CN101656513A - 保护功率放大器的方法和保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保护功率放大器的方法和保护电路。该方法包括：检测功率放大器的工作电流值；判断所述工作电流值是否超过预设值；若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述功率放大器的工作电流。本发明采用限流保护功率放大器的方式，通过直接控制功率放大器的偏置电压来降低功率放大器的工作电流或关断功率放大器的工作电流，避免功率放大器由于大电流而烧毁，本发明响应时间极其短，可在最短时间内、最恶劣的环境下进行最有效的控制，从而达到保护功率放大器的目的。
Description
技术领域
本发明关于保护功率放大器的技术，特别关于限流保护功率放大器的技术，具体地讲关于一种保护功率放大器的方法和保护电路。
背景技术
随着移动通信的发展，各运营商对网络深度覆盖的要求，直放站已经成为无线网络覆盖中的重要设备，因此对直放站的管理与维护提出更高要求。
目前，在各种各样的直放站中，功率放大器经常损坏。这些损坏主要是由设备自激、端口失配、输入过大、工程设计不合理、操作失误等原因而引起的功率放大器的工作电流变大而烧毁。特别是无线直放站、移频直放站等一些高增益的直放站，功率放大器损坏不但对网络的覆盖造成不利影响，而且还增加维护成本。
为了保护功率放大器、最大限度的减少功率放大器的损坏数量、提高设备稳定性一直是各设备厂家致力于解决的问题。一般直放站设备中功率放大器都是采用自动电平控制(ALC：Automatic Level Control)方式来控制直放站的输出功率，使其不超出额定功率，从而达到保护直放站的目的。
图1是相关技术中采用自动电平控制方式来控制直放站输出功率，使其不超出额定功率的理示意图。如图1所示，功率放大器101的输出功率(RFOUT)首先通过信号耦合器102，该信号耦合器102将输出功率的信号强度输入到信号强度检测器103，该信号强度检测器103将输入的信号强度转变成电压值，然后送至处理单元104，该处理单元可采用微控制器(MCU：Micro ControllerUnit)；该MCU104将从信号强度检测器103接收到的电压与预设额定输出功率的电压值进行比较，若接收到的信号强度电压值高于预设额定输出功率的电压值，则MCU104输出电压值对压控衰减器105进行控制，使链路保持在额定功率输出，起到保护功率放大器101的目的。
例如：功率放大器101额定输出功率为P，MCU104预设额定输出功率的电压值为V1，当功率放大器101输出功率大于P，则信号强度检测器103检测到的电压值为V2，MCU104接到信号检测器103检测到的电压值V2，经处理后输出电压值为：a(V2-V1)，其中a为斜率，压控衰减器105接收到MCU104的输出电压，则增加链路的衰减值，即减低了链路的增益，使功率放大器101输出功率保持P功率输出。
采用上述ALC技术的缺陷，主要表现的以下两个方面：
一、该技术是先检测功率放大器101的输出功率(RFOUT)，通过信号强度检测器103将信号强度转化成相应的电压值，在MCU104中将该电压值与预先设定好的电压值比较，若该电压值超出预先设定的电压值，则MCU104输出电压值来控制输入端的压控衰减器105，通过该压控衰减器105来降低链路的增益，从而使链路保持输出额定功率的目的。由于设备自激、端口失配、输入功率的增加等的响应时间极短，而ALC控制通过复杂的转换，消耗时间过长，其响应速度达不到保护功率放大器的要求，这样就很难有效地实现对功率放大器的保护。
二、该技术在很多情况下可发挥作用，有效降低放大器的链路增益，使链路输出不超出额定功率，但是在严重自激、输出端口与天线严重失配的情况下，由于响应时间过长，该方法不能起到保护功率放大器的目的，还是会将功率放大器烧坏。
申请号为200510084805.X、公开号为CN 1722560A的发明专利申请，揭示一种过流保护电路。该电路是用作电源电路的电压生成电路过电流的电路保护技术，将其内容合并于此。并且上述专利申请并未揭示解决上述ALC技术的缺陷的技术特征。
