CN108459646B - 恒定电阻控制环路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种恒定电阻控制环路，包括：输入电压差分采样单元，用于将外部恒压输入电源的电压信号进行衰减，将衰减后的电压信号输出至第一DAC的基准输入引脚中；第一DAC，用于根据衰减后的电压信号和第一DAC的输入码值，输出恒定电流控制电压信号至恒定电流控制环路；恒定电流控制环路，用于根据恒定电流控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随外部恒压输入电源输入电压信号变化的恒定电流；恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。上述技术方案提高了恒定电阻输出控制的速度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及恒定电阻控制技术领域，特别涉及一种恒定电阻控制环路。
背景技术
现有技术中一般CR(Constant Resistance，恒定电阻)控制模式是用软件来实现，即ADC回读输入电源的输入电压值，处理器用该电压值再除以用户设定的电阻值，得到需要拉载的电流值，将此电流值转换为DAC的输出电压，并控制CC(恒定电流)控制环路，由此便得到了恒定的电阻值，电路结构示意如图1所示。
软件的实现方法使整个CR控制的响应速度受制于ADC的采样速度，而CR的控制精度同时也受制于ADC的采样分辨率。众所周知，高分辨率的ADC很难实现高速采样，而高速采样的ADC又很难实现高分辨率。因此，如果ADC采用高精度及高分辨率的ADC，会使得CR的响应严重滞后于外部输入电压的变化；而如果用低分辨率的高速采样ADC，则使得CR很难实现高精度的控制。
综上所述，现有恒定电阻控制环路中，恒定电阻输出控制速度和精度低。
发明内容
本发明实施例提供了一种恒定电阻控制环路，用以提高恒定电阻输出控制速度和精度，该控制环路包括：输入电压差分采样单元、第一DAC和恒定电流控制环路，其中，
输入电压差分采样单元的输入端与外部恒压输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒压输入电源的电压信号进行衰减，将衰减后的电压信号输出至所述第一DAC的基准输入引脚中；
第一DAC的输入端与所述输入电压差分采样单元的输出端连接，用于根据所述衰减后的电压信号和第一DAC的输入码值，输出恒定电流控制电压信号至所述恒定电流控制环路；
恒定电流控制环路，用于根据恒定电流控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随外部恒压输入电源输入电压信号变化的恒定电流；
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
在一个实例中，恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vin为恒压输入电源的输入电压，Iout为恒定电流控制环路的输出电流，g1为输入电压差分采样单元的衰减系数，k1为恒定电流控制环路的输出系数，DAC_vCode为第一DAC的输入码值，vFullScale为第一DAC的满量程码值。
在一个实例中，恒定电阻控制环路还包括：电压反向衰减单元，电压反向衰减单元的输入端与输入电压差分采样单元的输出端连接，输入电压反向衰减单元的输出端与第一DAC的输入端连接，用于将输入电压差分采样单元输出的电压信号衰减到第一DAC的基准的输入范围内；
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，电压反向衰减单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
在一个实例中，恒定电流控制环路包括：恒定电流误差放大单元、功率单元组和差分放大单元，其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与差分放大单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组，包括多个并联的功率单元，每个功率单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接；
所述差分放大单元包括：电流采样电阻和差分放大器；所述电流采样电阻的一端与每个功率单元的输出端连接，另一端与所述差分放大器的输入端连接；所述差分放大器的输出端与所述恒定电流误差放大单元的第一输入端连接，所述差分放大器用于将每个功率单元输出至电流采样电阻的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈信号输出至所述恒定电流误差放大单元。
在一个实例中，恒定电流控制环路还包括：
