一種控制電路的通用供電系統的製作方法

2023-06-28 22:24:21

本發明涉及電路供電領域。更具體地，涉及一種控制電路的通用供電系統。

背景技術：

隨著科技的發展，一些電子設備的結構日漸複雜，在電子設備的控制電路中往往存在多種元器件，而對於不同的元器件，其所需的工作電壓往往並不相同，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計不同的供電電路，這種由多個供電電路組成的供電系統會增加供電系統的複雜性，並且，當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計供電電路的供電系統會出現無法適用的情況，可移植性和實用性較差。

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

技術實現要素：

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

為解決上述技術問題，本發明採用下述技術方案：

本發明公開了一種控制電路的通用供電系統，其特徵在於，所述系統包括：

單片機供電模塊，用於為單片機提供供電電壓；

現場可編程門陣列供電模塊，用於為現場可編程門陣列提供多個低電平供電電壓；

混合電路供電模塊，用於提供能夠調節電壓值的供電電壓；

底板總線供電模塊，用於為所述單片機供電模塊、現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。

優選地，所述底板總線供電模塊用於提供+27V、±15V、±35V和+5V的電壓。

優選地，所述單片機供電模塊包括用於為外接單片機供電的總線供電模塊和晶片供電模塊；

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；

所述晶片供電模塊包括與所述底板總線供電模塊連接的線性穩定晶片。

優選地，所述現場可編程門陣列供電模塊包括多個與底板總線供電模塊連接的開關穩壓晶片以及與每個開關穩壓晶片連接的外圍電路。

優選地，所述現場可編程門陣列供電模塊用於提供3.3V、2.5V和1.2V的供電電壓。

優選地，所述混合電路供電模塊包括基準電壓源、數模轉換晶片、儀表放大器、輸入濾波電路和輸出電路；

所述基準電壓源用於為所述數模轉換晶片提供源電壓；

所述數模轉換晶片用於輸出模擬電壓；

所述儀表放大器用於將所述源電壓反相；

所述輸入濾波電路用於對所述源電壓和所述儀表放大器輸出的反相源電壓進行低通濾波；

所述輸出電路用於將所述數模轉換晶片的輸出電壓進行放大和濾波。

優選地，所述混合電路供電模塊用於輸出-30V～+30V的模擬電壓。

優選地，所述數模轉換晶片為16位晶片。

本發明的有益效果如下：

本發明採用模塊化思想，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，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可應用於較多類型的控制系統中，增加了供電系統的可移植性和繼承性，具有廣泛應用性和較強的實用性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發明一種控制電路的通用供電系統的示意圖。

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

圖3示出圖2現場可編程門陣列供電模塊中開關穩壓晶片及其外圍電路示意圖。

圖4示出本發明一種控制電路的通用供電系統中混合電路供電模塊的示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。

本發明公開了一種控制電路的通用供電系統，所述系統包括單片機供電模塊、現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。

所述單片機供電模塊用於為單片機提供供電電壓。所述單片機供電模塊可包括用於為外接單片機供電的總線供電模塊和晶片供電模塊。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，所述晶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壓晶片。

所述FPGA供電模塊用於為FPGA提供多個低電平供電電壓。所述FPGA供電模塊可包括多個與底板總線供電模塊連接的開關穩壓晶片以及與每個開關穩壓晶片連接的外圍電路。

所述混合電路供電模塊用於提供能夠調節電壓值的供電電壓。所述混合電路供電模塊包括基準電壓源、數模轉換晶片、儀表放大器、輸入濾波電路和輸出電路。其中，所述精密基準電壓源用於為所述數模轉換晶片提供源電壓，所述數模轉換晶片用於輸出模擬電壓，可採用16位晶片。所述儀表放大器用於將所述源電壓反相，所述輸入濾波電路用於對所述源電壓和所述儀表放大器輸出的反相源電壓進行低通濾波，所述輸出電路用於將所述數模轉換晶片的輸出電壓進行放大和濾波。所述混合電路供電模塊可用於輸出-30V～+30V的模擬電壓。

底板總線供電模塊，用於為所述單片機供電模塊、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於提供+27V、±15V、±35V和+5V的電壓。

在本實施例中，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、供電電壓需求為3.3V、2.5V和1.2V的FPGA和供電電壓需求複雜的混合電路。其中，3.3V、2.5V和1.2V為本領域技術人員公知的低電壓。

所述通用供電系統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的單片機供電時，可直接使用底板總線提供的+5V電壓，只需要在單片機電源引腳與地引腳之間就近連接0.1uF和10uF電容用於濾波即可。

在對供電電壓需求為3.3V的單片機供電時，本實施例中該單片機的相關參數如表1所示。

表1單片機電源需求

根據以上參數選用線性穩壓晶片LM1117-3.3，能夠儘量的簡化電路設計，在輸入輸出壓差為1.7V的條件下，能夠提供大於800mA的輸出電流，滿足了該單片機的電源需求。LM1117-3.3線性穩壓晶片的輸入端與輸出端通過10uF的鉭電容接地，為該單片機提供3.3V供電電壓。

FPGA對電源需求比較複雜，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，有時對於電源上電與掉電時序都有嚴格要求。目前FPGA供電有三種方式：線性穩壓器，開關穩壓源，電源模塊。但由於FPGA消耗的電流較大，因此需要使用效率較高的方案，同時由於數字電路對電源紋波不敏感，因此使用開關穩壓晶片LM2734實現多種電壓輸出。如圖1和圖2所示，FPGA供電模塊包括3個與底板總線供電模塊連接的開關穩壓晶片以及3個與每個開關穩壓晶片連接的外圍電路，可以提供3.3V、2.5V和1.2V的供電電壓。通過調整R1、R2的值調整輸出的電壓值大小，根據需要的電壓值，選擇R2＝10.0KΩ，通過公式計算R1電阻值為

其中，VREF為阻值調節參考電壓，VREF＝0.8V，並且0.784V≤VREF≤0.816V，電阻精度為1％。

得到電阻R1與輸出電壓(VOUT)的對應關係如表2所示。

表2調節電阻R1的計算值

其餘元器件的選擇值如表3所示。

表3外圍電路元器件選擇值

在對混合電路進行供電時，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位高精度數模轉換晶片，能夠滿足通用化供電系統對輸出電壓精度的要求。由於是高精度電路設計，因此參考源電壓要求非常小的電壓紋波和長期穩定性。如圖3所示，混合電路供電模塊中帶隙基準源的精密基準電壓源能為高精度數模轉換晶片提供所需的+10V參考電壓源，由於對於輸出電壓需要能夠進行正負電壓配置，因此還要使用反向電路為高精度數模轉換晶片提供-10V參考電壓源，本文通過儀表放大器搭建反向電路，採用一階低通濾波器儘量降低參考電壓源的誤差，同時為高精度數模轉換晶片的反饋端引入反饋，進一步降低了基準源在高精度數模轉換晶片工作時帶來的誤差。本方案中輸出電路為滿足對輸出電壓的要求，採用直接耦合輸出電路，輸出電路包括運算放大器和電容、電阻，能夠提供3倍的輸出增益，且對輸出電壓進行濾波處理。運算放大器採用外部±35V電源供電，在輸出電流小於2A時，輸出電壓範圍能夠達到±30V。運算放大器採用非軌到軌放大器，輸出電流大於100mA時，輸出電壓範圍滿足-30V～+30V的要求，並且輸出電壓值的大小可以通過網絡方便配置。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。