CN106773958A - 一种控制电路的通用供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制电路的通用供电系统，其特征在于，所述系统包括：单片机供电模块，用于为单片机提供供电电压；现场可编程门阵列供电模块，用于为现场可编程门阵列提供多个低电平供电电压；混合电路供电模块，用于提供能够调节电压值的供电电压；底板总线供电模块，用于为所述单片机供电模块、现场可编程门阵列供电模块和混合电路供电模块提供参考电压，本发明采用模块化思想，可针对不同元器件提供不同的供电电压，增加了供电系统的可移植性和继承性，具有广泛应用性和较强的实用性。

Description

一种控制电路的通用供电系统
技术领域
本发明涉及电路供电领域。更具体地，涉及一种控制电路的通用供电系统。
背景技术
随着科技的发展，一些电子设备的结构日渐复杂，在电子设备的控制电路中往往存在多种元器件，而对于不同的元器件，其所需的工作电压往往并不相同，控制电路板只能够提供有限的供电电压，因此，需要针对不同的元器件分别设计不同的供电电路，这种由多个供电电路组成的供电系统会增加供电系统的复杂性，并且，当针对不同控制电路或更换元器件的情况下，为不同元器件分别设计供电电路的供电系统会出现无法适用的情况，可移植性和实用性较差。
因此，需要提供一种控制电路的通用供电系统，可以针对控制电路中不同的元器件提供不同的供电电压，增加供电系统的可移植性和继承性。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种控制电路的通用供电系统，以针对控制电路中不同的元器件提供不同的供电电压，增加供电系统的可移植性和继承性。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种控制电路的通用供电系统，其特征在于，所述系统包括：
单片机供电模块，用于为单片机提供供电电压；
现场可编程门阵列供电模块，用于为现场可编程门阵列提供多个低电平供电电压；
混合电路供电模块，用于提供能够调节电压值的供电电压；
底板总线供电模块，用于为所述单片机供电模块、现场可编程门阵列供电模块和混合电路供电模块提供参考电压。
优选地，所述底板总线供电模块用于提供+27V、±15V、±35V和+5V的电压。
优选地，所述单片机供电模块包括用于为外接单片机供电的总线供电模块和芯片供电模块；
所述总线供电模块包括与所述底板总线供电模块连接的滤波电路；
所述芯片供电模块包括与所述底板总线供电模块连接的线性稳定芯片。
优选地，所述现场可编程门阵列供电模块包括多个与底板总线供电模块连接的开关稳压芯片以及与每个开关稳压芯片连接的外围电路。
优选地，所述现场可编程门阵列供电模块用于提供3.3V、2.5V和1.2V的供电电压。
优选地，所述混合电路供电模块包括基准电压源、数模转换芯片、仪表放大器、输入滤波电路和输出电路；
所述基准电压源用于为所述数模转换芯片提供源电压；
所述数模转换芯片用于输出模拟电压；
所述仪表放大器用于将所述源电压反相；
所述输入滤波电路用于对所述源电压和所述仪表放大器输出的反相源电压进行低通滤波；
所述输出电路用于将所述数模转换芯片的输出电压进行放大和滤波。
优选地，所述混合电路供电模块用于输出-30V～+30V的模拟电压。
优选地，所述数模转换芯片为16位芯片。
本发明的有益效果如下：
本发明采用模块化思想，针对控制电路中典型元器件的不同供电电压需求，提出了一种控制电路的通用供电系统，可针对不同元器件提供不同的供电电压，作为通用的供电系统可应用于较多类型的控制系统中，增加了供电系统的可移植性和继承性，具有广泛应用性和较强的实用性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明一种控制电路的通用供电系统的示意图。
图2示出本发明一种控制电路的通用供电系统中现场可编程门阵列供电模块的示意图。
图3示出图2现场可编程门阵列供电模块中开关稳压芯片及其外围电路示意图。
图4示出本发明一种控制电路的通用供电系统中混合电路供电模块的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种控制电路的通用供电系统，所述系统包括单片机供电模块、现场可编程门阵列供电模块(FPGA)、混合电路供电模块和底板总线供电模块。
所述单片机供电模块用于为单片机提供供电电压。所述单片机供电模块可包括用于为外接单片机供电的总线供电模块和芯片供电模块。其中，所述总线供电模块可包括与所述底板总线供电模块连接的滤波电路，所述芯片供电模块可包括与所述底板总线供电模块连接的线性稳压芯片。
所述FPGA供电模块用于为FPGA提供多个低电平供电电压。所述FPGA供电模块可包括多个与底板总线供电模块连接的开关稳压芯片以及与每个开关稳压芯片连接的外围电路。
所述混合电路供电模块用于提供能够调节电压值的供电电压。所述混合电路供电模块包括基准电压源、数模转换芯片、仪表放大器、输入滤波电路和输出电路。其中，所述精密基准电压源用于为所述数模转换芯片提供源电压，所述数模转换芯片用于输出模拟电压，可采用16位芯片。所述仪表放大器用于将所述源电压反相，所述输入滤波电路用于对所述源电压和所述仪表放大器输出的反相源电压进行低通滤波，所述输出电路用于将所述数模转换芯片的输出电压进行放大和滤波。所述混合电路供电模块可用于输出-30V～+30V的模拟电压。
底板总线供电模块，用于为所述单片机供电模块、FPGA供电模块和混合电路供电模块提供参考电压。所述底板总线供电模块用于提供+27V、±15V、±35V和+5V的电压。