驱动单元，驱动单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接，驱动单元的输出端与每个功率单元的输入端连接，用于将恒定电流误差放大单元输出的恒定电流控制电压信号进行放大后输出至功率单元组；
反向放大单元，反向放大单元的输入端与电流差分放大单元的输出端连接，反向放大单元的输出端与恒定电流误差放大单元的输入端连接，用于当功率单元组是同相端反馈时，将电流差分放大单元输出的差分放大电压信号进行反向放大，将反向放大后的电压信号作为反馈信号输出至恒定电流误差放大单元。
与现有技术中受制于ADC的采样速度或精度而导致恒定电阻输出控制速度和精度低的方案相比较，本发明实施例提供的技术方案根据第一DAC满量程码值与输入码值的比值，实现了通过硬件，完成根据外部恒压输入电源输入电压信号变化，实时快速地改变恒定电流控制环路的输出电流，从而输出恒定电阻，提高了恒定电阻输出控制的速度和精度。
本发明实施例还提供了一种恒定电阻控制环路，用以提高恒定电阻输出控制速度和精度，该控制环路包括：输入电流差分采样单元、第二DAC和恒定电压控制环路，其中，
输入电流差分采样单元的输入端与外部恒流输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒流输入电源的电流信号进行放大，将放大后的电流信号输出至所述第二DAC的基准输入引脚中；
第二DAC的输入端与所述输入电流差分采样单元的输出端连接，用于根据所述放大后的电流信号和第二DAC的输入码值，输出恒定电压控制电压信号至所述恒定电压控制环路；
恒定电压控制环路，用于根据恒定电压控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随所述外部恒流输入电源输入电流信号变化的恒定电压；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
在一个实施例中，恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vout为恒定电压控制环路的输出电压，Iin为恒流输入电源的输入电流，g2为输入电流差分采样单元的放大系数，k2为恒定电压控制环路的输出系数。
在一个实施例中，恒定电阻控制环路还包括：电流反向放大单元，电流反向放大单元的输入端与输入电流差分采样单元的输出端连接，电流反向放大单元的输出端与第二DAC的输入端连接，用于将输入电流差分采样单元输出的电流信号放大到第二DAC的基准的输入范围内；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，电流反向放大单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
在一个实施例中，恒定电压控制环路包括：恒定电压误差放大单元、功率单元组和电压差分采样单元，其中，
恒定电压误差放大单元的第一输入端与电压差分采样单元的输出端连接，第二输入端与所述第二DAC连接；功率单元组包括多个功率单元，每个功率单元的输入端与恒定电压误差放大单元的输出端连接；电压差分采样单元的输入端与每个功率单元的输出端连接；
恒定电压误差放大单元包括：运算放大器和并联在运算放大器反相输入端与输出端之间的动态RC补偿电路；其中，
运算放大器的同相输入端接地，反相输入端与第二DAC的输出端连接，反相输入端还与电压差分采样单元的输出端连接；
动态RC补偿电路用于根据恒定电压误差放大单元不同的输出电压，选择相应的补偿电路。
在一个实施例中，动态RC补偿电路包括：
第一电容，第一电容的第一端与运算放大器的反相输入端连接；
第一电阻，第一电阻的第一端与第一电容的第二端连接，第一电阻的第二端与运算放大器的输出端连接；
开关，开关的第一端与第一电容的第二端连接；
第二电容，第二电容的第一端与开关的第二端连接；
第二电阻，第二电阻的第一端与第二电容的第二端连接，第二电阻的第二端与运算放大器的输出端连接。
与现有技术中受制于ADC的采样速度或精度而导致恒定电阻输出控制速度和精度的方案低相比较，本发明实施例提供的技术方案根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，实现了通过硬件，完成根据外部恒流输入电源输入电流信号变化，实时快速地改变恒定电压控制环路的输出电压，从而输出恒定电阻，提高了恒定电阻输出控制的速度和精度。
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，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明现有技术中恒定电阻控制环路的拓扑结构示意图；
图2是本发明实施例中恒定电阻控制环路的结构示意图；
图3是本发明实施例中恒定电阻控制环路另一实施例的结构示意图；
