采用PWM的電壓反相器設(shè)計電路

　本例描述了一種采用小型微控制器傳感器模塊的電路，它只有三個連接：5Vdc、一個RS-232傳輸數(shù)據(jù)輸出端、地。專用的單電壓電平轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器可能太貴了，但設(shè)計仍需要提供1mA的±3V電壓，以驅(qū)動數(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時驅(qū)動±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)換器就可以提供負電壓（圖1）。

　　圖1，二極管與電容提供了負電壓。

　　微控制器的PWM輸出用一個1kHz、50%占空比的0~5V波形，驅(qū)動轉(zhuǎn)換器。當(dāng)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(dāng)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(zhuǎn)。當(dāng)PWM輸出再次變?yōu)楦邥r，這個循環(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，每個相位損失0.2V，電壓輸出約為-4.6V。只有當(dāng)驅(qū)動微控制器對轉(zhuǎn)換期間的電流瞬變很敏感，或轉(zhuǎn)換的瞬流會干擾微控制器的模擬輸入端時，設(shè)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(yīng)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(xiàn)是PWM的開關(guān)頻率（Hz），R是PWM輸出驅(qū)動電路的總電阻。

　　當(dāng)計算PWM輸出的總電阻時，必須考慮到數(shù)字輸出的額定驅(qū)動值。用V/A可以簡單地替代R的值，其中V是PWM輸出的驅(qū)動電壓，A是輸出的驅(qū)動電流（A）。例如，本設(shè)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(wěn)壓器，以濾掉開關(guān)的瞬變電壓。