采用PWM的電壓反相器設(shè)計(jì)電路
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(gè)連接:5Vdc、一個(gè)RS-232傳輸數(shù)據(jù)輸出端、地。專(zhuān)用的單電壓電平轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器可能太貴了,但設(shè)計(jì)仍需要提供1mA的±3V電壓,以驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸腳。由于在5V微控制器上的空余PWM(脈沖寬度調(diào)制)輸出能夠在近5V時(shí)驅(qū)動(dòng)±5mA電流,因此,用一只BAT54S雙串聯(lián)肖特基二極管、兩只電容以及一只限流電阻構(gòu)成的PWM電壓轉(zhuǎn)換器就可以提供負(fù)電壓(圖1)。
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圖1,二極管與電容提供了負(fù)電壓。
微控制器的PWM輸出用一個(gè)1kHz、50%占空比的0~5V波形,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)PWM輸出為5V時(shí),它為C1充電。D1中下方的二極管為正偏,將端子連接到地。當(dāng)PWM輸出為低時(shí),使D1中上方二極管正偏,將C1中的電荷送至C2。同時(shí),它將C1的正電荷端接至近地電勢(shì),從而使電荷反轉(zhuǎn)。當(dāng)PWM輸出再次變?yōu)楦邥r(shí),這個(gè)循環(huán)重復(fù)。
由于D1的最小電壓降為0.2V,不可能從5V得到-5V,因此,每個(gè)相位損失0.2V,電壓輸出約為-4.6V。只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)微控制器對(duì)轉(zhuǎn)換期間的電流瞬變很敏感,或轉(zhuǎn)換的瞬流會(huì)干擾微控制器的模擬輸入端時(shí),設(shè)計(jì)才需要使用限流電阻R1。
PWM的時(shí)基為1kHz,因此各元件的值都必須適應(yīng)于這個(gè)頻率。如果需要其它的頻率,則必須用式C=1/(10×F×R)計(jì)算新的元件值,其中C是C1和C2的值,F(xiàn)是PWM的開(kāi)關(guān)頻率(Hz),R是PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路的總電阻。
當(dāng)計(jì)算PWM輸出的總電阻時(shí),必須考慮到數(shù)字輸出的額定驅(qū)動(dòng)值。用V/A可以簡(jiǎn)單地替代R的值,其中V是PWM輸出的驅(qū)動(dòng)電壓,A是輸出的驅(qū)動(dòng)電流(A)。例如,本設(shè)計(jì)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(fù)電壓電源,以及運(yùn)放的雙電源。對(duì)于模擬使用場(chǎng)合,可能需要在輸出端增加濾波或小功率穩(wěn)壓器,以濾掉開(kāi)關(guān)的瞬變電壓。
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