本發(fā)明涉及電路供電領(lǐng)域。更具體地，涉及一種控制電路的通用供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，一些電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，在電子設(shè)備的控制電路中往往存在多種元器件，而對于不同的元器件，其所需的工作電壓往往并不相同，控制電路板只能夠提供有限的供電電壓，因此，需要針對不同的元器件分別設(shè)計(jì)不同的供電電路，這種由多個(gè)供電電路組成的供電系統(tǒng)會增加供電系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且，當(dāng)針對不同控制電路或更換元器件的情況下，為不同元器件分別設(shè)計(jì)供電電路的供電系統(tǒng)會出現(xiàn)無法適用的情況，可移植性和實(shí)用性較差。

因此，需要提供一種控制電路的通用供電系統(tǒng)，可以針對控制電路中不同的元器件提供不同的供電電壓，增加供電系統(tǒng)的可移植性和繼承性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種控制電路的通用供電系統(tǒng)，以針對控制電路中不同的元器件提供不同的供電電壓，增加供電系統(tǒng)的可移植性和繼承性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種控制電路的通用供電系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

單片機(jī)供電模塊，用于為單片機(jī)提供供電電壓；

現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊，用于為現(xiàn)場可編程門陣列提供多個(gè)低電平供電電壓；

混合電路供電模塊，用于提供能夠調(diào)節(jié)電壓值的供電電壓；

底板總線供電模塊，用于為所述單片機(jī)供電模塊、現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊和混合電路供電模塊提供參考電壓。

優(yōu)選地，所述底板總線供電模塊用于提供+27V、±15V、±35V和+5V的電壓。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)供電模塊包括用于為外接單片機(jī)供電的總線供電模塊和芯片供電模塊；

所述總線供電模塊包括與所述底板總線供電模塊連接的濾波電路；

所述芯片供電模塊包括與所述底板總線供電模塊連接的線性穩(wěn)定芯片。

優(yōu)選地，所述現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊包括多個(gè)與底板總線供電模塊連接的開關(guān)穩(wěn)壓芯片以及與每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓芯片連接的外圍電路。

優(yōu)選地，所述現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊用于提供3.3V、2.5V和1.2V的供電電壓。

優(yōu)選地，所述混合電路供電模塊包括基準(zhǔn)電壓源、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、儀表放大器、輸入濾波電路和輸出電路；

所述基準(zhǔn)電壓源用于為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供源電壓；

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片用于輸出模擬電壓；

所述儀表放大器用于將所述源電壓反相；

所述輸入濾波電路用于對所述源電壓和所述儀表放大器輸出的反相源電壓進(jìn)行低通濾波；

所述輸出電路用于將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸出電壓進(jìn)行放大和濾波。

優(yōu)選地，所述混合電路供電模塊用于輸出-30V～+30V的模擬電壓。

優(yōu)選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為16位芯片。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用模塊化思想，針對控制電路中典型元器件的不同供電電壓需求，提出了一種控制電路的通用供電系統(tǒng)，可針對不同元器件提供不同的供電電壓，作為通用的供電系統(tǒng)可應(yīng)用于較多類型的控制系統(tǒng)中，增加了供電系統(tǒng)的可移植性和繼承性，具有廣泛應(yīng)用性和較強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明一種控制電路的通用供電系統(tǒng)的示意圖。

圖2示出本發(fā)明一種控制電路的通用供電系統(tǒng)中現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊的示意圖。

圖3示出圖2現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊中開關(guān)穩(wěn)壓芯片及其外圍電路示意圖。

圖4示出本發(fā)明一種控制電路的通用供電系統(tǒng)中混合電路供電模塊的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明公開了一種控制電路的通用供電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括單片機(jī)供電模塊、現(xiàn)場可編程門陣列供電模塊(FPGA)、混合電路供電模塊和底板總線供電模塊。

所述單片機(jī)供電模塊用于為單片機(jī)提供供電電壓。所述單片機(jī)供電模塊可包括用于為外接單片機(jī)供電的總線供電模塊和芯片供電模塊。其中，所述總線供電模塊可包括與所述底板總線供電模塊連接的濾波電路，所述芯片供電模塊可包括與所述底板總線供電模塊連接的線性穩(wěn)壓芯片。

所述FPGA供電模塊用于為FPGA提供多個(gè)低電平供電電壓。所述FPGA供電模塊可包括多個(gè)與底板總線供電模塊連接的開關(guān)穩(wěn)壓芯片以及與每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓芯片連接的外圍電路。

所述混合電路供電模塊用于提供能夠調(diào)節(jié)電壓值的供電電壓。所述混合電路供電模塊包括基準(zhǔn)電壓源、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、儀表放大器、輸入濾波電路和輸出電路。其中，所述精密基準(zhǔn)電壓源用于為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供源電壓，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片用于輸出模擬電壓，可采用16位芯片。所述儀表放大器用于將所述源電壓反相，所述輸入濾波電路用于對所述源電壓和所述儀表放大器輸出的反相源電壓進(jìn)行低通濾波，所述輸出電路用于將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸出電壓進(jìn)行放大和濾波。所述混合電路供電模塊可用于輸出-30V～+30V的模擬電壓。