申请号为200710097019.2、公开号为CN 101060242A的发明专利申请，揭示一种电流异常保护电路。该电路可在电流出现异常时切断线路中的火线和零线的电力线连接，以阻止窃电行为或者漏电现象，或者防止烧坏用电设备以及发生火灾，将其内容合并于此。并且上述专利申请并未揭示解决上述ALC技术的缺陷的技术特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保护功率放大器的方法，该方法采用限流保护功率放大器的方式，通过控制功率放大器的偏置电压来降低功率放大器的工作电流或关断功率放大器的工作电流，其响应时间极其短，可在最短时间内、最恶劣的环境下进行最有效的控制，从而达到保护功率放大器的目的。
本发明还提供一种保护功率放大器的保护电路，该电路通过控制功率放大器的偏置电压来降低工作电流或关断工作电流，响应时间极其短，可在最短时间内、最恶劣的环境下进行最有效的控制，从而达到保护功率放大器的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种保护功率放大器的方法，该方法包括：检测功率放大器的工作电流值；判断所述工作电流值是否超过预设值；若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述功率放大器的工作电流。
为实现上述目的，本发明还提供一种保护电路，该电路包括：
电流检测单元，所述电流检测单元用于检测功率放大器的工作电流值；
处理单元，所述处理单元用于判断所述工作电流值是否超过预设值，若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，从而降低或关断所述功率放大器的工作电流。
本发明的有益效果在于，采用限流保护功率放大器的方式，通过控制功率放大器的偏置电压来降低功率放大器的工作电流或关断功率放大器的工作电流，避免功率放大器由于大电流而烧毁，本发明响应时间极其短，可在最短时间内、最恶劣的环境下进行最有效的控制，从而达到保护功率放大器的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是相关技术1中ALC控制原理示意图；
图2是本发明实施例1中的保护电路构成示意图；
图3是本发明实施例2中的保护电路构成示意图；
图4是本发明实施例3中的保护电路构成示意图；
图5是本发明实施例4的保护功率放大器的流程图；
图6是本发明实施例5的保护功率放大器的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
以下参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种保护电路，如图2所示，该电路包括：
电流检测单元202，用于检测功率放大器201的工作电流值；
处理单元203，用于判断该工作电流值是否超过预设值，若该处理单元203的判断结果为是，则降低或者关断该功率放大器201的偏置电压，从而降低或关断该功率放大器的工作电流，以保护功率放大器不被大电流击穿烧毁。
在本实施方式中，当处理单元203判断结果为是时，通过该处理单元203输出电压值直接降低或关断该功率放大器的偏置电压，其中，当判断结果为是时，则输出的电压值降低，偏置电压也随之降低，当该处理单元203输出的电压值降低到一定值时，例如，该处理单元203输出的电压值降低到原偏置电压的80％的电压值时，此时该处理单元203输出的电压值为零，即功率放大器201关断。
由上述实施例可知，该保护电路采用限流保护功率放大器的工作方式，在功率放大器发生自激等情况、引起功率放大器的工作电流变大时，通过检测功率放大器的工作电流的值，当功率放大器的工作电流值超过预设值时，控制功率放大器的偏置电压。因为偏置电压可直接有效地控制功率放大器的工作电流，因此，通过降低或者关断偏置电压，来降低或者关断功率放大器的工作电流，避免功率放大器由于大电流而烧毁的情况发生；同时这种方式响应时间极其短，能在最短的时间里、更恶劣的环境下进行最有效的控制，如在功率放大器201由于端口严重失配、引起的自激等情况下很快响应，从而达到保护功率放大器的目的，通常响应时间在纳秒级，即E-10S。
由于在功率放大器201端口严重失配、引起的自激等情况下，功率放大器201的功率放大器的工作电流瞬间震荡变大，响应时间极短，如仅使用图1所示的ALC控制方式，在检测输出功率变大，在通过MCU来控制压控衰减器降低链路增益的反应时间内，功率放大器201可能已被电流击穿烧毁。
实施例2
本发明还提供一种保护电路，如图3所示，该保护电路包括电流检测单元202和处理单元203；其中，电流检测单元202的作用与实施例1中一致，此处不再赘述。
