功率放大器上、下电时序保护电路

技术领域

本发明属于射频功率放大器电路领域，主要应用在功率放大器上电及下电时序的保护电路。

背景技术

随着卫星通讯行业的蓬勃发展，天线、雷达、巡航等应用产品竞争日益激烈，其中功放模块更是必不可少的部分。功率放大是在有较大的电压输出的同时，又要有较大电流输出的放大电路，多用于多级放大电路的输入级或中间级，主要用于放大微弱的电压或电流信号。功放电路提供给负载的交流功率是在输入交流信号的控制下将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的。因为功率大，所以效率问题十分重要，否则，不仅会带来能源的浪费，还会引起功放管的发热。在大信号工作状态下，为输出足够大的功率，功放管的动态工作范围很大，功放管中的电压、电流信号都是大信号，一般以不超过功放管的极限参数为限度。输出功率越大，电压和电流的幅度就越大，信号的非线性失真就越严重，如何减小非线性失真问题，提高功放的效率、降低功放管的管耗是功放电路的一个重要问题。

目前主要应用到的功率放大器材料多为GaAs或者GaN，功放电路中，有相当大的功率消耗在功放管的集电结上。由于功放管工作在高电压、大电流，本身的管耗使功放管温度升高。当管子温度升高到一定程度(锗管为75～90℃，硅管为150℃)后，管子就会损坏。所以此种功率放大器的特点很明显，损坏的可能性较大。功率放大器的上电时序对功放管的影响会产生功放管加电即烧毁的现象，这时因为功放管的类型为场效应管，其属于电压控制电流型，漏极电流的大小取决于栅极电压的大小。在上电时，如果漏极电压先于栅极电压，则会出现栅极电压未调整好合适的静态工作点，出现漏极电流过大烧毁场效应管的事故。如果上电及下电时电压时序错误，或控制时序出现紊乱，极易导致功率放大器功能不正常，严重时，直接烧毁，所以，对功放的时序保护及其重要，减少财产损失。现有技术通常只采用时序保护电路对功放管进行上下电保护，主要缺点是大功率雷达发射机使能异常时，容易导致功率放大器振荡而导致发射机失效。在目前的时序保护电路中，采用的方法大多数是用开关强行控制电压时序，但是人为控制很容易造成电压时序的错误。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构链路简单，能够降低加电时序造成的损失的功率放大器上、下电时序保护电路。

本发明解决上述技术问题的一种，包括：第一供电电源相连的交错式反向电荷泵，相连在P沟道场效应管与功率放大器之间的第二供电电源，以及NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、其特征在于：NPN三极管Q1通过第一供电电源与交错式反向电荷泵之间的接点形成第一并联回路，NPN三极管Q1并联NPN三极管Q2形成第二并联回路，第二供电电源通过P沟道场效应管栅极相连NPN三极管Q2的发射极，第一供电电源、第二供电电源和NPN三极管Q2同时向P沟道场效应管输出信号，N沟道MOSFET和P沟道MOSFET对漏压加电进行控制，按正电先关断，负电后关断的时序，上电时，交错式反向电荷泵将第一供电电源输入电压反向为稳压输出，产生的负电压输入到功率放大器的漏极和NPN三极管Q1集电极；栅极电源负压输出正常时，给出低电平，P沟道MOSFET导通，漏极上电，输入电压送功率放大器漏极供电电路；下电时，当栅极电源负压输出不正常时，NPN三极管Q2给出高电平，P沟道场效应管P沟道MOSFET关断，漏极不上电，关断功率放大器中的漏极供电电压，立即闭锁驱动信号输出，提供给功率放大器的直流电源被切断。

本发明产生的有益效果在于：

1、本发明采用第一供电电源相连的交错式反向电荷泵，相连在P沟道场效应管与功率放大器之间的第二供电电源，以及NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、结构链路简单，利于加工实现，其中NPN三极管(Q1)、NPN三极管(Q2)、P沟道场效应管可以高度集成，达成小型化目的。

2、本发明采用NPN三极管Q1通过第一供电电源与交错式反向电荷泵之间的接点形成第一并联回路，NPN三极管Q1并联NPN三极管Q2形成第二并联回路，第二供电电源通过P沟道场效应管栅极相连NPN三极管Q2的发射极，第一供电电源、第二供电电源和NPN三极管Q2同时向P沟道场效应管输出信号，N沟道MOSFET和P沟道MOSFET对漏压加电进行控制，按正电先关断，负电后关断的时序，上电时，只有在交错式反向电荷泵的负压输出之后，漏极正压才能输入到功率放大器漏极中；下电时，正电先关断，负电后关端，起到了保护功率放大器的作用，大大降低了加电时序造成的损失。

3、本发明采用交错式反向电荷泵将第一供电电源输入电压反向为稳压输出，产生的负电压输入到功率放大器的漏极和NPN三极管Q1集电极；栅极电源负压输出正常时，给出低电平，P沟道MOSFET导通，漏极上电，输入电压送功率放大器漏极供电电路；链路中的功耗极其低，在实际应用中不会影响产品的指标。

4、本发明采用NPN三极管Q2给出高电平，P沟道场效应管P沟道MOSFET关断，漏极不上电，关断功率放大器中的漏极供电电压，立即闭锁驱动信号输出，提供给功率放大器的直流电源被切断。该电路不需要任何外部控制就能实现其上、下电时序保护功能。