图4是本发明实施例中恒定电阻控制环路又一实施例的结构示意图；
图5是本发明实施例中恒定电流控制环路中驱动单元的结构示意图；
图6是本发明实施例中恒定电流控制环路中恒定电流误差放大单元的结构示意图；图6中，靠近R448的一端接第一DAC，靠近R449的一端接反向放大单元；
图7是本发明实施例中恒定电流控制环路中反向放大单元的结构示意图；图7中，U88的输出端接恒定电流误差放大单元，靠近R458的一端接电流差分放大单元；
图8是本发明实施例中恒定电流控制环路中电流差分放大单元的结构示意图；图8中U89的输出端接反向放大单元，靠近R464的一端接功率单元组，R464与输入-之间的那条线接输入电压差分采样单元的输入端；
图9是本发明实施例中输入电压差分采样单元的结构示意图；图9中，U51B的输出端接电压反向衰减单元，靠近R98的一端接功率单元和恒压输入电源，靠近R100的一端与电流差分放大单元连接；
图10是本发明实施例中电压反向衰减单元的结构示意图；图10中U28B接第一DAC，靠近R197的一端接电压差分采样单元的输出端；
图11是本发明实施例中恒定电阻控制环路又一实施例的结构示意图；
图12是本发明实施例中恒定电阻控制环路又一实施例的结构示意图；
图13是本发明实施例中恒定电阻控制环路又一实施例的结构示意图；
图14是本发明实施例中恒定电压控制环路的恒动态RC补偿电路的结构示意图；图14中，靠近R109的一端接第二DAC，靠近R104的一端接恒定电压控制环路的电压差分采样单元，D30的阳极接恒定电压控制环路的驱动单元；
图15是本发明实施例中恒定电阻控制环路的电流反向放大单元的结构示意图；图15中，靠近R476的一端接输入电流差分采样单元，U92的输出端接第二DAC；
图16是本发明实施例中恒定电阻控制环路的输入电流差分采样单元的结构示意图；图16中，U93的输出端接电流反向放大单元，靠近R482的一端接恒定电压控制环路的功率单元组，R482与输入-之间的那条线接恒定电压控制环路的电压差分采样单元的输入端；
图17是本发明实施例中恒定电压控制环路的电压差分采样单元的结构示意图；图17中靠近R476的一端接输入电流差分采样单元，U92的输出端接恒定电压误差放大单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例的核心是用DAC实现硬件除法运算，并用两种反馈的方法来实现恒定电阻的输出控制。下面介绍第一种恒定电阻控制环路。
图2是本发明实施例中恒定电阻控制环路的结构示意图，如图2所示，该控制环路包括：输入电压差分采样单元、第一DAC和恒定电流控制环路，其中，
输入电压差分采样单元的输入端与外部恒压输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒压输入电源的电压信号进行衰减，将衰减后的电压信号输出至所述第一DAC的基准输入引脚中；
第一DAC的输入端与所述输入电压差分采样单元的输出端连接，用于根据所述衰减后的电压信号和第一DAC的输入码值，输出恒定电流控制电压信号至所述恒定电流控制环路；
恒定电流控制环路，用于根据恒定电流控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随外部恒压输入电源输入电压信号变化的恒定电流；
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
与现有技术中受制于ADC的采样速度或精度而导致恒定电阻输出控制速度和精度低的方案相比较，本发明实施例提供的技术方案根据第一DAC满量程码值与输入码值的比值，实现了通过硬件，完成根据外部恒压输入电源输入电压信号变化，实时快速地改变恒定电流控制环路的输出电流，从而输出恒定电阻，提高了恒定电阻输出控制的速度和精度。
具体实施时，第一DAC的输入码值的大小可以根据第一DAC的基准输入引脚接收到的电压信号大小进行确定，第一DAC的输入码值可以对该控制环路进行失调校准，保证了最终输出恒定电阻的精确度。
具体实施时，图2中11和12即为恒定电阻控制环路的输出端。
在一个实施例中，恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vin为恒压输入电源的输入电压，Iout为恒定电流控制环路的输出电流，g1为输入电压差分采样单元的衰减系数，k1为恒定电流控制环路的输出系数，DAC_vCode为第一DAC的输入码值，vFullScale为第一DAC的满量程码值。