如图3所示，在本实施例中，该处理单元203判断该工作电流值是否超过预设值可采用如下方式：判断该工作电流值所对应检测的电压值是否超过预设电压值。
这样，在本实施例中，该处理单元203可包括转换单元203b、比较单元203a和存储单元203c；其中，
该转换单元203b用于将工作电流转换为相应的电压值；在本实施方式中，将该工作电流值转化为相应的电压值；
该比较单元203a用于将转换后的电压值与预设电压值进行比较，判断该检测电压值是否大于预设电压值；若判断结果为是，则通过该比较单元203a的输出电压来降低或者关断该功率放大器201的偏置电压，以降低或者关断该功率放大器的工作电流；
存储单元203c用于储存预设电压值。
在本实施方式中，当比较单元203a判断结果为是时，通过该比较单元203a输出电压值直接来降低或关断该功率放大器的偏置电压，其中，当比较单元203a判断结果为是时，则该比较单元203a输出的电压值降低，偏置电压也随之降低，当该比较单元203a输出的电压值降低到一定值时，例如，该比较单元输出的电压值降低到原偏置电压的80％的电压值时，此时该比较单元203a输出的电压值低于特定值，即功率放大器201关断。
例如：功率放大器201的输出功率为P，其正常工作电流为I1，经过转换单元203b转换的电压值为U1，预设比较电压值为U2，则比较单元203b正常输出控制功率放大器201的偏执电压值为U，U＝b(U2-U1)，其中b为比例系数。当功率放大器201出现异常情况引起电流变化时，电流值表示为I2，经过转换单元203b转换的电压为U3，U3＞U1，则此时比较单元203b输出的电压值为U＝b(U2-U3)，即电流变大，比较单元203b输出的电压值变小，当出现U3变化较大，U输出小到某一特定值时，功率放大器将关断，特定值即功率放大器的偏执电压U低于某一值时，功率放大器201就没有功率输出，即功率放大器201关断。此特定值因具体的功率放大器的IC不同而稍有不同。
在本实施方式中，该预设电压值根据功率放大器201的输出功率来确定。
由上述实施例可知，该保护电路采用限流保护功率放大器的工作方式，通过检测功率放大器的工作电流值，并将该电流值转换成相对应的电压值，当该检测的电压值超过预设值时，就通过比较单元的输出电压值来控制功率放大器的偏置电压。
实施例3
本发明还提供一种保护电路，如图4所示，该保护电路包括电流检测单元202、处理单元203；其中，电流检测单元202和处理单元203的作用与实施例2中一致，此处不再赘述。
如图4所示，该保护电路还包括ALC控制单元，该ALC控制单元包括处理单元205和压控衰减器206，其中，
该处理单元205，当比较单元203a判断结果为否时，该处理单元205用于将功率放大器201的输出功率的信号强度转换为信号强度电压，将转换后的信号强度电压与预先设定好的额定输出功率的电压值进行比较，若接收到的信号强度电压高于预先设定的电压值，则输出电压值对压控衰减器206进行控制；
该压控衰减器206，用于接收该处理单元205传送的控制信号，降低链路增益，以控制该功率放大器输出额定的功率，以降低链路增益，起到保护功率放大器201的目的。
其中，该处理单元205可采用如图1所示的构成，包括信号强度检测器和MCU(图4中未示出)；其中，该信号强度检测器用于将功率放大器201的输出功率的信号强度转换为信号强度电压；MCU用于将转换后的信号强度电压与预先设定好的额定输出功率的电压值进行比较，若接收到的信号强度电压高于预先设定的电压值，则输出电压值对压控衰减器206进行控制。
由上述实施方式可知，当功率放大器201发生轻微的自激、输入功率过大、端口失配等情况时，功率放大器201的工作电流变化不大，当该工作电流未超出预先设定的电流，可以通过ALC技术来降低放大器链路的增益，保持功率放大器输出功率不超出额定功率，使放大器处于正常工作状态，达到保护功率放大器的目的。
另外，当功率放大器端口严重失配，引起的自激等情况发生时，功率放大器201的工作电流瞬间震荡变大，响应时间极短，如继续使用ALC控制保护技术，在检测输出功率变大，在通过处理单元205控制压控衰减器206降低链路增益，在其反应时间内，功率放大器201很可能已被瞬间的电流击穿烧毁。此时，采用限流保护技术，在功率放大器发生自激时，会引起功率放大器的工作电流变大，由于通过检测功率放大器的工作电流，电流在变大超出预设定的电流时，通过比较单元输出的电压值直接就降低或者关断偏置电压，这样，可以有效地降低或关断功率放大器的工作电流，从保护功率放大器不被大电流击穿烧毁。待维护人员查找原因，排除故障，在重新开启该功率放大器。
