引言

　　電源是電子設(shè)備的能源電路，關(guān)系到整個(gè)電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子系統(tǒng)向著小型化、低功耗發(fā)展，IC芯片的工作電壓越來(lái)越低，尺寸越來(lái)越小。

　　通常在數(shù)字電子系統(tǒng)中配置5V電源基本就能滿足系統(tǒng)需要，但在系統(tǒng)中特別是一些儀器儀表中時(shí)常又要用到需要正負(fù)電源且功率不大的數(shù)/模（D/A）或者模/數(shù)（A/D）變換、運(yùn)算放大器以及其他的模擬接口電路。正負(fù)電源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜和繁瑣，而RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口又是電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。本文介紹一種利用RS232接口的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232設(shè)計(jì)正負(fù)電源的方法。

　　1、MAX232特性

　　MAX232是MAXIM公司特別為滿足EIA/TEA_223_E的標(biāo)準(zhǔn)以及V.28/V.24通信接口設(shè)計(jì)的。它們?cè)贓IA/TEA_223_E標(biāo)準(zhǔn)串行通信中得到廣泛的應(yīng)用。它們具有功耗低、工作電源為3.0V－+5.5V單電源，僅需外接為0.1或1μF的電容，具有雙組RS232接收發(fā)送器的特點(diǎn)。MAX232主要由三部分組成：電壓倍增器、RS232接收器、RS232發(fā)送器，如圖1所示。

　　圖1  MAX232內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　其中的電壓倍增器采用的是電荷泵電路，其特點(diǎn)是采用電容儲(chǔ)能，外接器件少，非常適合用于便攜式設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)中用以產(chǎn)生參考電平或給小功率器件供電等，并且隨著其電路結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和工藝水平的提高，也可用在較大的應(yīng)用電路中。高效率電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器正在以其功耗小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需電感和一極答等外ICI組件、高EMl擬制等優(yōu)點(diǎn)在電源管理電路中得到廣泛應(yīng)用。

　　2、電源設(shè)計(jì)

　　MAX232是TTL—RS232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，利用其內(nèi)部的雙電荷泵來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。其電荷泵電路由圖1的1、2、3、4、5、6腳和4只電容（C1～C4）構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+10v和－10v兩個(gè)電源，以滿足RS－232串口電平的需要。個(gè)電荷泵是利用電容C1將輸入的+5V倍壓為+10V作用在C3上輸出;第二個(gè)電荷泵是利用電容C2將前一個(gè)電荷泵升壓得到的+10V轉(zhuǎn)換為－10V作用在C4上輸出。按照芯片的推薦電路，將圖1中的振蕩電容C1～C4取為1uF的時(shí)候，若輸入電壓為5V，輸出電壓可以達(dá)到－10V左右，輸入電壓為0V，輸出電壓可以達(dá)到10V，其短路電流為30mA。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓后作為電源使用。

　　圖2     MAX232的負(fù)載電流和輸出電壓與所選電容的關(guān)系曲線

　　若MAX232的振蕩電容為1uF時(shí)，引腳PIN2的電壓為+10V，引腳PIN6的電壓為－10V。圖2為選取外部電容分別為1μF和0.1μF時(shí)，MAX232的負(fù)載電流、輸出電壓曲線。由圖2可知，選取外部電容為1μF時(shí)輸出負(fù)壓比0.1μF變化更緩慢，負(fù)載電流更大;在相同通信數(shù)據(jù)率時(shí)，外部電容為1μF時(shí)輸出電流比0.1μF的輸出電流更大。因此選擇1μF的電容在滿足輸出功率的同時(shí)，不影響MAX232的通信速率。在電源設(shè)計(jì)中選擇1μF的電容更有效。

　　在Protues仿真電路中，將MAX232經(jīng)電壓倍增器得到的VS+和VS－作為穩(wěn)壓電路模塊的正負(fù)電源輸入端。將輸入和輸出經(jīng)直流電壓表測(cè)試可得MAX232得到的實(shí)際正負(fù)電壓為8.4V，輸出電流可以達(dá)到20mA。如圖3所示將其輸出作為L(zhǎng)M324的正負(fù)供電源。

　　圖3    proteus仿真的MAX232構(gòu)成的正負(fù)電源在放大電路中的應(yīng)用

　　根據(jù)圖3搭建實(shí)測(cè)電路，采用不同的MAX232外部電容：0.1uF、1uF和10uF時(shí)，改變負(fù)載R2的大小，測(cè)試其輸出電壓的值。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

　　圖4  不同電容的實(shí)測(cè)輸出電壓曲線

　　從圖4可以看出，外部電容為1uF時(shí)，輸出電壓的幅值在負(fù)載變化時(shí)變化為平穩(wěn)，10uF時(shí)特別是低負(fù)載時(shí)變化明顯。

　　圖5       MAX232為L(zhǎng)M324供電反向放大正常工作波形

　　圖5為MAX232輸出電壓正負(fù)8.4V，為L(zhǎng)M324供電，LM324工作在反向放大狀態(tài)，示波器的CH1通道為0.2V的1KHz的正弦信號(hào)，CH2通道為反向輸出放大5倍約1V的1KHz的正弦信號(hào)。由圖5可知MAX232的正負(fù)電壓輸出可作為L(zhǎng)M324放大器的供電電源，并能滿足實(shí)際電路的供電要求。

　　3、小結(jié)

　　利用MAX232的電荷泵倍壓器電路，將5V的供電電壓轉(zhuǎn)換為正負(fù)電壓的電器特性，可以實(shí)現(xiàn)在單電源供電的情況下的正負(fù)電源的應(yīng)用。既滿足小功率電路的功耗要求，又大大簡(jiǎn)化了電源部分的設(shè)計(jì)，還保留了MAX232作為RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通信口的功能。在Protues仿真和實(shí)際電路的測(cè)試中均滿足設(shè)計(jì)的要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。