下面介绍上述关系式是如何推导得到的。具体实施时，针对外部输入电源为恒压输入电源的反馈方法，输入电源的电压通过信号处理链路(可以为输入电压差分采样单元，输入电压差分采样单元可以将恒压输入电源的电压信号进行衰减，衰减到第一DAC的基准输入范围内)输入到第一DAC的基准输入引脚，第一DAC输出的电压值再控制CC控制环路，实现恒定电流拉载。令恒压输入电源的输入电压为Vin，拉载电流为Iout(即恒定电流控制环路的输出电流，该电流为随外部恒压输入电源输入电压信号变化的、输出恒定电阻时对应的恒定电流，例如，要输出的恒定电阻值为2，外部输入电压值为2时，就控制恒定电流控制环路的输出电流就为1；外部输入电压值变为4时，就控制恒定电流控制环路的输出电流就为2)，第一DAC输出电压为VDAC1，输入电压信号链路(输入电压差分采样单元)的衰减系数为g1，CC控制环路的输出系数为k1(即第一DAC输出的电压到最终控制输出的电流的系数)。
因为
其中，Vref1为第一DAC的参考基准值，DAC_vCode为第一DAC的输入码值，vFullScale为第一DAC的满量程码值。
根据图2的示意可得：
Vref1＝Vin*g1………②；
Iout＝VDAC1*k1………③；
将上述方程②和③代入方程①中可得：
继续转换如下：
其中，上述Vin/Iout即为输出的恒定电阻值。
在一个实施例中，如图3所示，恒定电阻控制环路还可以包括：电压反向衰减单元，电压反向衰减单元的输入端与输入电压差分采样单元的输出端连接，输入电压反向衰减单元的输出端与第一DAC的输入端连接，用于将输入电压差分采样单元输出的电压信号衰减到第一DAC的基准的输入范围内；
通过电压反向衰减单元，可以使输入电压差分采样单元输入的电压衰减到第一DAC的基准可以允许的范围内，然后，将此第一DAC的基准可以允许的电压输入到第一DAC的参考基准的引脚。根据第一DAC的类型以及其基准电压的幅度，可以将该电压反向衰减单元省略。
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，电压反向衰减单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
具体实施时，如果恒定电阻控制环路用到电压反向衰减单元，恒定电阻控制环路输出恒定电阻时，也要考虑到该电压反向衰减单元的衰减系数，这样可输出精确的恒定电阻。
在一个实施例中，如图3所示，上述恒定电流控制环路包括：恒定电流误差放大单元、功率单元组和差分放大单元，其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与差分放大单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组，包括多个并联的功率单元，每个功率单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接；
所述差分放大单元包括：电流采样电阻和差分放大器；所述电流采样电阻的一端与每个功率单元的输出端连接，另一端与所述差分放大器的输入端连接；所述差分放大器的输出端与所述恒定电流误差放大单元的第一输入端连接，所述差分放大器用于将每个功率单元输出至电流采样电阻的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈信号输出至所述恒定电流误差放大单元。
上述实施例中恒定电流控制环路的有益技术效果是：
与现有技术相比较，上述实施例中提供的恒定电流控制环路，功率单元组输出的电流通过一个精密电流采样电阻上，再对该电流采样电阻上的电压进行差分放大，并将差分放大后的电压反馈信号与恒定电流控制电压信号做比较，这样的技术方案，避免了功率单元并联所产生的累积误差，将所有的误差都集中在一个精密电流采样电阻上，提高了恒定电流输出的控制精度。
同时，由于通过精密电流采样电阻实现了对所有并联功率单元的电流求和，以及经过精密电流采样电阻后的电流产生的电压经过差分放大器做差分放大，这样整个恒定电流控制电路的动态特征都集中在恒定电流误差放大单元的动态参数上，对该控制环路的动态进行了归一化处理，这样实现了功率单元并联后其建立一致的动态波形。
综上，本发明实施例提供的恒定电流控制环路提高了恒定电流输出的控制精度和功率单元并联后其建立动态波形的一致性，因此，在此基础上，也提高了恒定电阻控制环路的控制精度。
在一个实施例中，如图4所示，恒定电流控制环路还包括：
驱动单元，驱动单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接，驱动单元的输出端与每个功率单元的输入端连接，用于将恒定电流误差放大单元输出的恒定电流控制电压信号进行放大后输出至功率单元组；
具体实施时，恒定电流误差放大单元输出的控制信号还可以经过驱动单元，驱动单元的功能是增大了输出电流，典型电路为一个运放的跟随器，目的是为了能够驱动更多的功率单元。驱动单元内部包含了一个嵌位电路，用来限制过冲电流，具体如图5所示，U90A为一个运放的跟随器，R456，Q22，R453和D42(齐纳二极管)构成一个基本的嵌位电路，嵌位电压的幅度与齐纳二极管的电压一致。只需要给Q22的基极供给0或者1的电平，即可使嵌位电路有效或者无效。嵌位电路提高了该恒定电流控制环路的安全性，同理也提高了该恒定电阻控制环路的安全性。