实施例4
本发明提供一种保护功率放大器的方法。如图5所示，该方法包括：
步骤501，检测功率放大器的工作电流值；
步骤502，将该功率放大器的工作电流值与预设电流值进行比较，判断该工作电流值是否超过预设电流值；
步骤503，在步骤502中，若判断结果为是，则降低或者关断该功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述的功率放大器的工作电流。
在本实施方式中，当处理单元203判断结果为是时，通过该处理单元203输出电压值直接降低或关断该功率放大器的偏置电压。其中，当判断结果为是时，则输出的电压值降低，偏置电压也随之降低，当该处理单元203输出的电压值降低到一定值时，即偏置电压降到功率放大器不工作时，不同的功率放大器此值有可能不同。此时该处理单元203输出的电压值低于特定值，即功率放大器201关断。
步骤504，在步骤502中，若判断结果为否，则采用ALC控制单元控制功率放大器链路的增益，使输出的功率保证在额定输出功率内，即采用处理单元实时监控链路的输出功率，通过对压控衰减器进行控制，保证功率放大器输出的功率值在额定功率内，从而达到保护功率放大器的目的，如图4所示。
由上述实施例可知，只有实现对功率放大器的有效保护，才能保证直放站设备在移动通信过程中能正常工作。
在本实施方式中，当功率放大器发生轻微的自激、输入功率过大、端口失配等。此状态下功率放大器的工作电流变化不大，没有超出预先设定的电流，这种情况就可通过ALC控制单元，实时监控功率放大器的输出功率，通过处理单元控制压控衰减器，来调节功率放大器链路的增益，保证功率放大器的输出功率在额定输出功率内，使放大器处于正常工作状态，达到保护功率放大器的目的。
在本实施方式中，当功率放大器端口严重失配，引起的自激等情况发生时，功率放大器的工作电流瞬间震荡变大，响应时间极短，若继续使用ALC技术，在检测输出功率变大，在通过处理单元控制压控衰减器降低链路增益，其在反应时间内，功率放大器很可能已被瞬间的电流击穿烧毁。因此，在这种情况下采用限流保护技术，在功率放大器的工作电流变大，由于通过检测功率放大器的工作电流，工作电流在变大超出预设定的电流时，通过比较单元就可直接降低偏置电压或者关断偏置电压，这样可以降低或关断功率放大器的工作电流，保护功率放大器不被大电流击穿烧毁。等维护人员查找原因，排除故障，在重新开启功放。
上述仅仅为本发明的具体实施方式，当然该方法也可只采用限流保护方式。
实施例5
本发明还提供一种保护功率放大器的方法，如图6所示。在本实施例中，在进行限流保护时，通过电压值来进行比较。
步骤601，检测功率放大器的工作电流值；
步骤602，将该工作电流转换为相应电压值；
步骤603，将该电压值与预设电压值进行比较，判断该电压值是否超过预设电压值；
步骤604，在步骤603中，若判断结果为是，则通过比较单元输出电压直接降低或者关断该功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述功率放大器的工作电流，具体方式见实施例1～3，此处不再赘述。
步骤605，在步骤603中，若判断结果为否，则采用ALC控制单元控制功率放大器链路的增益，使输出的功率保证在额定输出功率之内，从而达到保护功率放大器的目的。
由上述实施例可知，与实施例4相比，其采用电压值进行比较，其它步骤与实施例4类似，此处不再赘述。
在上述实施例4和实施例5中，在步骤504、605中，采用ALC控制方式控制功率放大器链路的增益，使输出的功率保持在额定输出功率之内，可采用如下方式：
如图4所示，ALC控制单元的处理单元205将功率放大器的输出功率的信号强度转换成相应的信号强度电压值；将转换后的信号强度电压值与预设额定输出功率的电压值进行比较，判断转换后的信号强度电压值是否超过该预设额定输出功率的电压值；若判断结果为是，则通过处理单元205输出电压值来控制压控衰减器206，降低链路增益，以控制该功率放大器固定输出额定的输出功率。
