CN104037751B

CN104037751B - 毫米波雷达接收前端电源保护电路

Info

Publication number: CN104037751B
Application number: CN201410244720.2A
Authority: CN
Inventors: 刘俊; 荀民; 王鹏; 赵宇博
Original assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Current assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: CN104037751A

Abstract

本发明涉及一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，将采用‑5V供电控制+5V供电输入，在模块无负电压输入或负电压接入错误时，关断正电压并保证其它不受电压影响器件的正常工作。同时，考虑到毫米波接收前端小型化设计要求，该电源保护电路还必须满足：电路足够简化，正电压承受较大的工作电路，并具有可扩展性，正电压的压降足够小，以保证模块的正常工作。

Description

毫米波雷达接收前端电源保护电路

技术领域

本发明属于电路领域，具体涉及一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，应用在毫米波雷达接收前端模块的开断电保护及系统电源输入出现错误时，模块的自我保护。可广泛用于其它各种平台、各个频带的微波、毫米波电路，具有良好的通用性。

背景技术

在现代的雷达微波系统中，使用电源的种类越来越多：既需要各种正电压来作为放大器的工作偏置和功率放大器的驱动，也需要各种负电压来调整栅压和逻辑控制。

随着毫米波在雷达及电子对抗领域的飞速发展，MCM工艺技术日益成熟，接收前端模块不断向小型化、集成化方向发展，技术参数的要求越来越高。虽然单正电压器件使用方便，但不能满足设计师灵活调整的需要。如设计师经常需要调整低噪声放大器的栅压和工作点，使器件的噪声系数和增益达到最佳；调整混频器的栅压使其镜像频率抑制效果最佳；调整驱动放大器的栅压和工作点使器件的输出功率和功耗达成最优等等。

针对多电源输入的系统，目前主要有两种常用的电源保护措施：连接器的防插错技术及开关电源电路的应用。连接器的防插错技术可以保障毫米波接收前端模块对外连接无误，可无法在外部输入电源错误时对毫米波接收前端模块进行有效地保护。此外，在模块的调试过程中，无法消除正负电压加电顺序失误对MMIC带来的损伤。

传统的开关电源方法可以有效地消除各种电源错误对毫米波接收前端模块带来的损坏或损伤，但其电路复杂，器件数目多，无法满足小型化、模块化的设计要求。

因此，需要设计一种简单的电源保护电路，既满足常规的电源保护功能，也满足系统小型化、低成本的要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，解决系统输入电源出现误接造成毫米波接收前端器件损坏，以及调试过程中在器件无栅压的情况下开启正电偏置导致器件损伤或击穿的问题。

技术方案

一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于包括运算放大器U1A、NPN三极管Q1、一个P沟道增强型MOSFET管Q2以及电阻R1～R11和电容C1、C2；运算放大器U1A的反相输入端通过R1与系统输入-5V连接，同相输入端串联电阻R3至地，反相输入端与输出端串联反馈电阻R2；运算放大器U1A的负电源端通过R8连接-5V，通过R9接地，运算放大器U1A的正电源端通过R10连接+，通过R11接地，运算放大器的U1A输出电压通过R4与R5接地分压后，经R6与NPN三极管Q1的基极连接；NPN三极管Q1的发射级接地，集电极通过上拉电阻R7连接+5V电压；P沟道增强型MOSFET管Q2的栅极与NPN三极管Q1的集电极连接，其源极连接+5V电压，漏极输出经过电容滤波后作为系统MMIC的+5V电压输入。

所述R4与R5的分压a点的电压V_a满足关系式：Vin为输入的电压。

所述R4与R5的分压a点的电压V_a为：当Vin等于0V～正电压时，V_a<0.7V；当Vin等于-4.3V～0V时，V_a<0.7V；当Vin等于-5V～-4.3V时，V_a>0.7V。

所述R1＝R2，所述R3＝R1/2，所述R4/R5≈5/1。

所述R4＝5.1KΩ，R5＝1KΩ。

有益效果

本发明提出的一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，将采用-5V供电控制+5V供电输入，在模块无负电压输入或负电压接入错误时，关断正电压并保证其它不受电压影响器件的正常工作。同时，考虑到毫米波接收前端小型化设计要求，该电源保护电路还必须满足：电路足够简化，正电压承受较大的工作电路，并具有可扩展性，正电压的压降足够小，以保证模块的正常工作。