在一个实施例中，如图4所示，恒定电流控制环路还包括：
反向放大单元，反向放大单元的输入端与电流差分放大单元的输出端连接，反向放大单元的输出端与恒定电流误差放大单元的输入端连接，用于当功率单元组是同相端反馈时，将电流差分放大单元输出的差分放大电压信号进行反向放大，将反向放大后的电压信号作为反馈信号输出至恒定电流误差放大单元。
为了保证整个控制环路为负反馈控制环路，所以，还需要将电流差分放大单元差分放大输出的信号做反向放大，然后再反馈给恒定电流误差放大单元，使整个控制环路形成负反馈。
在此控制环路中，如果驱动的功率单元比较少，可以将驱动单元删除。如果功率单元采用反相端反馈的方式，则控制环路中的反向放大单元也可以根据负反馈原理删减掉。
具体实施时，图4中恒定电阻控制环路的工作过程为：恒压输入电源的电压先通过输入电压差分采样单元，然后，再通过电压反向衰减单元，使输入的电压衰减到第一DAC的基准可以允许的范围内，然后将此信号输入到第一DAC的参考基准的引脚，第一DAC输出的电压输入到恒定电流控制环路的恒定电流误差放大单元，并与电流差分采样单元的反馈信号比较放大，发现误差，调整误差后的恒定电流控制电压信号输出至驱动单元，驱动单元完成对信号的嵌位保护和电流放大功能，然后，再将电压信号传送给功率单元组，驱动多个并联的功率单元，从功率单元组并联输出的电流汇总到电流差分放大单元中的采样电阻上，并利用差分放大器进行差分放大，差分放大的信号最后再通过反向放大单元反馈到恒定电流误差放大单元中。
下面结合恒定电阻控制环路的具体电路结构图6至图10，对本发明实施例中，利用第一DAC实现硬件运算进行详细介绍。
第一DAC的输出电压控制恒定电流控制环路，其本质是一个压控恒流源，其放大关系取决于反馈的比例系数。如图6至图10所示的电路图，输出电流为：
因为，
又因为，输入电压经过衰减过后的信号：
接着，将上式带入VDAC1的方程，然后，再代入到CC控制环路的方程中，得到最终控制的恒定电阻的方程如下：
下面介绍第二种恒定电阻控制环路。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了另一种恒定电阻控制环路，如下面的实施例。由于该恒定电阻控制环路与上述实施例介绍的恒定电阻控制环路相似，因此该恒定电阻控制环路的实施可以参见上述实施例提供的恒定电压控制环路的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图11是本发明实施例中恒定电阻控制环路又一实施例的结构示意图，如图11所示，该控制环路包括：输入电流差分采样单元、第二DAC和恒定电压控制环路，其中，
输入电流差分采样单元的输入端与外部恒流输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒流输入电源的电流信号进行放大，将放大后的电流信号输出至所述第二DAC的基准输入引脚中；
第二DAC的输入端与所述输入电流差分采样单元的输出端连接，用于根据所述放大后的电流信号和第二DAC的输入码值，输出恒定电压控制电压信号至所述恒定电压控制环路；
恒定电压控制环路，用于根据恒定电压控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随外部恒流输入电源输入电流信号变化的恒定电压；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
与现有技术中受制于ADC的采样速度或精度而导致恒定电阻输出控制速度和精度的方案低相比较，本发明实施例提供的技术方案根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，实现了通过硬件，完成根据外部恒流输入电源输入电流信号变化，实时快速地改变恒定电压控制环路的输出电压，从而输出恒定电阻，提高了恒定电阻输出控制的速度和精度。
具体实施时，第二DAC的输入码值的大小可以根据第二DAC的基准输入引脚接收到的电流信号大小进行确定，第二DAC的输入码值可以对该控制环路进行失调校准，保证了最终输出恒定电阻的精确度。
具体实施时，图11中21和22即为恒定电阻控制环路的输出端。
在一个实施例中，恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vout为恒定电压控制环路的输出电压，Iin为恒流输入电源的输入电流，g2为输入电流差分采样单元的放大系数，k2为恒定电压控制环路的输出系数。
下面介绍上述关系式是如何得到的。
具体实施时，针对外部输入电源为恒流源，将外部恒流输入电源的电流通过信号处理链路(可以为输入电流差分采样单元，该单元如何实施请参见上述对输入电压差分采样单元的描述)输入到第二DAC的基准中，第二DAC的输出电压再控制CV控制环路，使之输出为恒定的电压。
