CN102857177B - 一种固态微波功率放大器的控制保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态微波功率放大器的过流过压保护电路，包括电流传感器、功率MOSFET器件、过流过压检测模块和光电耦合器4其中，所述过流过压检测模块包括过流检测模块和过压检测模块，正压大电流分别接入电流传感器和过压检测模块，电流传感器的两个输出端分别连接过流检测模块和功率MOSFET器件，所述过流检测模块、过压检测模块的输出端、电源开关控制信号以及负电压分别接入光电耦合器，光电耦合器的输出端连接功率MOSFET器件，功率MOSFET器件的输出端连接微波功率管。该电路融合了正负压上电顺序、过流过压保护、外部控制信号控制，实现了负电压控制正电压加载，负电压先于正电压加载到微波功率管，同时能够实现过流过压保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种过流过压保护电路，具体涉及一种固态微波功率放大器控制保护电路。
背景技术
在大功率固态微波功率放大器中，要使用到大电流的电源，电流动辄几安培到几十安培，电源如果出现过流过压，在极其短的时间内功放管就会被烧毁；由于现有的砷化镓、氮化镓微波功率管是由栅极负电压控制漏极的大电流，就要求负电压在正电压之前加载到微波功率管上，以控制微波功率管的工作电流在额定范围内，否则，加载到微波功率管上的电流不受控制，引起电流过大，过大的电流很快将烧毁微波功率管。同时，目前的电路负压与正压上电的顺序控制和过流过压保护电路通常是分开单独设计的，如何有效地通过电路设置进行电压控制以保护微波功率管，是固态微波功率放大器设计中关键的技术，因此，研究一种固态微波功率放大器控制保护电路，对于微波功率管的安全使用是非常有现实意义的。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种固态微波功率放大器控制保护电路，该电路融合了正负压上电顺序、过流过压保护、外部控制信号控制，实现了负电压控制正电压加载，负电压先于正电压加载到微波功率管，同时能够实现过流过压保护。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种固态微波功率放大器的过流过压保护电路，包括电流传感器、功率MOSFET器件、过流过压检测模块和光电耦合器，其中，所述过流过压检测模块包括过流检测模块和过压检测模块，正压大电流分别接入电流传感器和过压检测模块，电流传感器的两个输出端分别连接过流检测模块和功率MOSFET器件，所述过流检测模块、过压检测模块的输出端分别接入光电耦合器，电源开关控制信号以及负电压也接入光电耦合器，光电耦合器的输出端连接功率MOSFET器件，功率MOSFET器件的输出端连接微波功率管。
所述的过流过压检测模块采用MC33161DG。
所述保护电路包括电阻R*1、R*2、R*3、R*4、R1、R2、R3，电容C2、C3、C4、C5，稳压二极管V3，二极管V1、V2，电流传感器S1，功率MOSFET器件V4，过流过压检测模块MC33161DG，光电耦合器N3，+5V电压、-5V电压；其中：
+5V电压输入电流传感器S1的VCC接口，同时通过电阻R1、电阻R2接入光电耦合器N3内发光二极管的正极；
正压大电流接入电流传感器S1的IP+接口，同时通过电阻R*2接入MC33161DG的Input1接口，电阻R*1一端接地，另一端接入电阻R*2与MC33161DG的Input1接口之间；
电流传感器S1的V1OUT接口与MC33161DG的Input2接口之间通过电阻R*4连接，电阻R*3一端接地，另一端连接在电阻R*4与MC33161DG的Input2接口之间；电流传感器S1的GND接口与MC33161DG的Input2接口之间连接电容C4，电容C5的一端接入+5V电压到电流传感器S1的VCC接口之间，另一端接入电流传感器S1的GND接口与电容C4之间，电容C4与C5之间接地；电流传感器S1的IP-接口连接功率MOSFET器件V4，电阻R3一端接入电流传感器S1的IP-接口和功率MOSFET器件V4之间，另一端接入功率MOSFET器件V4与稳压二极管V3的栅极之间；
MC33161DG的VCC接口接入+5V电压输入与电阻R1之间，且在接入点前连接电容C2、C3，电容C2、C3的另一端接地；MC33161DG的Output1接口接入二极管V1的负极，二极管V1的正极接入电阻R1和电阻R2之间；MC33161DG的Output2接口接入二极管V2的负极，二极管V2的正极接入电阻R1和电阻R2之间；