由上述实施例可知，本发明采用限流保护功率放大器的工作方式，在功率放大器发生自激等情况、引起工作电流变大时，经过检测功率放大器的工作电流值，通过比较器的输出电压直接控制功率放大器的偏置电压。因为偏置电压可直接有效地控制功率放大器的工作电流，因此，通过降低或者关断偏置电压，来降低或者关断功率放大器的工作电流，避免功率放大器由于大电流而烧毁的情况发生；同时这种方式是硬件直接操作完成其响应时间极其短，能在最短的时间里、在更恶劣的环境下进行最有效的控制，如在功率放大器201由于端口严重失配、引起的自激等情况下很快响应，从而达到保护功率放大器的目的，通常响应时间在纳秒级，即E-10S。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种保护功率放大器的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测功率放大器的工作电流值；
判断所述工作电流值是否超过预设值；
若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述功率放大器的工作电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断工作电流值是否超过预设值，包括：
将所述工作电流值转换为相应的电压值；
将所述电压值与预设电压值进行比较，判断所述电压值是否大于所述预设电压值；
若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，若判断结果为否，则所述方法还包括：采用自动电平控制方式控制所述功率放大器输出额定的功率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用自动电平控制方式控制所述功率放大器输出额定的功率，包括：
将所述功率放大器的输出功率的信号强度转换成相应的信号强度电压值；
将转换后的所述信号强度电压值与预设额定输出功率的电压值进行比较，判断转换后的所述信号强度电压值是否超过所述预设额定输出功率的电压值；
若判断结果为是，则降低链路增益，以控制所述功率放大器输出额定的功率。
5.一种保护电路，其特征在于，所述电路包括：
电流检测单元，所述电流检测单元用于检测功率放大器的工作电流值；
处理单元，所述处理单元用于判断所述工作电流值是否超过预设值，若所述判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，以降低或关断所述的功率放大器的工作电流。
6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，判断所述功率放大器的工作电流值是否超过预设值是指判断所述功率放大器的工作电流值所对应的电压值是否超过预设电压值。
7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述处理单元包括：
转换单元，所述转换单元用于将所述功率放大器的工作电流值转换为相应的电压值；
比较单元，所述比较单元用于将转换的所述电压值与预设电压值进行比较，判断转换的所述电压值是否大于预设电压值；若判断结果为是，则降低或者关断所述功率放大器的偏置电压，以降低或者关断所述功率放大器的工作电流；
存储单元，所述存储单元用于储存所述预设电压值。
8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括自动电平控制单元；所述自动电平控制单元包括处理单元和压控衰减器；其中，
当所述比较单元判断结果为否时，所述处理单元用于将所述功率放大器的输出功率的信号强度转换为信号强度电压值，将转换后的所述信号强度电压值与预设额定输出功率的电压值进行比较，判断转换后的所述信号强度电压值是否超过所述预设额定输出功率的电压值，若判断结果为是，则输出控制信号至所述压控衰减器；
所述压控衰减器，用于接收所述控制信号，降低链路增益，以控制所述功率放大器输出额定的功率。
9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述处理单元包括信号强度检测器和MCU；其中，
所述信号强度检测器用于将功率放大器的输出功率的信号强度转换为信号强度电压；
所述MCU用于将转换后的信号强度电压与预先设定好的额定输出功率的电压值进行比较，判断转换后的所述信号强度电压值是否超过所述预设额定输出功率的电压值，若判断结果为是，则输出电压值对所述压控衰减器进行控制。
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