本发明有益效果：

首先，本发明的电路稳定可靠，在实际调试中，根据电路对负电压的敏感性，仅需调整分压电阻的阻值即可调节保护电路从保护到正常工作的电压节点。而本发明中一旦该电压节点设定完毕，随温度变化很小，所以无需反复进行高低温试验调节。

其次，本发明的电路简洁灵活，元器件数量小，成本低，便于对毫米波雷达接收前端的小型化设计，适宜批量化生产。在实际的应用中，若系统对体积要求苛刻，可将对应的NPN管和MOSFET采用管芯代替，最大限度降低该电路对体积的影响。

第三，本发明的电路对正电压的压降较小，驱动能力强，驱动电流可以达到1.5A以上。所以，本发明的技术方案对于各种微波毫米波电路都是通用的，对于采用本方案的接收电路或发射电路，无论其工作在哪个频段，都是适用的。对于驱动电流要求更高，正电压压降要求更低的系统，可以将多个P沟道增强型MOSFET并联使用，因此本发明也具有很强的扩展性。

最后，本发明为电路的调试工作带来了便利，尤其是在开电和断电关机时，无需因为电源的先后顺序引起误操作。

附图说明

图1：本发明的电源保护电路原理图

图2：本发明的电源保护电路控制曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例所提供的毫米波雷达接收前端电源保护电路由一片运算放大器、一个NPN三极管、一个P沟道增强型MOSFET以及电阻电容组成。该运算放大器的反相输入端通过R1与系统输入-5V连接，同时反相输入端与输出端串联反馈电阻R2，R2＝R1；其同相输入端串联电阻R3至地，R3＝R1/2；运算放大器的正负电源分别与系统输入±5V通过R8与R9、R10与R11分压后相连接。运算放大器的输出电压通过R4、R5分压，在节点a处的电压可以计算得节点a通过电阻R6与NPN三极管基极连接，三极管发射级直接接地，集电极通过上拉电阻R7连接系统输入+5V电压。在三极管集电极设置节点b，电路通过输入-5V电压控制a节点电压大小，进一步控制NPN三极管的开启与关断，从而使b节点置0或置1。最后，节点b接入P沟道增强型MOSFET的栅极，MOSFET的源极直接接入系统输入+5V电压，漏极输出经过电容滤波后直接作为MMIC的+5V电压输入。本电路通过输入-5V电压控制+5V电压的开启与关断，其中采用R4、R5来调整开启点的负电压。

考虑到毫米波雷达接收前端对-5V电压允许存在一定的偏差，若设定负电压为-4.3V时开启+5V，模块正常工作。根据NPN三极管的开启电压在0.7V左右，可以算出R4/R5≈5/1。这里选取R4＝5.1KΩ，R5＝1KΩ，系统的电源输入与最终的电源控制输出功能关系如表1所示。

当输入负电压未接入或错接为正电压后，运算放大器无法正常工作，节点a电压被R5下拉为低电平，NPN管无法开启，节点b被电阻R7上拉至+5V，MOSFET的栅源电压Vgs＝0，无法达到沟道开启阈值电压，MOSFET关断，系统+5V输入电压无法开启，从而使毫米波接收前端处于断电状态，起到了保护作用。当输入负电压位于-4.3V～0V之间时，运算放大器处于半开启工作状态，节点a电压由输入负压经运放反向分压后达不到NPN管的开启电压+0.7V，NPN管仍处于关断状态，节点b被电阻R7上拉至+5V，MOSFET的栅源电压Vgs＝0，沟道无法开启，MOSFET关断，系统+5V输入电压无法开启，毫米波接收前端处于断电保护状态。当输入负电压位于-5V～-4.3V之间时，运算放大器开启，节点a电压由输入负压经运放反向分压后大于+0.7V，NPN管开启，形成由输入+5V经过电阻R7、NPN管到地的通路，节点b被下拉至地，p沟道增强型MOSFET的栅源电压Vgs＝-5V，达到沟道开启阈值电压的要求，MOSFET开启，形成由输入+5V经MOSFET和驱动芯片到地的通路，从而使毫米波接收前端处于正常供电工作状态。