在本实施例中，控制电路的元器件包括供电电压需求为5V和3.3V的单片机、供电电压需求为3.3V、2.5V和1.2V的FPGA和供电电压需求复杂的混合电路。其中，3.3V、2.5V和1.2V为本领域技术人员公知的低电压。
所述通用供电系统的底板总线供电模块可提供+27V、±15V、±35V和+5V的供电电压。
在对供电电压需求为5V的单片机供电时，可直接使用底板总线提供的+5V电压，只需要在单片机电源引脚与地引脚之间就近连接0.1uF和10uF电容用于滤波即可。
在对供电电压需求为3.3V的单片机供电时，本实施例中该单片机的相关参数如表1所示。
表1单片机电源需求
根据以上参数选用线性稳压芯片LM1117-3.3，能够尽量的简化电路设计，在输入输出压差为1.7V的条件下，能够提供大于800mA的输出电流，满足了该单片机的电源需求。LM1117-3.3线性稳压芯片的输入端与输出端通过10uF的钽电容接地，为该单片机提供3.3V供电电压。
FPGA对电源需求比较复杂，包括引脚输入输出电压、核心电压、以及辅助电压都需要不同的供电电压，有时对于电源上电与掉电时序都有严格要求。目前FPGA供电有三种方式：线性稳压器，开关稳压源，电源模块。但由于FPGA消耗的电流较大，因此需要使用效率较高的方案，同时由于数字电路对电源纹波不敏感，因此使用开关稳压芯片LM2734实现多种电压输出。如图1和图2所示，FPGA供电模块包括3个与底板总线供电模块连接的开关稳压芯片以及3个与每个开关稳压芯片连接的外围电路，可以提供3.3V、2.5V和1.2V的供电电压。通过调整R1、R2的值调整输出的电压值大小，根据需要的电压值，选择R2＝10.0KΩ，通过公式计算R1电阻值为
其中，VREF为阻值调节参考电压，VREF＝0.8V，并且0.784V≤VREF≤0.816V，电阻精度为1％。
得到电阻R1与输出电压(VOUT)的对应关系如表2所示。
表2调节电阻R1的计算值
其余元器件的选择值如表3所示。
表3外围电路元器件选择值
在对混合电路进行供电时，混合电路供电模块能够输出可配置的模拟电压，满足不同大小的二次电压模拟需求。DAC7734作为16位高精度数模转换芯片，能够满足通用化供电系统对输出电压精度的要求。由于是高精度电路设计，因此参考源电压要求非常小的电压纹波和长期稳定性。如图3所示，混合电路供电模块中带隙基准源的精密基准电压源能为高精度数模转换芯片提供所需的+10V参考电压源，由于对于输出电压需要能够进行正负电压配置，因此还要使用反向电路为高精度数模转换芯片提供-10V参考电压源，本文通过仪表放大器搭建反向电路，采用一阶低通滤波器尽量降低参考电压源的误差，同时为高精度数模转换芯片的反馈端引入反馈，进一步降低了基准源在高精度数模转换芯片工作时带来的误差。本方案中输出电路为满足对输出电压的要求，采用直接耦合输出电路，输出电路包括运算放大器和电容、电阻，能够提供3倍的输出增益，且对输出电压进行滤波处理。运算放大器采用外部±35V电源供电，在输出电流小于2A时，输出电压范围能够达到±30V。运算放大器采用非轨到轨放大器，输出电流大于100mA时，输出电压范围满足-30V～+30V的要求，并且输出电压值的大小可以通过网络方便配置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种控制电路的通用供电系统，其特征在于，所述系统包括：
单片机供电模块，用于为单片机提供供电电压；
现场可编程门阵列供电模块，用于为现场可编程门阵列提供多个低电平供电电压；
混合电路供电模块，用于提供能够调节电压值的供电电压；
底板总线供电模块，用于为所述单片机供电模块、现场可编程门阵列供电模块和混合电路供电模块提供参考电压。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述底板总线供电模块用于提供+27V、±15V、±35V和+5V的电压。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单片机供电模块包括用于为外接单片机供电的总线供电模块和芯片供电模块；
所述总线供电模块包括与所述底板总线供电模块连接的滤波电路；
所述芯片供电模块包括与所述底板总线供电模块连接的线性稳定芯片。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列供电模块包括多个与底板总线供电模块连接的开关稳压芯片以及与每个开关稳压芯片连接的外围电路。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列供电模块用于提供3.3V、2.5V和1.2V的供电电压。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合电路供电模块包括基准电压源、数模转换芯片、仪表放大器、输入滤波电路和输出电路；
所述基准电压源用于为所述数模转换芯片提供源电压；
所述数模转换芯片用于输出模拟电压；
所述仪表放大器用于将所述源电压反相；
所述输入滤波电路用于对所述源电压和所述仪表放大器输出的反相源电压进行低通滤波；
所述输出电路用于将所述数模转换芯片的输出电压进行放大和滤波。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合电路供电模块用于输出-30V～+30V的模拟电压。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数模转换芯片为16位芯片。
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