CN107291132B - 一种pa限流电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PLC载波通信技术领域，尤其涉及一种PA限流电路，通过利用迟滞比较器将PA电路模块工作的电流转化成电压的形式并和一个参考电压来进行比较，降低了对比较器以及基准电压精度的要求，极大地降低了设计复杂度并提高了系统可靠性。本发明通过改变PA电路模块引入MOS管的尺寸，可以直接控制PA电路模块的输出功率，该设计有较高的稳定性以及灵活性。此外该控制方式可以实现PA的开机短路保护。

Description

一种PA限流电路

技术领域

本发明涉及PLC载波通信技术领域，尤其涉及一种PA限流电路。

背景技术

功率放大器(power amplifier，简称PA)，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器，PA是PLC系统一个重要组成部分，在PLC系统具有举足轻重的作用。目前有很多针对发送PA幅度和功率控制的专利，下面列举两个与本发明比较接近的专利：

对比文件1(公开号：US2009/0074041)，ALC(自动电平控制)电路是用于控制电路的输出功率电平的。其主要工作原理是：先把从电路输出端耦合过来的射频信号检波成直流分量，然后送入二级运算放大器进行反相放大，放大后的直流电压再送回输入端作为电调衰减电路的可变偏压，从而控制输出信号电平的幅度。该电路主要使用到的元件有检波管HSMP-2850、电调二极管HSMP-3814和运放LM258)该专利介绍的ALC电路应用于PLC系统，ALC环路由两个模拟反馈环路同时工作来控制发送端输出波形的幅度，从而实现发送端PA功率的自动控制，经过环路调整后的PA输出功率可以固定在一定的范围内。该ALC环路由电流反馈环路和电压反馈环路组成，其中电压控制环路用来检测PA的输出峰值电压，并通过电压分压得到一个Vsense(输入)电压同内部产生的两个参考电压(Vth/Vhyst)进行比较，如果Vsense大于Vth+Vhys时则发送VGA往小调整一个step，如果小于Vth-Vhys，则VGA往大调一个step，而当Vsense在Vth+Vhys和Vth-Vhys之间时，电压环路保持稳定，发送幅度不进行任何调节。电流通道用来限制PA输出的最大峰值电流，电流控制环路通过电压控制环路来减小发送的幅度从而降低PA输出的电流。电流检测通过镜像PA的功率管并通过片外电阻RCL转换成电压信号。当RCL上的电压小于VCL_th-VCL_hyst时，电压环路工作，当电压环路逐渐升高发送幅度从而提高发送电流时，RCL的电压逐渐升高，当VCL电压大于VCL_th+VCL_hyst，则VGA增益减小一个step，当VCL电压在VCL_th-VCL_hyst和VCL_th+VCL_hyst之间时，电流环路稳定。经过这两个环路调整后，PA的输出功率被限制在一定的范围内，从而通过ALC环路实现了PA的功率的自动调整。该电路存在的问题是:输出功率通过检测电压电流两个环路实现,反馈改变输入口电压,操作相对比较麻烦；因为有两个环,环路稳定性要求较高.

对比文件2(公开号：US 7148749)，该专利也是实现PA输出功率的自动调整电路，PA的输出电压首先经过电容隔直后将交流信号送入到功率检测电路中，因为该专利用于RF中，输出阻抗是固定的，所以PA输出的电压幅度可以间接反映PA的输出功率。通过功率检测电路后的信号经过抗混叠滤波后，进入ADC中进行处理，将模拟信号转换成数字信号，并和一个参考信号进行比较，比较结果再转化成模拟信号来从控制发送端的增益和PA。这样环路稳定后，PA输出功率也被限制在一定范围内。该电路缺点是只能通过调节输出电压的幅度来调节输出功率，而无法根据时变的负载得到恒功率输出，很难应用于电力线载波时变的系统中，另外控制信号还需要转换成模拟信号，在模拟域控制发送VGA和PA，需要DAC电路和相应的滤波电路，电路相对复杂。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种PA限流电路，包括：PA电路模块、迟滞比较器模块以及数字逻辑电路模块；