表1电路状态表

在毫米波雷达接收前端模块中，该电源保护电路主要用于开机上电、关机断电时的保护，并不影响模块的正常工作状态。在实际电路的调试中，只需要更改R4、R5的阻值来调整+5V电源正常开启的负电压值。而其它的电阻可以根据系统功耗的要求进行调整。

具体实施例：

图1给出了本发明的电源保护电路原理图。这里以Ka波段变频模块为例，说明本发明的具体实施。

如图1所示，电源保护电路主要由一片运算放大器、一个NPN三极管、一个P沟道增强型MOSFET以及电阻电容组成。电路中VCC、VEE分别为系统的正负电压输入，RL表示驱动的MMIC芯片。电路中运算放大器采用AD公司的AD8032，NPN三极管采用2N2222，P沟道增强型MOSFET选用AP2305，电阻R1、R2的阻值为2KΩ，R3、R5、R6的阻值为1KΩ，R7的阻值为10KΩ，R8、R9、R10、R11的阻值分别为1.5KΩ、3KΩ、3.9KΩ、5.1KΩ。R4的阻值根据应用需要，在2KΩ～6.2KΩ之间进行调整。本实施例中，鉴于对负电压的敏感程度及接插件线缆的压降影响，将保护开启电压设置为-4.3V，R4的阻值取5.1KΩ。电路中运算放大器的正电压不受该保护电路的控制。

本实施例中，采用本电源保护电路输出正电压驱动的器件包括：3片中电13所生产的低噪声放大器NC1070C-3438，2片中电13所生产的中频放大器NC1033C-206A，3片Hittite公司生产的驱动放大器HMC-ALH140，1片中电13所生产的倍频器NC1778C-2736，1片UMS公司生产的检波器CHE1270，总驱动电流约为750mA，+5V压降约为0.1V。在系统输入负电压低于-4.3V时，模块处于正电压断开保护状态；当系统输入负电压高于-4.3V时，该Ka波段变频模块在工作频段(34.5GHz～36GHz)内，接收通道和发射通道的指标均能很好满足系统的要求。

当模块的驱动电流要求较高高，正电压压降要求很低的情况下，可以将多个P沟道增强型MOSFET并联，同时调整R4、R5阻值来满足控制要求。

Claims

1.一种毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于包括运算放大器U1A、NPN三极管Q1、一个P沟道增强型MOSFET管Q2以及电阻R1～R11和电容C1、C2；运算放大器U1A的反相输入端通过R1与系统输入-5V连接，同相输入端串联电阻R3至地，反相输入端与输出端串联反馈电阻R2；运算放大器U1A的负电源端通过R8连接-5V，通过R9接地，运算放大器U1A的正电源端通过R10连接+5V，通过R11接地，运算放大器的U1A输出电压通过R4与R5接地分压后，经R6与NPN三极管Q1的基极连接；NPN三极管Q1的发射级接地，集电极通过上拉电阻R7连接+5V电压；P沟道增强型MOSFET管Q2的栅极与NPN三极管Q1的集电极连接，其源极连接+5V电压，漏极输出经过电容C1、C2滤波后作为系统MMIC的+5V电压输入。

2.根据权利要求1所述毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于：所述R4与R5的连接点的电压V_a满足关系式：Vin为输入的电压。

3.根据权利要求1所述毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于：所述R4与R5的连接点的电压V_a为：当Vin等于0V～正电压时，V_a<0.7V；当Vin等于-4.3V～0V时，V_a<0.7V；当Vin等于-5V～-4.3V时，V_a>0.7V。

4.根据权利要求1所述毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于：所述R1＝R2，所述R3＝R1/2，所述R4/R5≈5/1。

5.根据权利要求1或2所述毫米波雷达接收前端电源保护电路，其特征在于：所述R4＝5.1KΩ，R5＝1KΩ。