CN100521515C - 射频发射电路中大功率mosfet管的安全保护电路 - Google Patents

Abstract

射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护方法及其电路，射频发射电路中，设置输入传输线变压器(T1)，其次级端为高阻，输出端与MOSFET管的输入高阻抗相匹配，设有电感(L1)、电阻(R3)和电感(L2)、电阻(R4)构成负反馈单元，MOSFET管的输出至第二传输线变压器(T2)，开关二极管可以有效防止各种杂乱无章电压对栅极的侵入，使MOSFET管工作时得到有效保护，目的在于有效保护栅极不被外来电压摧毁。

Description

射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护电路

技术领域：

本发明涉及射频功率放大电路的安全保护方法，尤其是射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护方法及其电路。

背景技术：

近二十多年来，由于半导体技术的突飞猛进，用在高频功率放大电路中的半导体器件已由早期的半导体三极管平稳过度到其性能几乎与更早期真空管相媲美的MOSFET管所替代，这些已问市的高频功率MOSFET管种类繁多，功率等级和外型尺寸也各不相同，其用途不外乎工业设备、军用通信等，具体来说就是用在半导体制造业的高频开关电源，医疗器械上的核磁共振以及军用通信工程等。我们可以将高频大功率MOSFET管与传统的真空管做出以下比较，使用功率MOSFET管则有下列优点：

a)可实现体积小型化，重量轻；使用半导体器件寿命较长，用它制造出的产品成本不会太高；

b)利用传输线变压器原理，使输入和输出阻抗更易于匹配，比较容易实现频率的宽带化；

c)高次互调失真(IMD)技术指标相对较低。

d)偏置电路设计较为简洁，调整偏置电阻，可以有效地控制增益大小。

例如利用MRF154功率达600W的功率型MOSFET管，并以推挽电路形式组成输出功率可达1kW以上的宽频带功率放大器，最高工作频率可达50MHz，由于该MOSFET管在出足功率时，通过每一只MOSFET管的工作电流都很大，满功率输出时每只管子的工作电流通常高达40安培以上，，所以必须采用新的保护等设计技术，例如为了解决散热问题，采用了价格较昂贵的紫铜块作为散热基础摸块，将功放管背面涂抹一层型号为340的进口导热硅脂，然后用螺丝将其固在紫铜块上，同时还配有一只功率强劲的直流风机抽风散热，尽管如此，既使是按正常规程操作有时还会出现烧管子问题，根据目前价格，这类管子的每只价格大约在3500元左右，任何一家企业都不会容忍频繁烧管，频繁烧管的背后一定有其存在的原因。初步归纳为两个方面，首先是MOSFET管的确存在质量问题，实际工作当中就碰到以下情况，在对调好的功放模块进行数小时满功率负荷后，静态工作电流发生了飘移，(这类电压型功率MOSFET器件有飘移是属正常，但不能幅度过大。)如果飘移幅度过大甚至于在去掉PTT后静态电流仍不能在数秒钟内迅速恢复到最初的设定值或者说永久性回不来，可以断定该MOSFET管的确存在有质量问题，如继续使用很可能导致该管损坏，必需考虑更换。另一方面就是这类电压型功率MOSFET器件的外围保护电路措施不得力也会出现经常性烧管。

发明内容：

本发明目的是：提出一种射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护方法和电路。达到更好的对MOSFET器件的保护目的。

本发明的技术解决方案是：射频发射电路中，射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护方法，设置输入传输线变压器T1，其次级端为高阻，输出端与MOSFET管的输入高阻抗相匹配，设有电感L1、电阻R3和电感L2、电阻R4构成负反馈单元，MOSFET管的接输出传输线变压器T2，尤其是在传输线变压器T2的输出端串联D1、D2开关二极管，可以有效防止各种杂乱无章电压对栅极的侵入，使MOSFET管工作时得到有效保护，目的在于有效保护栅极不被外来电压淹没或摧毁。

