CN107493083A - 一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路 - Google Patents

一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路 Download PDF

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Abstract

一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，包括：功率放大器主体电路(101)，包含输出级功率晶体管；功率检测电路(102)，其输入端与输出级功率晶体管的输入端相连；以及驻波保护电路(103)，其一端输出级功率晶体的输入端相连，另一端与功率检测电路(102)的输出端相连，驻波保护电路(103)用于在所述输出级功率晶体管临界击穿时开启，对功率放大器主体电路中的电压或电流进行分流。该放大器电路通过功率检测电路检测输出级功率晶体管输入端的功率，尽可能减小对功率放大器电路的影响，适用于各种射频功率放大器电路。

Description

一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路。
背景技术
通常对于功率放大器来说，除了输出功率、效率、线性度等指标外，还需要满足鲁棒性要求，例如，在负载失配条件下，功率放大器不会永久失效。在商用移动设备中，最严重的失配条件通常发生在两种情况下。一种情况，在电池和功率放大器之间没有用到电压调节器，将电池直接连接到功率放大器的供电端，缺点是每次给电池充电时，往往给电池过度充电。另一种情况，在功率放大器和天线之间没有隔离器。因此，当天线故障或者断开连接时引起的负载失配，将会给功率放大器带来影响。当集电极电压波形在失配条件下表现为非常高的峰值时，功率晶体管有时难以承受瞬时的电压过冲。当然，当功率放大器同时遭受过度充电和负载失配时，最坏的情况将会发生。
当因为失配导致较高的电压驻波比发生时，此时射频功率就反射回输出功率管的集电极。所引起的射频电压摆动能够超过晶体管集电极-基极击穿电压，引起集电极电流雪崩式增加，因而使基极-集电极结或基极-发射极结烧毁。
发明内容
针对失配导致的高电压驻波比对射频功率管的不利影响，本发明的目的在于提出一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路。
为实现上述目的，本发明提供一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，包括：
功率放大器主体电路，功率放大器主体电路包含输出级功率晶体管；
功率检测电路，其输入端与输出级功率晶体管的输入端相连；以及
驻波保护电路，其一端与输出级功率晶体管的输入端相连，另一端与功率检测电路的输出端相连，驻波保护电路用于在所述输出级功率晶体管临界击穿时开启，对功率放大器主体电路中的电压或电流进行分流。
优选的，所述驻波保护电路包括一场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极连接至所述功率检测电路的输出端，漏极连接所述输出级功率晶体管的输入端。
优选的，所述功率检测电路的输出端与场效应晶体管的栅极之间还连接一个二极管或多个串联的二极管。
优选的，所述功率检测电路还包括分压电阻，其一端连接场效应晶体管的栅极，另一端接地。
优选的，所述驻波保护电路中还包括箝位保护电路，箝位保护电路与所述场效应管的源极连接。
优选的，所述箝位保护电路包括双极型晶体管Q1、电阻R2和电阻R3，双极型晶体管Q1的基极与电阻R2和电阻R3的一端连接，双极型晶体管Q1的基极和电阻R3的另一端分别接地，双极型晶体管Q1的集电极和电阻R2的另一端连接至所述场效应晶体管的源极。
优选的，所述驻波保护电路还包括一滤波电容，其一端连接所述双极型晶体管Q1的基极，另一端接地。
优选的，所述功率检测电路(102)的输出端与场效应晶体管的栅极之间还连接有调节电阻R4。
通过上述技术方案，可以看出本发明的有益效果在于：
(1)在输出级功率晶体管的输入端应用功率检测器，可以有效地减少功率损失，将驻波保护电路也放置在功率放大器的输入端，也可以尽量减少对射频信号的能量损失；
(2)通过设计电阻R1的大小可以实现对场效应晶体管栅压的微调；
(3)通过设置串联的二极管，其与要保护的功率管的基极-发射极结的击穿电压相关，根据输出级功率管的基极-发射极结的击穿电压和基极-集电极结的击穿电压，得出击穿临界状态下对应的检测电压，设计串联的晶体管数目，使得此时二极管开启。
附图说明
图1为本发明提出的一种带有驻波自动保护功能的功率放大器电路原理框图；
图2为本发明一具体实施例的驻波自动保护功能电路结构；
图3为本发明另一具体实施例的驻波自动保护功能电路结构。
图中附图标记具有如下含义：
101 功率放大器主体电路；
102 功率检测电路；
103 驻波保护电路；