-5V电源通过稳压二极管V3连接到光电耦合器N3内三极管发射极端；功率MOSFET器件V4输出正压大电流到微波功率管；电源开关控制信号接入光电耦合器N3内发光二极管的负极端。
所述稳压二极管V3为5.1V稳压二极管。
本发明的固态微波功率放大器的过流过压保护电路，实现了必须在负电压电源工作正常后，正电压电源才能加载到微波功率管上，同时检测加载到微波功率管上正电压电源的电压和电流，只有在加载到微波功率管上正电压电源的电压和电流在正常额定范围内，正电压电源才能持续正常加载到微波功率管上；否则，只要负压、正电压、正电压电流这三者任意一项不满足设定要求，就会关断正电压电源，起到保护微波功率管的作用。本发明的电路简单可靠，能够通过外部控制信号来控制正电压电源的开关通断，通过5.1V稳压二极管来实现负电压保护控制，通过光电耦合器控制功率MOSFET器件的通断。
附图说明
图1为本发明的固态微波功率放大器的过流过压保护电路电路原理框图。图中的标号含义：1、电流传感器，2、功率MOSFET，3、过流过压检测模块，4、光电耦合器，3-1、过流检测模块，3-2、过压检测模块。
图2为本发明的电路原理图。
图3为元件N2MC33161DG的内部框图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
请参考图1，本发明的固态微波功率放大器的过流过压保护电路，包括电流传感器1、功率MOSFET器件2、过流过压检测模块3和光电耦合器4，其中，过流过压检测模块3包括过流检测模块3-1和过压检测模块3-2，正压大电流分别接入电流传感器1和过压检测模块3-2，电流传感器1的两个输出端分别连接过流检测模块3-1和功率MOSFET器件2，过流检测模块3-1、过压检测模块3-2的输出端分别接入光电耦合器4，电源开关控制信号以及负电压也接入光电耦合器4，光电耦合器4的输出端连接功率MOSFET器件2，功率MOSFET器件2的输出端连接微波功率管。
本发明的电路的基本原理：当负电压、电流、电压出现任意故障时，通过光电耦合器4控制功率MOSFET器件2实现大电流的自动关断，从而保护功率MOSFET器件2后端的微波功率管；在负电压、电流、电压都正常的情况下，可通过电源开关控制信号(0、1)控制光电耦合器，从而控制功率MOSFET器件2实现大电流的开关。
请参阅图3，在本发明的实施例中，过流过压检测模块3采用元件N2MC33161DG，MC33161DG内部集成了两个1.27V的基准电源以及两个比较器，该两个比较器分别用来判断过流与过压。改变元件MC33161DG输入端电压大小与内部基准电压1.27V进行比较，就可输出高、低电平。
请参阅图2，本实施例的固态微波功率放大器的过流过压保护电路选用的元器件有：电阻R*1、R*2、R*3、R*4、R1、R2、R3，电容C2、C3、C4、C5，5.1V稳压二极管V3，二极管V1、V2，电流传感器S1，功率MOSFET器件V4，过流过压检测模块MC33161DG，光电耦合器N3，+5V电压、-5V电压；其中：
+5V电压输入电流传感器S1的VCC接口，同时通过电阻R1、电阻R2接入光电耦合器N3内发光二极管的正极；
正压大电流接入电流传感器S1的IP+接口，同时通过电阻R*2接入MC33161DG的Input1接口，电阻R*1一端接地，另一端接入电阻R*2与MC33161DG的Input1接口之间；
电流传感器S1的V1OUT接口与MC33161DG的Input2接口之间通过电阻R*4连接，电阻R*3一端接地，另一端连接在电阻R*4与MC33161DG的Input2接口之间；
电流传感器S1的GND接口与MC33161DG的Input2接口之间连接电容C4，电容C5的一端接入+5V电压到电流传感器S1的VCC接口之间，另一端接入电流传感器S1的GND接口与电容C4之间，电容C4与C5之间接地；
电流传感器S1的IP-接口连接功率MOSFET器件V4，电阻R3一端接入电流传感器S1的IP-接口和功率MOSFET器件V4之间，另一端接入功率MOSFET器件V4与光电耦合器N3的集电极之间；
MC33161DG的VCC接口接入+5V电压输入与电阻R1之间，且在接入点前连接电容C2、C3，电容C2、C3的另一端接地；MC33161DG的Output1接口接入二极管V1的负极，二极管V1的正极接入电阻R1和电阻R2之间；MC33161DG的Output2接口接入二极管V2的负极，二极管V2的正极接入电阻R1和电阻R2之间；
-5V电源通过5.1V稳压二极管V3连接到光电耦合器N3内三极管发射极端，功率MOSFET器件V4输出正压大电流到微波功率管。
电源开关控制信号接入光电耦合器N3内发光二极管的负极端。
