CN104901633A - 一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路，包括：稳压二极管，开关三极管，续流三极管，分压电阻，滤波电容，大功率开关管，负电检测控制单元，供电电源调制单元。该电路通过检测GaN功率放大器栅极有无负电来控制高速开关三极管的通断，从而实现对GaN功率放大器的电源时序控制。通过控制大功率开关管的栅源电压来控制开关管的通断，从而实现GaN功率放大器漏极供电的脉冲调制。本发明能有效解决GaN功率放大器加电时序错误引起的器件损坏，GaN功率放大器的静态功耗大的问题，而且电路形式简单，可用于任何GaN功率放大器电路。

Description

一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路

技术领域

本发明属于GaN功率放大器的设计技术领域，是一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路的设计。

背景技术

由于雷达发射机技战术指标要求的不断提高，对雷达发射机的核心发射组件部分的要求也越来越高。特别是对高功率集中式固态发射机的大功率发射组件的体积、重量提出了更高的要求。为了研制出体积更小、重量更轻、可靠性更高的发射组件以满足路基、海基等多种平台适装性的要求，在功放组件的设计制造中越来越多使用GaN功率放大器。GaN材料作为第三代半导体的主要材料，与一、二代半导体材料相比，具有工作频段宽、工作电压高、单位面积功率密度高、热传导率高等特点，是未来雷达系统功率器件应用的主要形式和发展方向。

GaN功率放大器对供电时序有严格的要求，必须先供栅极负电再供漏极正电，否则将导致漏源击穿，损坏功率放大器。GaN功率放大器一般应用于A类、AB类放大工作状态，正常供电后不加激励信号时就存在静态电流，大功率放大器的静态电流可达数百毫安甚至安培级，导致功率放大器静态功耗大，效率低。为了提高功率放大器的供电效率，需要在功率放大器漏极进行供电脉冲调制。

发明内容

本发明的目的是为了解决GaN功率放大器加电时序错误引起的器件损坏及GaN功率放大器的静态功耗大的问题，提出了一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路。

本发明提出了一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路，包括稳压二极管，开关三极管，续流三极管，分压电阻，滤波电容，大功率开关管，负电检测控制单元，供电电源调制单元。其中稳压二极管V1的一端接负电输入，另一端接开关三极管V2的基极，开关三极管V2的集电极接电阻R2和R3的公共端，电阻R2的一端接到调制信号输入端，电阻R3的另一端接开关三极管V3的基极，开关三极管V3的集电极接分压电阻R5的一端，另一端接分压电阻R4的一端，分压电阻R4和R5将正电输入进行分压，接到续流三极管V4，V5的基极公共端，续流三极管V4，V5的发射级公共端接到大功率开关管的V6的栅极，V6的漏极接正电输入，源级给GaN功率放大器漏极提供调制供电。

其中所述的负电检测控制单元通过检测GaN功率放大器栅极负电输入来实现对功率放大器的电源时序控制。当GaN功率放大器栅极无负电时，稳压二极管V1不工作。当调制信号为高电平时，高速开关三极管V2导通，V3基极电压为0；当调制信号为低电平时，V2不导通，V3基极电压为0。此时V4，V5，V6都不导通，GaN功率放大器漏极不供电。实现了功率放大器栅极无负电时，漏极没有供电，保证了GaN功率放大器电源时序控制，不会因为栅极无负电而漏极有供电损坏功率放大器，提高了GaN功率放大器的可靠性。

其中所述的供电电源调制单元通过调制信号输入控制大功率开关管的栅源电压来控制开关管的通断，从而实现GaN功率放大器漏极供电的脉冲调制，提高了功率放大器的供电效率。当GaN功率放大器栅极有负电时，通过稳压二极管V1稳压将高速开关三极管V2的基极电压稳定在0V，V2不导通，V3受调制信号控制。当调制信号输入为高电平时，V3导通，由于R4与R5阻值相同，V4和V5基极电压为正电输入电压一半，V4不导通，V5导通，V6导通，GaN功率放大器供电正常。当调制信号输入为低电平时，V3不导通，V4、V5也不导通，V6不导通，GaN功率放大器漏极没有供电。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：解决了GaN功率放大器因人为操作失误在栅极没有负电的情况下漏极加上供电而导致功率放大器损坏的问题，降低了使用GaN功率放大器的损坏风险，提高了可靠性；同时也解决了GaN功率放大器工作在A类、AB类放大工作状态下静态功耗较大的问题，通过给漏极提供脉冲调制供电，提高了GaN功率放大器的供电效率。

