在负载与外部电路之间流动的电流，该电流控制装置包括：
电流控制回路，其具有用于控制在所述负载与所述外部电路之间流动的电流量的电流调节器；以及
电压控制回路，其具有用于控制横跨所述电流调节器两端的电压的电压调节器。
2.根据权利要求1所述的电流控制装置，其中，所述电压控制回路用于控制横跨所述电流调节器的电压，以使横跨所述电流调节器的电压最小化。
3.根据权利要求2所述的电流控制装置，其中，所述电流控制装置用于调节从所述负载传递到所述外部电路或从所述外部电路传递到所述负载的电流量。
4.根据权利要求3所述的电流控制装置，其中，所述电流控制回路用于控制在所述负载与所述外部电路之间流动的电流，以使电流量大体上与预设的电流值相匹配。
5.根据权利要求4所述的电流控制装置，其中，所述电流控制回路进一步包括：
电流检测器，其用于检测在所述负载与所述外部电路之间流动的电流量；以及
电流控制器，其用于将所检测到的电流量与所述预设的电流值比较，并将控制信号输出到所述电流调节器以控制电流调节器的输出电流，从而控制在所述负载与所述外部电路之间流动的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
6.根据权利要求5所述的电流控制装置，其中，所述电压控制回路用于控制横跨所述电流调节器的电压，以使横跨所述电流调节器的电压大体上与预设的电压值相匹配。
7.根据权利要求6所述的电流控制装置，其中，所述电压控制回路进一步包括：
电压传感器，其用于检测横跨所述电流调节器的电压；以及
电压控制器，其用于将所检测到的横跨所述电流调节器的电压与预设的电压值比较，并将控制信号输出到所述电压调节器以控制电压调节器的输出电压，从而控制横跨所述电流调节器的电压来使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
8.根据权利要求7所述的电流控制装置，其中，所述电压调节器的输出电压被控制成大体上与横跨外部电路的电压相匹配。
9.根据权利要求8所述的电流控制装置，其中，所述电流调节器包括线性型的串联电源设备。
10.根据权利要求9所述的电流控制装置，其中，所述电流调节器包括双极性结型晶体管。
11.根据权利要求10所述的电流控制装置，其中，在所述负载与所述外部电路之间流动的电流为双极性结型晶体管的集电极电流。
12.根据权利要求11所述的电流控制装置，其中，所述电流控制器用于控制所述双极性结型晶体管的基极电流量，以控制所述双极性结型晶体管的集电极电流量。
13.根据权利要求5所述的电流控制装置，其中，所述电流控制器包括比例积分PI控制器。
14.根据权利要求12所述的电流控制装置，其中，所述电压调节器包括开关模式电压变换器。
15.根据权利要求13所述的电流控制装置，其中，所述电压传感器用于检测所述双极性结型晶体管的集-射极电压；以及所述电压控制器用于控制所述开关模式电压变换器的输出电压，以便使所述双极性结型晶体管的集-射极电压最小化。
16.根据权利要求14所述的电流控制装置，其中，所述开关模式电压变换器包括降压变换器，其具有MOSFET开关，以用于控制所述双极性结型晶体管的集-射极电压。
17.根据权利要求1所述的电流控制装置，其中，所述负载包括电池或电阻组件。
18.根据权利要求7所述的电流控制装置，其中，所述电流控制装置用于同时调节从所述负载传递到所述外部电路的电流量和从所述外部电路传递到所述负载的电流量。
19.根据权利要求18所述的电流控制装置，其中，所述电压调节器包括双向开关模式电压变换器。
20.根据权利要求19所述的电流控制装置，其中，所述电流调节器包括并联连接的两个单向线性电源设备，所述单向线性电源设备中的每一个用于使电流能够在其中一个方向上流动。
21.根据权利要求20所述的电流控制装置，其中，所述电压传感器用于检测横跨所述两个单向线性电源设备的电压。
22.根据权利要求21所述的电流控制装置，其中，所述两个单向线性电源设备为双极性结型晶体管。
23.一种电流源控制装置，其用于调节从电源传递到外部电路的电流，该电流源控制装置包括：
电流控制回路，其具有用于控制从所述电源流动到所述外部电路的电流量的双极性结型晶体管；以及
电压控制回路，其具有用于控制横跨所述双极性结型晶体管的电压以使横跨所述双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
24.根据权利要求23所述的电流源控制装置，其中，所述电流控制回路进一步包括：
电流检测器，其用于检测从所述电源流动到所述外部电路的电流量；以及
电流控制器，其用于将所检测到的电流量与预设的电流值比较，以及用于将控制信号输出到所述双极性结型晶体管，以控制所述双极性结型晶体管的输出电流，从而控制从所述电源流动到所述外部电路的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
25.根据权利要求24所述的电流源控制装置，其中，所述电压控制回路进一步包括：
电压传感器，其用于检测横跨所述双极性结型晶体管的电压；以及
电压控制器，其用于将所检测到的横跨所述双极性结型晶体管的电压与预设的电压值比较，并用于将控制信号输出到所述开关模式电压变换器，占空比以控制所述开关模式电压变换器的输出电压，从而控制横跨所述双极性结型晶体管的电压以使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
26.一种电流吸收器控制装置，其用于调节从外部电路传递到负载的电流，该电流吸收器控制装置包括；
电流控制回路，其具有用于控制从所述外部电路流动到所述负载的电流量的双极性结型晶体管；以及
电压控制回路，其具有用于控制横跨所述双极性结型晶体管的电压以便使横跨所述双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
27.根据权利要求26所述的电流吸收器控制装置，其中，所述电流控制回路进一步包括：
电流检测器，其用于检测从所述外部电路流动到所述负载的电流量；以及
电流控制器，其用于将所检测到的电流量与预设的电流值比较，并用于将控制信号输出到所述双极性结型晶体管，以控制所述双极性结型晶体管的输出电流，从而控制从所述外部电路流动到所述负载的电流，以使该电流量大体上与预设的电流值相匹配。
28.根据权利要求27所述的电流吸收器控制装置，其中，所述电压控制回路进一步包括：
电压传感器，其用于检测横跨所述双极性结型晶体管的电压；以及
电压控制器，其用于将所检测到的横跨所述双极性结型晶体管的电压与预设的电压值比较，并用于将控制信号输出到所述开关模式电压变换器，以控制所述开关模式电压变换器的输出电压，从而控制横跨所述双极性结型晶体管的电压，以使该电压大体上与预设的电压值相匹配。
29.根据权利要求28所述的电流吸收器控制装置，其中，所述负载包括电池或电阻组件。
30.一种双向电流控制装置，其用于控制从外部电路传递到负载或从负载传递到外部电路的电流，该双向电流控制装置包括：
电流控制回路，其具有两个并联连接的双极性结型晶体管，每一个所述双极性结型晶体管都设置成使得电流在其中一个方向上流动，所述双极性结型晶体管用于控制从所述外部电路流动到所述负载或从所述负载流动到所述外部电路的电流量；以及
电压控制回路，其具有用于控制横跨所述双极性结型晶体管中的至少一个的电压以使所述横跨至少一个双极性结型晶体管的电压最小化的开关模式电压变换器。
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