所述PA电路模块的输出端与所述迟滞比较器连接，以通过所述迟滞比较器将所述PA电路模块的输出电流转化为输出电压并与参考电压进行比较；

所述数字逻辑电路模块分别连接所述迟滞比较器模块和所述PA电路模块，以根据所述迟滞比较器比较的结果对所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整。

上述的PA限流电路，其中，所述参考电压包括一个最大的门限值和一个最小的门限值；

若所述输出电压大于所述最大的门限值，则所述数字逻辑电路模块降低所述PA电路的功率晶体管的尺寸；

若所述输出电压小于所述最小的门限值，则所述数字逻辑电路模块增加所述PA电路的功率晶体管的尺寸；

若所述输出电压位于所述最小的门限值和所述最大的门限值之间，则不对所述PA电路的功率晶体管的尺寸进行调整。

上述的PA限流电路，其中，根据参考电流的门限值获取所述参考电压的所述最大的门限值和最小的门限值。

上述的PA限流电路，其中，所述参考电流的窗口门限大于对所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整的电流最大变化量。

上述的PA限流电路，其中，所述迟滞比较器模块包括第一电流检测模块、第二电流检测模块、第一比较器模块以及第二比较器模块；

其中，所述第一电流检测模块、第二电流检测模块的输入端均与所述PA电路模块连接，所述第一电流检测模块的输出端通过所述第一比较器模块与所述数字逻辑电路模块连接，所述第二电流检测模块的输出端通过所述第二比较器模块与所述数字逻辑电路模块连接。

上述的PA限流电路，其中，所述PA限流电路应用于PLC载波通信系统中。

上述的PA限流电路，其中，所述PA电路模块为所述PLC载波通信系统发送端的PA电路。

上述的PA限流电路，其中，所述数字逻辑电路模块对所述PA电路模块引入的功率晶体管的尺寸进行调整的步长以及所述参考电流的门限值均可编程。

上述的PA限流电路，其中，所述PA限流电路还包括一电阻；

所述电阻一端与电源端连接，另一端与所述PA电路模块的输出端连接。

上述的PA限流电路，其中，所述PA限流电路还包括一输入信号模块；

所述输入信号模块与所述PA电路模块的输入端连接。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

本发明公开了一种PA限流电路，通过迟滞比较器将PA电路模块工作的电流转化成电压的形式和一个参考电压进行比较，降低了对比较器以及基准电压精度的要求，极大地降低了设计复杂度并提高了系统可靠性。通过比较器输出状态，调节PA引入MOS管的尺寸，进而调整PA的工作电流，电路整体构成一个闭环系统，控制PA电流不超过限定值。通过控制PA引入MOS管的尺寸的控制，该方式简单可靠。一方面采用闭环控制相对比较简单，可以实现较高限流精度，通过反馈控制PA引入MOS管的尺寸，实现自动电流控制。同样在固定负载情况下，通过改变PA引入MOS管的尺寸，可以直接控制PA输出功率，该设计有较高的稳定性以及灵活性。此外该控制方式可以实现PA的开机短路保护。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明背景技术中对比文件1中ALC环路的结构示意图；

图2是本发明背景技术中对比文件2中PA输出功率的自动调整电路的结构示意图；

图3是本发明实施例中PA限流电路的示意图。

具体实施方式

本发明主要是针对电力线时变负载的特点，对PA输出的功率进行检测和控制，和现有的专利相比，对PA的功率控制更加精确和灵活。PLC系统本身时变负载的特点就决定了PA的输出功率的不确定性，当发送端PA的输出幅度固定在一个比较高的输出摆幅下，以尽可能提高发送功率。则在重载情况下，PA的线性度非常差，且PA的输出电流会达到PA的输出管所能承受的最大的电流，非常容易造成PA的损坏。而发送幅度小，则输出功率有限，影响通信效果。所以本发明的主要出发点是在重载和轻载时，都将PA的效用发挥到最大，使其以最大功率输出而又尽可能保持PA的线性。具体实现为根据时变的负载，通过检测PA的输出功率，采用闭环反馈调节系统，将PA的输出电流和一个确定的参考电流进行比较，从而使得PLC系统得到恒电流输出，当输出重载时，降低PA引入MOS管尺寸，保证PA的输出电流不超过设定电流；而在轻载时，增加PA引入MOS管尺寸，保证PA的输出电流不低于设定电流，保证功率输出。

