采用PWM的電壓反相器設計電路

　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(gè)連接：5Vdc、一個(gè)RS-232傳輸數據輸出端、地。專(zhuān)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(dòng)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(shí)驅動(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成的PWM電壓轉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(gè)1kHz、50%占空比的0~5V波形，驅動(dòng)轉換器。當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，從而使電荷反轉。當PWM輸出再次變?yōu)楦邥r(shí)，這個(gè)循環(huán)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(gè)相位損失0.2V，電壓輸出約為-4.6V。只有當驅動(dòng)微控制器對轉換期間的電流瞬變很敏感，或轉換的瞬流會(huì )干擾微控制器的模擬輸入端時(shí)，設計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）計算新的元件值，其中C是C1和C2的值，F是PWM的開(kāi)關(guān)頻率（Hz），R是PWM輸出驅動(dòng)電路的總電阻。

　　當計算PWM輸出的總電阻時(shí)，必須考慮到數字輸出的額定驅動(dòng)值。用V/A可以簡(jiǎn)單地替代R的值，其中V是PWM輸出的驅動(dòng)電壓，A是輸出的驅動(dòng)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(chǎng)合，可能需要在輸出端增加濾波或小功率穩壓器，以濾掉開(kāi)關(guān)的瞬變電壓。