如图11所示，令恒流输入电源的输入电流为Iin，恒定电压控制环路的输出电压为Vout，第二DAC输出电压为VDAC2，输入电流信号链路(输入电流差分采样单元)的放大系数为g2，恒定电压控制环路的系数为k2(即第二DAC输出的电压到最终控制输出的电压的系数)。
因为
其中，Vref2为第二DAC的参考基准值，DAC_iCode为第二DAC的输入码值，iFullScale为第二DAC的满量程码值。
Vref2＝Iin*g2………⑦；
Vout＝VDAC2*k2………⑧；
将上述方程⑦和⑧代入方程⑥中可得：
转化如下：
Vout/Iin即为恒定电阻控制环路输出电阻值，最终的输出值是公式⑩。
在一个实施例中，如图12所示，恒定电阻控制环路还包括：电流反向放大单元，电流反向放大单元的输入端与输入电流差分采样单元的输出端连接，电流反向放大单元的输出端与第二DAC的输入端连接，用于将输入电流差分采样单元输出的电流信号放大到第二DAC的基准的输入范围内；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，电流反向放大单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
具体实施时，如果恒定电阻控制环路用到电流反向放大单元，恒定电阻控制环路输出恒定电阻时，也要考虑到该电流反向放大单元的放大系数，这样可输出精确的恒定电阻。
在一个实施例中，如图12所示，恒定电压控制环路包括：恒定电压误差放大单元、功率单元组和电压差分采样单元，其中，恒定电压误差放大单元的第一输入端与所述电压差分采样单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电压控制电压信号；功率单元组包括多个功率单元，每个功率单元的输入端与所述恒定电压误差放大单元的输出端连接；电压差分采样单元的输入端与所述每个功率单元的输出端连接；
恒定电压误差放大单元包括：运算放大器U10B和并联在运算放大器U10B反相输入端6与输出端7之间的动态RC补偿电路；其中，
运算放大器U10B的同相输入端5接地，反相输入端6与第二DAC的输出端连接，反相输入端6还与电压差分采样单元的输出端连接；
动态RC补偿电路用于根据恒定电压误差放大单元不同的输出电压，选择相应的补偿电路。
在一个实施例中，如图14所示，动态RC补偿电路可以包括：
第一电容C40，第一电容C40的第一端与运算放大器U10B的反相输入端6连接；
第一电阻R106，第一电阻R106的第一端与第一电容C40的第二端连接，第一电阻R106的第二端与运算放大器U10B的输出端7连接；
开关SW2，开关SW2的第一端与第一电容C40的第二端连接；
第二电容C39，第二电容C39的第一端与开关SW2的第二端连接；
第二电阻R105，第二电阻R105的第一端与第二电容C39的第二端连接，第二电阻R105的第二端与运算放大器U10B的输出端7连接。
具体实施时，通过调试确定一个输出电压的阈值Vth，当输出电压低于Vth时，闭合开关SW2，两个RC网络的电阻(第一电阻R106和第二电阻R105)可以有效的避免恒定电压控制环路在建立电压时产生的震荡；在高于阈值电压Vth的时候断开开关SW2，用第一电容C40和第二电阻R105的补偿网络可以避免恒定电压控制环路在建立电压的时候产生过冲，提高了恒定电压控制环路的响应速度和安全性。
通过上述可知恒定电压控制环路的响应速度和安全性提高了，该恒定电阻控制环路的响应速度和安全性也随之提高了。
在另外一个实施例中，如图13所示，恒定电压控制环路还可以包括驱动单元，具体功能及结构请参见前文和关于图4的描述。
具体实施时，图13中恒定电阻控制环路的工作过程为：外部恒流电源的电流通过电流差分采样单元和电流反向放大单元，输入到第二DAC的基准引脚中，然后第二DAC输出的恒定电压控制信号输入到CV控制环路的恒定电压误差放大单元，与反馈信号比较放大，发现误差，调整误差后的恒定电压控制电压信号输出至驱动单元，驱动单元将信号做嵌位保护并增加驱动能力输出驱动功率单元组，最终控制并联的多个功率单元输出恒定电压，同时环路又将输出的电压通过电压差分采样单元反馈到CV误差放大单元，与第二DAC输入信号做比较放大。从而形成一个完成CR控制环路。
下面结合恒定电阻控制环路的具体电路结构图14至图17，对本发明实施例中，利用第二DAC实现硬件运算进行详细介绍。
公式如下：
将以上三个方程联立，得到恒阻的方程式：
本发明实施例提供的恒定电阻控制环路可以应用到电阻负载产品中。
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，本发明实施例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。
Claims (10)
1.一种恒定电阻控制环路，其特征在于，包括：输入电压差分采样单元、第一DAC和恒定电流控制环路，其中，
