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采用PWM的电压反相器

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本例描述了一种采用小型微控制器传感器模块的电路,它只有三个连接:5Vdc、一个RS-232传输数据输出端、地。专用的单电压电平转换器或DC/DC转换器可能太贵了,但设计仍需要提供1mA的±3V电压,以驱动数据传输脚。由于在5V微控制器上的空余PWM(脉冲宽度调制)输出能够在近5V时驱动±5mA电流,因此,用一只BAT54S双串联肖特基二极管、两只电容以及一只限流电阻构成的PWM电压转换器就可以提供负电压(图1)。

图1,二极管与电容提供了负电压。

微控制器的PWM输出用一个1kHz、50%占空比的0~5V波形,驱动转换器。当PWM输出为5V时,它为C1充电。D1中下方的二极管为正偏,将端子连接到地。当PWM输出为低时,使D1中上方二极管正偏,将C1中的电荷送至C2。同时,它将C1的正电荷端接至近地电势,从而使电荷反转。当PWM输出再次变为高时,这个循环重复。

由于D1的最小电压降为0.2V,不可能从5V得到-5V,因此,每个相位损失0.2V,电压输出约为-4.6V。只有当驱动微控制器对转换期间的电流瞬变很敏感,或转换的瞬流会干扰微控制器的模拟输入端时,设计才需要使用限流电阻R1。

PWM的时基为1kHz,因此各元件的值都必须适应于这个频率。如果需要其它的频率,则必须用式C=1/(10×F×R)计算新的元件值,其中C是C1和C2的值,F是PWM的开关频率(Hz),R是PWM输出驱动电路的总电阻。

当计算PWM输出的总电阻时,必须考虑到数字输出的额定驱动值。用V/A可以简单地替代R的值,其中V是PWM输出的驱动电压,A是输出的驱动电流(A)。例如,本设计的原值为:R=V/A=5V/0.005A=1kΩ,以及C=1/(10×F×R)=1/(10×1kHz×1kΩ) =1×10-7,即0.1μF。

本电路也可以用作ADC/DAC的负电压电源,以及运放的双电源。对于模拟使用场合,可能需要在输出端增加滤波或小功率稳压器,以滤掉开关的瞬变电压。

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