以下是本发明的电路控制原理：
负压控制功能原理：(A点)-5V电源通过5.1V稳压二极管连接光电耦合器4内的发射极端，控制功率MOSFET器件2的栅极。当没有负电压时，光电耦合器4相当于开路，栅极(B点)为高电压，功率MOSFET器件不导通，大电流无法通过；只有当负电压工作正常时，栅极(B点)相当于接地，电压为0V，功率MOSFET器件2导通，正电压大电流才能通过并加载到微波功率管器件上。
过流保护控制原理如下：电流传感器1检测通过的正电压电流的大小，正比例转换成相应的电压值，送入过流检测模块3，通过与过流检测模块3内的标准电压值进行比较，输出电流的工作状态，当电流超过额定电流，过流检测模块3输出低电平，光电耦合器4的发光端(C点)为低电平，无法导通，光电耦合器4相当于开路状态，功率MOSFET器件2的栅极(B点)为高电压，功率MOSFET器件2不导通。
过压保护控制原理如下：正电压电源通过分压电阻R*1、R*2送入过压检测模块3，与通过与过压检测模块3内的标准电压值进行比较，输出电压的工作状态，当电压超过额定电流，过压检测模块输出低电平，光电耦合器4的发光端(C点)为低电平，无法导通，光电耦合器4相当于开路状态，栅极(B点)为高电压，功率MOSFET器件2不导通。
正电压电源开关功能原理如下：通过(D点)控制光电耦合器4内发光二极管的负极(D点)就可以控制光电耦合器4的导通。当电路工作正常的情况下，光电耦合器4内发光二极管的负极(D点)为低电平时，光电耦合器4导通，功率MOSFET器件2的栅极(B点)为低电平，功率MOSFET器件2导通，正电压电源正常加载到微波功率管上；反之光电耦合器4内发光二极管的负极(D点)为高电平时，正电压电源关断，起到开关电源作用。
正压大电流的电压依次通过电阻R*1与R*2分压送入过压检测模块3输出高、低电平，过压输出低电平；电流传感器1将通过的电流大小以正比例关系转换成相应电压信号，这个电压信号经过电阻R*3、R*4分压后送入过流检测模块3输出高、低电平，过流输出低电平。当A点没有负电压输入时，B点高电平，功率MOSFET器件2不导通，E点无电流输出，这就保证了必需先有负电压，大电流的正电压才能输出。当A点有负电压输入，电压、电流均正常时，C点为高，D点电源开关控制信号为低时，B点为低，功率MOSFET器件2导通，E点有电流输出。当出现过流或过压时，C点为低，功率MOSFET器件2不导通，E点无电流输出。
Claims (1)
1.一种固态微波功率放大器的过流过压保护电路，其特征在于，包括电阻R*1、R*2、R*3、R*4、R1、R2、R3，电容C2、C3、C4、C5，稳压二极管V3，二极管V1、V2，电流传感器S1，功率MOSFET器件V4，过流过压检测模块MC33161DG，光电耦合器N3，+5V电压、-5V电压；其中：
+5V电压输入电流传感器S1的VCC接口，同时通过电阻R1、电阻R2接入光电耦合器N3内发光二极管的正极；
正压大电流接入电流传感器S1的IP+接口，同时通过电阻R*2接入MC33161DG的Input1接口，电阻R*1一端接地，另一端接入电阻R*2与MC33161DG的Input1接口之间；
电流传感器S1的V1OUT接口与MC33161DG的Input2接口之间通过电阻R*4连接，电阻R*3一端接地，另一端连接在电阻R*4与MC33161DG的Input2接口之间；电流传感器S1的GND接口与MC33161DG的Input2接口之间连接电容C4，电容C5的一端接入+5V电压到电流传感器S1的VCC接口之间，另一端接入电流传感器S1的GND接口与电容C4之间，电容C4与C5之间接地；电流传感器S1的IP-接口连接功率MOSFET器件V4，电阻R3一端接入电流传感器S1的IP-接口和功率MOSFET器件V4之间，另一端接入功率MOSFET器件V4与光电耦合器N3的集电极之间；
MC33161DG的VCC接口接入+5V电压输入与电阻R1之间，且在接入点前连接电容C2、C3，电容C2、C3的另一端接地；MC33161DG的Output1接口接入二极管V1的负极，二极管V1的正极接入电阻R1和电阻R2之间；MC33161DG的Output2接口接入二极管V2的负极，二极管V2的正极接入电阻R1和电阻R2之间；
-5V电源通过稳压二极管V3连接到光电耦合器N3内三极管发射极端；功率MOSFET器件V4输出正压大电流到微波功率管；电源开关控制信号接入光电耦合器N3内发光二极管的负极端 ；
所述稳压二极管V3为5.1V稳压二极管。
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