输入电压差分采样单元的输入端与外部恒压输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒压输入电源的电压信号进行衰减，将衰减后的电压信号输出至所述第一DAC的基准输入引脚中；
第一DAC的输入端与所述输入电压差分采样单元的输出端连接，用于根据所述衰减后的电压信号和第一DAC的输入码值，输出恒定电流控制电压信号至所述恒定电流控制环路；
恒定电流控制环路，用于根据所述恒定电流控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随所述外部恒压输入电源输入电压信号变化的恒定电流；
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值、输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
2.如权利要求1所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值、输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vin为外部恒压输入电源的输入电压，Iout为恒定电流控制环路的输出电流，g1为输入电压差分采样单元的衰减系数，k1为恒定电流控制环路的输出系数，DAC_vCode为第一DAC的输入码值，vFullScale为第一DAC的满量程码值。
3.如权利要求1所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，还包括：电压反向衰减单元，所述电压反向衰减单元的输入端与输入电压差分采样单元的输出端连接，电压反向衰减单元的输出端与所述第一DAC的输入端连接，用于将输入电压差分采样单元输出的电压信号衰减到所述第一DAC的基准的输入范围内；
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第一DAC的满量程码值与输入码值的比值，输入电压差分采样单元的衰减系数，电压反向衰减单元的衰减系数，以及恒定电流控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
4.如权利要求1所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，所述恒定电流控制环路包括：恒定电流误差放大单元、功率单元组和差分放大单元，其中，恒定电流误差放大单元的第一输入端与差分放大单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组，包括多个并联的功率单元，每个功率单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接；
所述差分放大单元包括：电流采样电阻和差分放大器；所述电流采样电阻的一端与每个功率单元的输出端连接，另一端与所述差分放大器的输入端连接；所述差分放大器的输出端与所述恒定电流误差放大单元的第一输入端连接，所述差分放大器用于将每个功率单元输出至电流采样电阻的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈信号输出至所述恒定电流误差放大单元。
5.如权利要求4所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，所述恒定电流控制环路还包括：
驱动单元，所述驱动单元的输入端与所述恒定电流误差放大单元的输出端连接，驱动单元的输出端与每个功率单元的输入端连接，用于将恒定电流误差放大单元输出的恒定电流控制电压信号进行放大后输出至功率单元组；
反向放大单元，所述反向放大单元的输入端与电流差分放大单元的输出端连接，反向放大单元的输出端与恒定电流误差放大单元的输入端连接，用于当功率单元组是同相端反馈时，将电流差分放大单元输出的差分放大电压信号进行反向放大，将反向放大后的电压信号作为反馈信号输出至所述恒定电流误差放大单元。
6.一种恒定电阻控制环路，其特征在于，包括：输入电流差分采样单元、第二DAC和恒定电压控制环路，其中，
输入电流差分采样单元的输入端与外部恒流输入电源的输出端连接，用于将所述外部恒流输入电源的电流信号进行放大，将放大后的电流信号输出至所述第二DAC的基准输入引脚中；
第二DAC的输入端与所述输入电流差分采样单元的输出端连接，用于根据所述放大后的电流信号和第二DAC的输入码值，输出恒定电压控制电压信号至所述恒定电压控制环路；
恒定电压控制环路，用于根据所述恒定电压控制电压信号，控制输出当输出恒定电阻时、随所述外部恒流输入电源输入电流信号变化的恒定电压；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值、输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