此外，本发明主要应用在PLC载波通信发射端，由于PLC系统在实际环境中负载的不确定性，阻抗在不同时间点波动较大，若不对PA电流进行控制，PA的电流会有较大波动，但是实际工作情况下电表的供电电流都有一个范围，当负载较重的情况下会有电流较大的情况发生，进而导致电表工作状态异常。采用电流检测电路可以实时对电路的工作状态进行检测，及时发现系统中因短路以及过载等原因造成的电流故障，并做出相应的保护动作，提高系统的可靠性。由于设计PA电流较大，通过镜像PA电流的方式来进行检测会引入较大误差，因此采用了在电源端串联电阻的方式得到电压，将该电压值与设定的阈值电压进行比较，得出当前PA的电流状态。由于电阻会造成热损耗，降低PA的效率，因此电阻值要尽量取小，若要保证电流检测的精度，对比较器以及基准电压设计都提出了较高要求。

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

如图3所述，本实施例涉及一种PA限流电路，包括：输入信号模块300、PA电路模块301、迟滞比较器模块以及数字逻辑电路模块306、电阻R；

PA电路模块301的输入端与输入信号模块300连接，PA电路模块301的输出端通过电阻与电源端连接，同时PA电路模块301的输出端还与迟滞比较器连接，以通过迟滞比较器将PA电路模块的输出电流转化为输出电压并与参考电压进行比较；数字逻辑电路模块306分别连接迟滞比较器模块和PA电路模块301，以根据迟滞比较器比较的结果对PA电路模块301的功率晶体管的尺寸进行调整。

在本发明一个优选的实施例中，上述参考电压包括一个最大的门限值和一个最小的门限值；

若输出电压大于最大的门限值，则数字逻辑电路模块降低PA电路的功率晶体管的尺寸；

若输出电压小于最小的门限值，则数字逻辑电路模块增加PA电路的功率晶体管的尺寸；

若输出电压位于最小的门限值和最大的门限值之间，则不对PA电路的功率晶体管的尺寸进行调整。

在本发明一个优选的实施例中，根据参考电流的门限值获取参考电压的最大的门限值和最小的门限值。

在本发明一个优选的实施例中，参考电流的窗口门限大于对PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整的电流最大变化量。

具体的，迟滞比较器模块包括第一电流检测模块302、第二电流检测模块303、第一比较器模块304以及第二比较器模块305；其中，第一电流检测模块302、第二电流检测模块303的输入端均与PA电路模块301连接，第一电流检测模块302的输出端通过第一比较器模块304与数字逻辑电路模块306连接，第二电流检测模块303的输出端通过第二比较器模块305与数字逻辑电路模块306连接；第一电流检测模块302和第二电流检测模块303对应不同的参考电压，将PA电路模块301的主体电路电流以及参考电流转化为电压的形式，为了提高系统的稳定性，允许PA工作电流在一个窗口之内波动，窗口对应的就是参考电压的两个门限值，以及限流的精度；然后通过第一比较器模块304和第二比较器模块305将PA电路模块301的输出电流以及参考电流经过电流检测模块转化出的电压幅值进行比较。之后数字逻辑电路模块306根据第一比较器模块304和第二比较器模块305输出的不同，对PA电路模块301引入的功率晶体管的尺寸进行调整，最终控制PA电路模块301的输出电流。如果PA电路模块301的输出电流大于门限最大电流，则降低PA电路模块301中功率晶体管的尺寸；如果PA电流小于门限最小电流，则增加PA电路模块301中功率晶体管的尺寸；如果PA电流在门限内，则输出保持不变。

