《電子技術應用》
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采用PWM的電壓反相器
摘要:  本例描述了一種采用小型微控制器傳感器模塊的電路,它只有三個連接:5Vdc、一個RS-232傳輸數據輸出端、地。專用的單電壓電平轉換器或DC/DC轉換器可能太貴了,但設計仍需要提供1mA的±3V電壓,以驅動數據傳輸腳。由于在5V微控制器上的空余PWM(脈沖寬度調制)輸出能夠在近5V時驅動±5mA電流,因此,用一只BAT54S雙串聯肖特基二極管、兩只電容以及一只限流電阻構成的PWM電壓轉換器就可以提供負電壓。
Abstract:
Key words :

  本例描述了一種采用小型微控制器傳感器模塊的電路,它只有三個連接:5Vdc、一個RS-232傳輸數據輸出端、地。專用的單電壓電平轉換器或DC/DC轉換器可能太貴了,但設計仍需要提供1mA的±3V電壓,以驅動數據傳輸腳。由于在5V微控制器上的空余PWM(脈沖寬度調制)輸出能夠在近5V時驅動±5mA電流,因此,用一只BAT54S雙串聯肖特基二極管、兩只電容以及一只限流電阻構成的PWM電壓轉換器就可以提供負電壓(圖1)。

  微控制器的PWM輸出用一個1kHz、50%占空比的0~5V波形,驅動轉換器。當PWM輸出為5V時,它為C1充電。D1中下方的二極管為正偏,將端子連接到地。當PWM輸出為低時,使D1中上方二極管正偏,將C1中的電荷送至C2。同時,它將C1的正電荷端接至近地電勢,從而使電荷反轉。當PWM輸出再次變為高時,這個循環重復。

  由于D1的最小電壓降為0.2V,不可能從5V得到-5V,因此,每個相位損失0.2V,電壓輸出約為-4.6V。只有當驅動微控制器對轉換期間的電流瞬變很敏感,或轉換的瞬流會干擾微控制器的模擬輸入端時,設計才需要使用限流電阻R1。

  PWM的時基為1kHz,因此各元件的值都必須適應于這個頻率。如果需要其它的頻率,則必須用式C=1/(10×F×R)計算新的元件值,其中C是C1和C2的值,F是PWM的開關頻率(Hz),R是PWM輸出驅動電路的總電阻。

  當計算PWM輸出的總電阻時,必須考慮到數字輸出的額定驅動值。用V/A可以簡單地替代R的值,其中V是PWM輸出的驅動電壓,A是輸出的驅動電流(A)。例如,本設計的原值為:R=V/A=5V/0.005A=1kΩ,以及C=1/(10×F×R)=1/(10×1kHz×1kΩ) =1×10−7,即0.1μF。

  本電路也可以用作ADC/DAC的負電壓電源,以及運放的雙電源。對于模擬使用場合,可能需要在輸出端增加濾波或小功率穩壓器,以濾掉開關的瞬變電壓。

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