附图说明

图1为本发明功率放大器上、下电时序保护电路的原理框图。

图2是图1的电路原理示意图。

图3是图2电路输出Vgg漏极电压、Vdd栅极电压的仿真曲线示意图。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种功率放大器上、下电时序保护电路，包括：第一供电电源VCC相连的交错式反向电荷泵，相连在P沟道场效应管与功率放大器之间的第二供电电源，以及NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、其特征在于：NPN三极管Q1通过第一供电电源VCC与交错式反向电荷泵之间的接点形成第一并联回路，NPN三极管Q1并联NPN三极管Q2形成第二并联回路，第二供电电源通过P沟道场效应管栅极相连NPN三极管Q2的发射极，第一供电电源、第二供电电源和NPN三极管Q2同时向P沟道场效应管输出信号，N沟道MOSFET和P沟道MOSFET对漏压加电进行控制，按正电先关断，负电后关断时序，上电时，交错式反向电荷泵将第一供电电源输入电压反向为稳压输出，产生的负电压输入到功率放大器的漏极和NPN三极管Q1集电极；栅极电源负压输出正常时，给出低电平，P沟道MOSFET导通，漏极上电，输入电压送功率放大器漏极供电电路；下电时，当栅极电源负压输出不正常时，NPN三极管Q2给出高电平，P沟道场效应管P沟道MOSFET关断，漏极不上电，关断功率放大器中的漏极供电电压，立即闭锁驱动信号输出，提供给功率放大器的直流电源被切断。

参阅图2。为进一步方便说明，VCC为第一供电电源，设置第一供电电源VCC电压为+5V，VDD为第二供电电源；第二供电电源VDD电压为+24V。U1为交错式反向电荷泵，NPN三极管Q1；NPN三极管Q2；P沟道场效应管为Q3。

第一供电电源VCC输出端通过交错式反向电荷泵U1输入端IN串联功率放大器，并通过第一电阻R1与交错式反向电荷泵U1的开漏输出管脚PGOOD相连，同时，交错式反向电荷泵U1的C+引脚通过第一电容C-引脚相连，并与电容C1形成并联回路，FB端连线通过分流电阻R5串联电阻R6与可调节变阻器R7与输出端OUT并联，控制Vgg栅极负压输出电平。

进一步的，第一供电电源VCC输出端通过第一电阻R1与交错式反向电荷泵U1的开漏输出管脚PGOOD相连，PGOOD引脚与NPN三极管(Q1)基极相连，同时交错式反向电荷泵U1输出端与功率放大器栅极负压相连，通过FB并联分流电阻R5和分流电阻R5，分流电阻R5与NPN三极管Q1、NPN三极管Q2的发射极接地GND，形成两管轮流工作的并联推挽电路。

进一步的，交错式反向电荷泵U1通过FB串联第六电阻R6与可调节变阻器R7控制负压输出电平，输出Vgg栅极电压，同时通过C-引脚C+引脚与隔直电容C1并联。为了减少低频失真，电容C1选得越大越好。信号通过耦合电容C1进入交错式反向电荷泵U1，送到功率放大器放大，利用不同类型的晶体管的互补作用实现倒相，同时完成推挽功率放大。

进一步的，第一供电电源VCC输出端通过交错式反向电荷泵U1输入端IN串联功率放大器，同时，通过第一电阻R1并联NPN三极管Q1的基极，集电极并联第二电阻R2，R2与NPN三极管Q2的基极相连，NPN三极管Q2的集电极串联第三电阻R3，通过第四电阻R4相连第二供电电源VDD，与P沟道场效应管的栅极连接，控制P沟道场效应管Q3栅极电压。

进一步的，第一供电电源输出端通过第一电阻R1与交错式反向电荷泵U1降压转换器的PGOOD引脚相连，PGOOD引脚在开关输出达到目标调节范围后指示高电平，当带有集成开关的TI降压稳压器之一的输出电压在目标值的+10％和-5％以内时，内部比较器会检测到电源良好状态和开漏场效应晶体管(FET)关闭，使第一供电电源良好信号上升到上拉电压。如果输出电压超出目标值的+15％或-10％，漏极开路FET将打开，电源良好信号在短暂的2ms延迟后变低(无论输出电压如何)以促进电压链系统中的快速关机排序。(上电前)，漏极开路FET的栅极电压由泄漏决定，更可能关断而不是导通。

进一步的，第二供电电源VDD输出端串联P沟道场效应管Q3源极，P沟道场效应管Q3输入端漏极与功率放大器漏极相连，输出端相连功率放大器，同时通过P沟道场效应管相连第二并联回路；。

第二供电电源VDD通过第四电阻R4与P沟道场效应管Q3栅极相连，第四电阻R4通过P沟道场效应管Q3与VDD形成并联回路，控制P沟道场效应管栅极电压。。

上电时，当交错式反向电荷泵U1正常工作输出负压时，降压转换器的PGOOD引脚输出为0V，反之则为5V；当输入到NPN三极管Q1基极为0V时，此三极管截止，第一供电电源的输出电压输入到NPN三极管Q2的基极，Ube为5V，此NPN三极管Q2饱和，第二供电电源的VDD通过第三电阻R3与第四电阻R4形成回路，使得第三电阻R3和第四电阻R4之间的电压发生变化，即P沟道场效应管Q3的栅极发生变化，由于R3及R4并联电阻分压作用，P沟道场效应管Q3的栅极电压拉低，此时场效应管导通，第二供电电源的VDD可通过Q3场效应管输出到功率放大器的漏极。

如图3所示。下电时，当第一供电电源及第二供电电源同时掉电时，由于交错式反向电荷泵U1的自身原理，隔直电容C1两端电压不会发生突变，使得功率放大器的栅极电压放电过程时间较长，所以下电时，功率放大器的漏极先回到0V，栅极后回到0V。

本发明通过具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的设备；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。