分别在MOSFET管的漏极与地之间串联连接n只二极管(D3-D8)，此管为电压瞬态抑制二极管，n＝2-10只，图中取6只。当呈现较高射频电压，它的工作原理是：如果MRF154管构成的乙类推挽放大电路之后的传输线变压器出现开路状况、输出负载开路或环路电压驻波比过大等情况，此刻在MRF154管的漏极与地之间呈现较高射频电压，一旦达到D3-D8工作门限电压值则6只二极管立刻导通，一对MOSFET的MRF154推挽管的漏极电压迅速下降，能有效保护MOSFET管。采取本发明电路按规程来操作设备一般是不会导致烧管的。

本发明特点是：按本发明带有安全保护措施电路的功率放大电路，则能有效保护MOSFET管即MRF154推挽管，频繁烧管这一状况将得到有效扼制。通过设计一个功放电路或一台发送设备，把模块的可靠性提高了才有可能将整机的可靠性提高。

附图说明：

图1是本发明电路图

具体实施方式：

本电路设置开关二极管D1、D2目的在于有效控制通过偏置电路带来的各种杂波电压，二极管的加入可以有效扼制这些电压的闯入(因为MOSFET管属于电压型敏感性器件，从生产调试到设备维护有着一系列防静电要求。)这就可以保护MRF154管。而D3-D8二极管的介入可以有效防止推挽输出之后的输出阻抗有可能出现异常升高或电压驻波比过大，如果是这样，反映在漏极上的射频电压也会随之剧增，一旦达到瞬态抑制二极管的门限值时，D3-D8立刻导通工作，从而确保TR1、TR2功放管安全可靠工作。该方同样适用于MRF157组成的推挽电路之中。

如图1所示，图1中设置的T1为输入传输线变压器，初级端为50Ω，次级端为高阻，以便与MOSFET管的输入高阻抗相匹配，偏置电压来自于可调电阻VR1、VR2，一个稳定的偏置电压通常在5V附近，L1、R3和L2、R4构成负反馈单元，而T2为输出传输线变压器，输出特性阻抗为50Ω，D1、D2开关二极管可以有效防止各种杂乱无章电压对栅极的侵入，使MOSFET管工作时得到有效保护，目的在于有效保护栅极不被外来电压摧毁。另外图中的6只二极管(D3-D8)为电压瞬态抑制二极管，它的工作原理是：如果MRF154管构成的乙类推挽放大电路之后的传输线变压器出现开路状况、输出负载开路或环路电压驻波比过大等情况，此刻在MRF154管的漏极与地之间呈现较高射频电压，一旦达到D3-D8工作门限电压值则6只二极管立刻导通，使2只MRF154推挽管的漏极电压迅速下降，达到有效保护MOSFET管之目的。采取以上几个方面的措施后，按规程来操作设备一般是不会烧管的。MRF154管其内部是由4只MRF150管芯封装在一起，也就是说每一个管芯的输出功率大约为150-200W之间，通过肉眼我们从中可以看到一个黑点，这就是管子内部的栅极电阻，它以串联的方式连接于各晶片的栅极部分，该电阻可以平衡四个晶片，而且还可以有效地降低栅极Q值，以防止引起寄生振荡。

Claims (2)

1、一种射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护电路，其特征是射频发射电路中，设置输入传输线变压器(T1)，其次级端为高阻，输出端与MOSFET管的输入高阻抗相匹配，设有第一电感(L1)、第一电阻(R3)和第二电感(L2)、第二电阻(R4)构成负反馈单元，MOSFET管的输出接输出传输线变压器(T2)，并在输出传输线变压器(T2)的输出端串联开关二极管(D1、D2)；且在MOSFET管的漏极与地之间串联连接2-10只二极管。

2、根据权利要求1所述的射频发射电路中大功率MOSFET管的安全保护电路，其特征是MOSFET管的漏极与地之间串联6只二极管。