7.如权利要求6所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值、输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系为：
其中，Vout为恒定电压控制环路的输出电压，Iin为外部恒流输入电源的输入电流，g2为输入电流差分采样单元的放大系数，k2为恒定电压控制环路的输出系数。
8.如权利要求6所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，还包括：电流反向放大单元，所述电流反向放大单元的输入端与输入电流差分采样单元的输出端连接，电流反向放大单元的输出端与所述第二DAC的输入端连接，用于将输入电流差分采样单元输出的电流信号放大到所述第二DAC的基准的输入范围内；
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值，包括：
恒定电阻控制环路的输出端根据第二DAC的输入码值与满量程码值的比值，输入电流差分采样单元的放大系数，电流反向放大单元的放大系数，以及恒定电压控制环路的输出系数之间的关系，输出恒定电阻值。
9.如权利要求6所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，所述恒定电压控制环路包括：恒定电压误差放大单元、功率单元组和电压差分采样单元，其中，
恒定电压误差放大单元的第一输入端与所述电压差分采样单元的输出端连接，第二输入端与所述第二DAC连接；功率单元组包括多个功率单元，每个功率单元的输入端与所述恒定电压误差放大单元的输出端连接；电压差分采样单元的输入端与所述每个功率单元的输出端连接；
所述恒定电压误差放大单元包括：运算放大器(U10B)和并联在所述运算放大器(U10B)反相输入端(6)与输出端(7)之间的动态RC补偿电路；其中，
所述运算放大器(U10B)的同相输入端(5)接地，反相输入端(6)与所述第二DAC的输出端连接，反相输入端(6)还与电压差分采样单元的输出端连接；
所述动态RC补偿电路用于根据恒定电压误差放大单元不同的输出电压，选择相应的补偿电路。
10.如权利要求9所述的恒定电阻控制环路，其特征在于，所述动态RC补偿电路包括：
第一电容(C40)，所述第一电容(C40)的第一端与运算放大器(U10B)的反相输入端(6)连接；
第一电阻(R106)，所述第一电阻(R106)的第一端与第一电容(C40)的第二端连接，第一电阻(R106)的第二端与运算放大器(U10B)的输出端(7)连接；
开关(SW2)，所述开关(SW2)的第一端与第一电容(C40)的第二端连接；
第二电容(C39)，所述第二电容(C39)的第一端与开关(SW2)的第二端连接；
第二电阻(R105)，所述第二电阻(R105)的第一端与第二电容(C39)的第二端连接，第二电阻(R105)的第二端与运算放大器(U10B)的输出端(7)连接。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010231509A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Seiko Epson Corp | 過電圧検出回路、過電圧保護回路 |
| CN202018614U (zh) * | 2010-12-31 | 2011-10-26 | 中国电器科学研究院 | 大功率高速线性调整恒流源 |
| CN102455725A (zh) * | 2010-10-29 | 2012-05-16 | 炬力集成电路设计有限公司 | 一种电压电流双环路控制装置以及芯片 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010231509A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Seiko Epson Corp | 過電圧検出回路、過電圧保護回路 |
| CN102455725A (zh) * | 2010-10-29 | 2012-05-16 | 炬力集成电路设计有限公司 | 一种电压电流双环路控制装置以及芯片 |
| CN202018614U (zh) * | 2010-12-31 | 2011-10-26 | 中国电器科学研究院 | 大功率高速线性调整恒流源 |
| CN106374551A (zh) * | 2015-07-23 | 2017-02-01 | 联发科技股份有限公司 | 在电子设备中对电流检测元件进行电阻控制的装置及方法 |
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