采用PWM的电压反相器设计电路

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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