基于MAX232的正负电源设计

2018-10-18 16:36:00

3424 电源 MAX232 示波器

　　引言

　　电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性。随着电子技术的发展，数字电子系统向着小型化、低功耗发展，IC芯片的工作电压越来越低，尺寸越来越小。
　　通常在数字电子系统中配置5V电源基本就能满足系统需要，但在系统中特别是一些仪器仪表中时常又要用到需要正负电源且功率不大的数/模（D/A）或者模/数（A/D）变换、运算放大器以及其他的模拟接口电路。正负电源的设计和实现较为复杂和繁琐，而RS232标准串行通信接口又是电子系统的标准配置之一。本文介绍一种利用RS232接口的电平转换芯片MAX232设计正负电源的方法。
　　1、MAX232特性

　　MAX232是MAXIM公司特别为满足EIA/TEA_223_E的标准以及V.28/V.24通信接口设计的。它们在EIA/TEA_223_E标准串行通信中得到广泛的应用。它们具有功耗低、工作电源为3.0V－+5.5V单电源，仅需外接为0.1或1μF的电容，具有双组RS232接收发送器的特点。MAX232主要由三部分组成：电压倍增器、RS232接收器、RS232发送器，如图1所示。

　　图1 MAX232内部结构

　　其中的电压倍增器采用的是电荷泵电路，其特点是采用电容储能，外接器件少，非常适合用于便携式设备和嵌入式系统中用以产生参考电平或给小功率器件供电等，并且随着其电路结构的不断改进和工艺水平的提高，也可用在较大的应用电路中。高效率电荷泵DC/DC转换器正在以其功耗小、成本低、结构简单、无需电感和一极答等外ICI组件、高EMl拟制等优点在电源管理电路中得到广泛应用。
　　2、电源设计

　　MAX232是TTL—RS232电平转换的典型芯片，利用其内部的双电荷泵来实现电压转换。其电荷泵电路由图1的1、2、3、4、5、6脚和4只电容（C1～C4）构成。功能是产生+10v和－10v两个电源，以满足RS－232串口电平的需要。第一个电荷泵是利用电容C1将输入的+5V倍压为+10V作用在C3上输出;第二个电荷泵是利用电容C2将前一个电荷泵升压得到的+10V转换为－10V作用在C4上输出。按照芯片的推荐电路，将图1中的振荡电容C1～C4取为1uF的时候，若输入电压为5V，输出电压可以达到－10V左右，输入电压为0V，输出电压可以达到10V，其短路电流为30mA。因此，在功耗不是很大的情况下，可以将MAX232的输出信号经稳压块稳压后作为电源使用。

　　图2 MAX232的负载电流和输出电压与所选电容的关系曲线

　　若MAX232的振荡电容为1uF时，引脚PIN2的电压为+10V，引脚PIN6的电压为－10V。图2为选取外部电容分别为1μF和0.1μF时，MAX232的负载电流、输出电压曲线。由图2可知，选取外部电容为1μF时输出负压比0.1μF变化更缓慢，负载电流更大;在相同通信数据率时，外部电容为1μF时输出电流比0.1μF的输出电流更大。因此选择1μF的电容在满足输出功率的同时，不影响MAX232的通信速率。在电源设计中选择1μF的电容更有效。
　　在Protues仿真电路中，将MAX232经电压倍增器得到的VS+和VS－作为稳压电路模块的正负电源输入端。将输入和输出经直流电压表测试可得MAX232得到的实际正负电压为8.4V，输出电流可以达到20mA。如图3所示将其输出作为LM324的正负供电源。

　　图3 proteus仿真的MAX232构成的正负电源在放大电路中的应用

　　根据图3搭建实测电路，采用不同的MAX232外部电容：0.1uF、1uF和10uF时，改变负载R2的大小，测试其输出电压的值。测试结果如图4所示。

　　图4 不同电容的实测输出电压曲线

　　从图4可以看出，外部电容为1uF时，输出电压的幅值在负载变化时变化最为平稳，10uF时特别是低负载时变化最明显。

　　图5 MAX232为LM324供电反向放大正常工作波形

　　图5为MAX232输出电压正负8.4V，为LM324供电，LM324工作在反向放大状态，示波器的CH1通道为0.2V的1KHz的正弦信号，CH2通道为反向输出放大5倍约1V的1KHz的正弦信号。由图5可知MAX232的正负电压输出可作为LM324放大器的供电电源，并能满足实际电路的供电要求。
　　3、小结

　　利用MAX232的电荷泵倍压器电路，将5V的供电电压转换为正负电压的电器特性，可以实现在单电源供电的情况下的正负电源的应用。既满足小功率电路的功耗要求，又大大简化了电源部分的设计，还保留了MAX232作为RS232标准串行通信口的功能。在Protues仿真和实际电路的测试中均满足设计的要求，具有一定的实用价值。　