应用笔记：用AVR单片机直接生成负压

Ber_thaw99

红外测温传感器的输出是一个mV级的电压信号，大约在室温下（26℃左右）输出0电压，温度再低就是负电压了。。。要用单片机检测这样一个小信号，必须进行放大，可一般的单电压运放都不能放大小信号（我曾经折腾过LM324的单电压小信号放大，发现大约在100mV以下，LM324就没有反应了），最常规的解决方案就是使用双电压供电。

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* N/ j5 b( h- K0 w6 e# ?双电压是个头疼的事情，弄两路电压一般来说要使用变压器，还得是双绕组的，全桥整流，78 79系列IC伺候着。。。看着就不爽！ 如果要改用电池供电。。。麻烦啊！
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于是打算用负压生成电路。 负压生成都是一个套路，用振荡器产生交流电，然后用电感产生感应电动势，或者用二极管和电容组成的倍压电路。。。既然用了单片机，那么产生交流电这个任务，就交给软件吧~ 接着需要考虑负压拓扑。
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负压生成有电感和电容两种范式；其中，电感模式的有变压器式，和电感自激这么两种。 显然，我还没打算自己绕变压器，那还不如用双绕组市电变压器了；电感和电容选那种呢？ 其实电感式的我做过，要想达到高效率，还真有点麻烦，最终选定电容式的了！$ G' C$ t( h1 \! m! E/ q* v

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) n) ~) d# [% k7 a0 r在baidu上一搜“负压”，就有好多链接，从其中挑了一个简单的：" m; @+ I, N! J8 R. P" I
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0 q  R9 s: K6 o  N; b' _2 k当然，我用AVR代替了555，随便找个IO，在LED扫描中断里面反转一下IO，产生了3K左右的方波波形，套用上面这个电路，一下子就生成了-4V的电压（5V供电），OK~; v  Z' z; y6 |6 B4 s; P
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接上100欧负载，顿时电压跌落为-1.6V，改了改电容容量，没效果（可能和我只改了1个电容有关系）！改了改驱动能力（多个IO口并联驱动），也基本没效果！改了改振荡频率，也基本没效果！ 看来这个驱动能力确实有点差。。。当年用MAX232做高压发生，还能带动编程器呢（作为变成高压发生）。
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算了，没时间细研究，直接焊上LM324，管脚全部悬空，电压为3.8XV，想了想，把两个二极管从1N4148更换为1N60（锗管，0.2~0.3V压降），OK，带LM324的情况下，电压为-4.6V了！

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现在LM324是+5V -4.6V，已经可以工作了，有空的时候再研究效率吧。
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( y5 t$ |8 F1 g/ T: N+ L笔记一下：, C! S9 F1 g* |% o1 t4 R: t
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第一个电容C3，我使用的是10u的；第二个电容C4，我使用的是22u的；从原理上分析，这两个电容应该相等效果才好，否则两个电容只等于最小的那个容量；两个二极管为1n60，按理说1N5817之类的肖特基也是可以的，我就没有试验了。


1 m1 z0 _. u, z0 J5 K6 O+ w8 w# z这个电路的原理很简单，虽然是倍压拓扑，但是其实没有进行倍压。( N. g9 Y2 x2 O; t; n$ y
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7 |0 m5 g* y! Q" E可以轻松算得，C3上充电能达到VCC-VIO-VD1，VD1为D1的压降0.2~0.3V，VIO为单片机IO口的内阻（一般是一个三极管的饱和压降0.2~0.3V），因此C3能达到的电压，在VCC为5V时，约为4.4~4.6V。 实际上如果电流很小，那么二极管的压降还要低，因此C3充电电压实际能达到4.8V! 我实测为4.76V。9 v# B* c# [) L" f: q# ~' v1 l
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好，接着看，紧接着C3正极被接通至GND了，那么此时电流按照二极管的约束，开始由C3向C4充电：+ C* I6 m1 F' x
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  _) y) U4 V9 I9 ~& Z' w5 f) w同理，在C4上也能充上4.2~4.4V的电，我实测是4.6V。. E. y; {; a9 y
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* I- z1 @& o* [% N1 H0 u就这样往复，最后利用这两个电容+两个二极管，完成了电源从正到负的乾坤大挪移，在C4上产生了和VCC刚好相反的负电压，幅度为VCC-VIO-VD2-VD2，帅！

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9 C9 L( ~0 C( p写在后面：从这个负压发生原理可以看出，影响负载能力的，主要是电容的容量和电容充放电速度；而电容充电速度取决于单片机IO口的内阻和二极管D1，电容的放电速度取决于二极管D2，因此，要想提高带负载能力，就在这上面下功夫吧。 如果要很强的负载能力，那还是用电感拓扑吧~  S) p% R' P0 u! W9 F  ^3 l+ [
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