附图说明

附图1为GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路原理电路图。

具体实施方式

本发明的具体实施步骤为：

本发明提出的GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路，包括：稳压二极管，开关三极管，续流三极管，分压电阻，滤波电容，大功率开关管，负电检测控制单元，供电电源调制单元。

具体连接关系为：其中稳压二极管V1的一端接负电输入，另一端接开关三极管V2的基极，开关三极管V2的集电极接电阻R2和R3的公共端，电阻R2的一端接到调制信号输入端，电阻R3的另一端接开关三极管V3的基极，开关三极管V3的集电极接分压电阻R5的一端，另一端接分压电阻R4的一端，分压电阻R4和R5将正电输入进行分压，接到续流三极管V4，V5的基极公共端，续流三极管V4，V5的发射级公共端接到大功率开关管的V6的栅极，V6的漏极接正电输入，源级给GaN功率放大器漏极提供调制供电。

本发明的负电检测控制单元工作过程如下：当GaN功率放大器栅极无负电时，稳压二极管V1不工作。当调制信号为高电平时，高速开关三极管V2导通，V3基极电压为0；当调制信号为低电平时，V2不导通，V3基极电压为0。此时V4，V5，V6都不导通，GaN功率放大器漏极不供电。实现了功率放大器栅极无负电时，漏极没有供电，保证了GaN功率放大器电源时序控制，不会因为栅极无负电而漏极有供电损坏功率放大器，提高了GaN功率放大器的可靠性。

本发明的供电电源调制单元工作过程如下：当GaN功率放大器栅极有负电时，通过稳压二极管V1稳压将高速开关三极管V2的基极电压稳定在0V，V2不导通，V3受调制信号控制。当调制信号输入为高电平时，V3导通，由于R4与R5阻值相同，V4和V5基极电压为正电输入电压一半，V4不导通，V5导通，V6导通，GaN功率放大器供电正常。当调制信号输入为低电平时，V3不导通，V4、V5也不导通，V6不导通，GaN功率放大器漏极没有供电。通过调制信号输入控制大功率开关管的栅源电压来控制开关管的通断，从而实现GaN功率放大器漏极供电的脉冲调制，提高了功率放大器的供电效率。

续流三极管的作用是：通过续流三极管V4、V5对大功率开关管进行充放电，充放电电流能达到安培级，是通过电阻充放电电流的10倍以上，缩短了充放电时间，调制供电的上升沿时间从微秒级降到了纳秒级，而且不通过电阻进行充放电，充放电时间和调制供电上升沿不受电阻限制，选用的电阻从几百欧增加到十千欧，在调制信号为高电平电路导通时，负电保护电路本身的功耗也从瓦级降到了几十毫瓦。

Claims (2)

1.一种GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路，具体包括：稳压二极管，开关三极管，续流三极管，分压电阻，滤波电容，大功率开关管，其特征在于还包括：负电检测控制单元，供电电源调制单元；其中稳压二极管V1的一端接负电输入，另一端接开关三极管V2的基极，开关三极管V2的集电极接电阻R2和R3的公共端，电阻R2的一端接到调制信号输入端，电阻R3的另一端接开关三极管V3的基极，开关三极管V3的集电极接分压电阻R5的一端，另一端接分压电阻R4的一端，分压电阻R4和R5将正电输入进行分压，接到续流三极管V4，V5的基极公共端，续流三极管V4，V5的发射级公共端接到大功率开关管的V6的栅极，V6的漏极接正电输入，源级给GaN功率放大器漏极提供调制供电。

2.根据权利要求1所述的GaN功率放大器的电源时序控制和调制电路，其特征在于，所述的续流三极管为一只NPN三极管与一只PNP三极管作为对管使用，大功率开关管为P沟道MOSFET。