底板總線供電模塊，用于為所述單片機(jī)供電模塊、FPGA供電模塊和混合電路供電模塊提供參考電壓。所述底板總線供電模塊用于提供+27V、±15V、±35V和+5V的電壓。

在本實(shí)施例中，控制電路的元器件包括供電電壓需求為5V和3.3V的單片機(jī)、供電電壓需求為3.3V、2.5V和1.2V的FPGA和供電電壓需求復(fù)雜的混合電路。其中，3.3V、2.5V和1.2V為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的低電壓。

所述通用供電系統(tǒng)的底板總線供電模塊可提供+27V、±15V、±35V和+5V的供電電壓。

在對供電電壓需求為5V的單片機(jī)供電時(shí)，可直接使用底板總線提供的+5V電壓，只需要在單片機(jī)電源引腳與地引腳之間就近連接0.1uF和10uF電容用于濾波即可。

在對供電電壓需求為3.3V的單片機(jī)供電時(shí)，本實(shí)施例中該單片機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1單片機(jī)電源需求

根據(jù)以上參數(shù)選用線性穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3，能夠盡量的簡化電路設(shè)計(jì)，在輸入輸出壓差為1.7V的條件下，能夠提供大于800mA的輸出電流，滿足了該單片機(jī)的電源需求。LM1117-3.3線性穩(wěn)壓芯片的輸入端與輸出端通過10uF的鉭電容接地，為該單片機(jī)提供3.3V供電電壓。

FPGA對電源需求比較復(fù)雜，包括引腳輸入輸出電壓、核心電壓、以及輔助電壓都需要不同的供電電壓，有時(shí)對于電源上電與掉電時(shí)序都有嚴(yán)格要求。目前FPGA供電有三種方式：線性穩(wěn)壓器，開關(guān)穩(wěn)壓源，電源模塊。但由于FPGA消耗的電流較大，因此需要使用效率較高的方案，同時(shí)由于數(shù)字電路對電源紋波不敏感，因此使用開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2734實(shí)現(xiàn)多種電壓輸出。如圖1和圖2所示，F(xiàn)PGA供電模塊包括3個(gè)與底板總線供電模塊連接的開關(guān)穩(wěn)壓芯片以及3個(gè)與每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓芯片連接的外圍電路，可以提供3.3V、2.5V和1.2V的供電電壓。通過調(diào)整R1、R2的值調(diào)整輸出的電壓值大小，根據(jù)需要的電壓值，選擇R2＝10.0KΩ，通過公式計(jì)算R1電阻值為

其中，V_REF為阻值調(diào)節(jié)參考電壓，V_REF＝0.8V，并且0.784V≤V_REF≤0.816V，電阻精度為1％。

得到電阻R1與輸出電壓(V_OUT)的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2調(diào)節(jié)電阻R1的計(jì)算值

其余元器件的選擇值如表3所示。

表3外圍電路元器件選擇值

在對混合電路進(jìn)行供電時(shí)，混合電路供電模塊能夠輸出可配置的模擬電壓，滿足不同大小的二次電壓模擬需求。DAC7734作為16位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，能夠滿足通用化供電系統(tǒng)對輸出電壓精度的要求。由于是高精度電路設(shè)計(jì)，因此參考源電壓要求非常小的電壓紋波和長期穩(wěn)定性。如圖3所示，混合電路供電模塊中帶隙基準(zhǔn)源的精密基準(zhǔn)電壓源能為高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供所需的+10V參考電壓源，由于對于輸出電壓需要能夠進(jìn)行正負(fù)電壓配置，因此還要使用反向電路為高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供-10V參考電壓源，本文通過儀表放大器搭建反向電路，采用一階低通濾波器盡量降低參考電壓源的誤差，同時(shí)為高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的反饋端引入反饋，進(jìn)一步降低了基準(zhǔn)源在高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片工作時(shí)帶來的誤差。本方案中輸出電路為滿足對輸出電壓的要求，采用直接耦合輸出電路，輸出電路包括運(yùn)算放大器和電容、電阻，能夠提供3倍的輸出增益，且對輸出電壓進(jìn)行濾波處理。運(yùn)算放大器采用外部±35V電源供電，在輸出電流小于2A時(shí)，輸出電壓范圍能夠達(dá)到±30V。運(yùn)算放大器采用非軌到軌放大器，輸出電流大于100mA時(shí)，輸出電壓范圍滿足-30V～+30V的要求，并且輸出電壓值的大小可以通過網(wǎng)絡(luò)方便配置。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。