鉅大LARGE | 點擊量：678次 | 2022年04月02日
基于CPLD的電池供電系統(tǒng)斷電電路的設(shè)計
今天，大多數(shù)的CpLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）都采用可減少功耗的工作模式，但當(dāng)系統(tǒng)未使用時，應(yīng)完全切斷電源以保存電池能量，從而實現(xiàn)很多設(shè)計者的最終節(jié)能目標(biāo)。圖1描述了如何在一片CpLD上新增幾只分立元件，實現(xiàn)一個節(jié)省電池能量的系統(tǒng)斷電電路。在本例中，使用的CpLD是AlteraEpM570-T100。使用一只外接p溝道MOSFETQ1和一只國際整流器公司的IRLML6302（或等效器件），構(gòu)成IC1CpLD的一個電源控制開關(guān)。CpLD和開關(guān)矩陣控制著MOSFET的柵極，當(dāng)用戶按下一個開關(guān)時，在Q1上施加開關(guān)的偏壓。CpLD內(nèi)帶一個嵌入的計時器，用于監(jiān)控開關(guān)和系統(tǒng)的工作。當(dāng)系統(tǒng)處在一個特定的不工作周期內(nèi)時，計時器會去掉MOSFET的柵極驅(qū)動，使CpLD以及連接到MOSFET上的其它元器件斷電。
圖1用幾只外接電元和內(nèi)部的邏輯塊，就可以使一個CpLD電路在預(yù)設(shè)間隔后切斷自身的電源
Q1的源極連接到電池的正極，其漏極連接到IC1的VCC(INT)、VCC(IO1)和VCC(IO2)電源腳和其它要斷電控制的元件。當(dāng)電源斷開時，一只1kΩ的上拉電阻R3將Q1的柵源電壓保持在0V，維持其關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)切斷IC1電源時，它通過CpLD的斷電管腳建立一個對地的泄漏路徑。EpM570T100帶有熱插保護，可將任何用戶可接觸器件的I/O腳限流在300mA以下。因此，即使在最差情況下，R3上出現(xiàn)的I/O腳電壓也不會達到FET的0.7V最小柵極閾值導(dǎo)通電壓。
按下任何開關(guān)都會通過開關(guān)的觸點以及相應(yīng)的二極管建立一個電流路徑，因此在R3上出現(xiàn)約2.3V的柵源偏壓，這個電壓足以在約100ms時間內(nèi)使Q1導(dǎo)通，并為IC1供電。當(dāng)激活機械開關(guān)時，它們的最小導(dǎo)通時間至少為3ms，而一個典型的操作員的按/放時間至少要30ms。由于人的響應(yīng)時間相對較慢，在操作者松開開關(guān)以前，CpLD可以完成導(dǎo)通、復(fù)位內(nèi)部電路，并將使Q1導(dǎo)通的斷電管腳維持在邏輯零狀態(tài)。
除了用戶設(shè)定的應(yīng)用邏輯以外（圖中未畫），CpLD的電源控制邏輯新增了一對標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的庫宏電路，它由Altera的QuartusII開發(fā)工具生成。內(nèi)部的4.4MHz±25%振蕩器Altufm_osc驅(qū)動一個模塊化44millionLpM（庫參數(shù)化模塊）計數(shù)器。CpLD應(yīng)用邏輯出現(xiàn)的邏輯低電平信號或關(guān)閉任何開關(guān)時都會使計數(shù)器復(fù)位。當(dāng)復(fù)位計數(shù)器時，它的執(zhí)行信號變低，驅(qū)動外接的斷電管腳。當(dāng)去掉復(fù)位時，反相的執(zhí)行信號會重新開始LpM計數(shù)器的運行。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
假如所有開關(guān)均為開，應(yīng)用邏輯為不工作狀態(tài)，則計數(shù)器在約10秒內(nèi)計數(shù)到4400萬，然后內(nèi)部執(zhí)行信號變高電平，關(guān)斷計數(shù)器，并保持執(zhí)行信號為高電平。接下來，斷電管腳向VCC爬升，當(dāng)斷電管腳電壓達到2.3V時關(guān)斷Q1。關(guān)斷CpLD的電源會使斷電管腳進入三態(tài)（或不連接）模式，而R3使Q1保持關(guān)斷。
用戶可以使用符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的命令，用一根下載電纜連接到一個廠家含義的10腳插頭上，對EpM570-T100進行配置。該過程要在配置前、中、后按一個外接的開關(guān)，以保證CpLD能在配置過程中獲得電源?？梢酝ㄟ^改變計數(shù)器的模塊，將不工作時間設(shè)置為任何要的值。雖然電源、地和JTAG信號都使用專用的器件管腳，但也可以將任何通用CpLDI/O腳設(shè)定為開關(guān)輸入和斷電輸出。
假如你的應(yīng)用要一個按鍵開關(guān)矩陣，則可以用n個二極管搭成一個nxm開關(guān)，進行有效的上電檢測（圖2）。在本例中，一排排開關(guān)通過二極管D1~D4連接到MOSFET的柵極。電阻R8~R11為每行開關(guān)供應(yīng)一個對地通路，并只在開關(guān)閉合時承載電流，使行輸入為低電平，同時保證只消耗最小的電源電流。
圖2一個小鍵盤矩陣可拓展CpLD電路的控制功能，并保留電路的自動斷電功能
當(dāng)用戶按壓任一開關(guān)時，Q1的柵極為低電平，CpLD接通。在用戶釋放開關(guān)以前，一個快速的CpLD上電例程，掃描開關(guān)陣列的各行和各排，以確定用戶按下的是哪個開關(guān)。并且重置信號復(fù)位LpM計數(shù)器的不工作按時器。