值得注意的是，数字逻辑电路模块306模块调整的时间快慢对系统整体的稳定性有着至关重要的作用，因为目前统计的都是平均电流值，当统计时间过快比较器会出现误判，因为此时统计的电流还没完全建立；当统计时间过慢，调整的速率过慢，起不到过流保护的作用。因此要根据系统的实际情况，合理选择数字模块的调整速率。

在本发明一个优选的实施例中，PA电路模块301为PLC载波通信系统发送端的PA电路。

在本发明一个优选的实施例中，数字逻辑电路模块306对PA电路模块301引入的功率晶体管的尺寸进行调整的步长以及参考电流的门限值以及PA环路的建立时间均可编程控制，以更好地保证系统的可靠性以及灵活性。

在本发明的实施例中，当开机时刻电路短路，控制PA电路模块301中所有的晶体管关断，可实现电路短路保护的功能。

综上，本发明的优点如下：

1)：本设计采用闭环控制相对比较简单，可以实现较高限流精度，通过反馈控制PA电路模块301引入MOS管的尺寸，实现自动电流控制。同样在固定负载情况下，通过改变PA电路模块301引入MOS管的尺寸，可以直接控制PA电路模块301的输出功率，该设计有较高的稳定性以及灵活性。

2)：该控制方式可以实现PA的开机短路保护。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种PA限流电路，其特征在于，包括：PA电路模块、迟滞比较器模块以及数字逻辑电路模块；

所述PA电路模块的输出端与所述迟滞比较器模块连接，以通过所述迟滞比较器模块将所述PA电路模块的输出电流转化为输出电压并与参考电压进行比较；

所述数字逻辑电路模块分别连接所述迟滞比较器模块和所述PA电路模块，以根据所述迟滞比较器模块比较的结果对所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整。

2.如权利要求1所述的PA限流电路，其特征在于，所述参考电压包括一个最大的门限值和一个最小的门限值；

若所述输出电压大于所述最大的门限值，则所述数字逻辑电路模块降低所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸；

若所述输出电压小于所述最小的门限值，则所述数字逻辑电路模块增加所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸；

若所述输出电压位于所述最小的门限值和所述最大的门限值之间，则不对所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整。

3.如权利要求2所述的PA限流电路，其特征在于，根据参考电流的门限值获取所述参考电压的所述最大的门限值和最小的门限值。

4.如权利要求3所述的PA限流电路，其特征在于，所述参考电流的窗口门限大于对所述PA电路模块的功率晶体管的尺寸进行调整的电流最大变化量。

5.如权利要求1所述的PA限流电路，其特征在于，所述迟滞比较器模块包括第一电流检测模块、第二电流检测模块、第一比较器模块以及第二比较器模块；

其中，所述第一电流检测模块、第二电流检测模块的输入端均与所述PA电路模块连接，所述第一电流检测模块的输出端通过所述第一比较器模块与所述数字逻辑电路模块连接，所述第二电流检测模块的输出端通过所述第二比较器模块与所述数字逻辑电路模块连接。

6.如权利要求1所述的PA限流电路，其特征在于，所述PA限流电路应用于PLC载波通信系统中。

7.如权利要求6所述的PA限流电路，其特征在于，所述PA电路模块为所述PLC载波通信系统发送端的PA电路。

8.如权利要求3所述的PA限流电路，其特征在于，所述数字逻辑电路模块对所述PA电路模块引入的功率晶体管的尺寸进行调整的步长以及所述参考电流的门限值均可编程。

9.如权利要求1所述的PA限流电路，其特征在于，所述PA限流电路还包括一电阻；

所述电阻一端与电源端连接，另一端与所述PA电路模块的输出端连接。

10.如权利要求1所述的PA限流电路，其特征在于，所述PA限流电路还包括一输入信号模块；

所述输入信号模块与所述PA电路模块的输入端连接。