201 双极型晶体管Q1、202场效应晶体管M0、203电阻R2、204电阻R3、205电容C1、206电阻R1、207二极管D1、208二极管Dn；
301 双极型晶体管Q1、302场效应晶体管M0、303电阻R2、304电阻R3、305电容C1、306电阻R1、307二极管D1、308二极管Dn、309电阻R4。
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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。
根据本发明总体上的发明构思，提供一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于包括：
功率放大器主体电路，包含输出级功率晶体管；
功率检测电路，其输入端与输出级功率晶体管的输入端相连；以及
驻波保护电路，其一端输出级功率晶体的输入端相连，另一端与功率检测电路的输出端相连，驻波保护电路用于在所述输出级功率晶体管临界击穿时开启，对功率放大器主体电路中的电压或电流进行分流。
以下结合附图对各电路及其之间关系进行详细说明。
本如图1所示的电路结构框图，由功率放大器主体电路101、功率检测电路102、驻波保护电路103构成。其中功率检测电路的检测端与输出级功率晶体管的输入端以及驻波保护电路的一端相连，功率检测电路的另一端也即检测电压输出端与驻波保护电路相连。通过功率检测电路检测输出级功率晶体管输入端的功率，得出相应的检测电压，当检测到较大的信号电压，且该电压对应的功率晶体管的输入信号电压接近其击穿电压时，此时将启动驻波保护电路。
功率放大器主体电路101包括多级级联的功率放大器，如图1所示为一种两级级联电路，包含了驱动级功率放大器、输出级功率放大器电路、输入匹配电路、级间匹配电路、输出匹配电路。
功率检测电路102形式多样，此电路框图中只是引用功率检测电路的功能，图中未示出具体电路形式，可以为现有技术中常用的实现功率检测的任意电路。
在输出级功率放大管的输入端应用功率检测器，可以有效地减少功率损失。同理，将驻波保护电路也放置在功率放大器的输入端，也可以尽量减少对射频信号的能量损失。但是，由于驻波保护电路与功率放大器电路电气相连，因此将影响输出的射频信号波形甚至引起功率放大电路的射频性能恶化。为此，设计了一种驻波自动保护功能电路，只有当驻波较大且危及到功率晶体管安全时启动驻波保护电路。
如图2所示的本发明一具体实施例的驻波自动保护功能电路，具体连接方式为：该电路中包括201双极型晶体管Q1、202场效应晶体管M0、203电阻R2、204电阻R3、205电容C1、206电阻R1、207二极管D1、208二极管Dn。双极型晶体管Q1，其基极与电阻R2、电阻R3、电容C1的一端相连，双极型晶体管Q1的集电极与电阻R2的另一端以及场效应晶体管M0的源极相连，Q1的发射极接地。电阻R2跨接在双极型晶体管Q1的基极和集电极之间，其一端还与电阻R3、电容C1的一端相连、另一端还与场效应晶体管M0的源极相连。电阻R3的一端与电阻R2、电容C1、双极型晶体管Q1的基极相连，另一端接地。电容C1的一端与电阻R2、电阻R3的一端以及双极型晶体管Q1的基极相连，另一端接地。场效应晶体管M0的漏极与输出级功率放大器的输入端相连，其栅极与电阻R1的一端以及二极管Dn二极管的负极相连。D1～Dn串联，而且二极管D1的正极与功率检测电路的电压输出端相连。
由于驻波保护电路与功率放大器电路相连，部分射频信号将进入驻波保护电路，从而衰减射频信号并影响输出信号的波形，严重时会明显恶化射频性能，因此，本发明电路设计为自动开启模式，只有当临近危险发生时开启保护电路，从而尽可能减小对功率放大器电路的影响。简单来说，功率检测电路的输出电压通过二极管以及电阻分压后将电压施加在场效应晶体管M0的栅极，当功率检测电路的输出电压不足以使二极管导通时，驻波保护电路不工作，只有当功率检测电路的输出电压大到足够使得多个串联的二极管开启时，才会使驻波保护电路工作。
具体电路工作方式描述如下：
设定驻波保护电路的开启状态可根据输出级功率管的基极-发射极结或集电极-基极的击穿电压来确定，选择击穿电压较小的作为参考电压，借助仿真软件，得到临界击穿状态下对应的检测电压VPD，根据该检测电压设定所需的串联二极管的数目，使得临界击穿状态时，多个串联的二极管能够开启。由于串联的二极管与电阻R1分压，因此电阻R1分压的电压降将施加在场效应晶体管M0的栅极，从而使得场效应晶体管M0导通，与场效应晶体管M0串联的箝位保护电路能够工作，此时箝位保护电路将较大的电压或电流信号进行分流，使得功率晶体管受到保护。通过设计电阻R1的大小可以实现对场效应晶体管M0栅压的微调。
另一种驻波自动保护功能电路形式如图3所示，与图2不同之处仅在于加入多加入了一个电阻309，也即电阻R4。通过加入该电阻，可以进一步调整M0的栅压，从而调节流过驻波保护电路的电流的大小。图3中附图标记含义为：301双极型晶体管Q1、302场效应晶体管M0、303电阻R2、304电阻R3、305电容C1、306电阻R1、307二极管D1、308二极管Dn、309电阻R4，相应元件设置方式与图2中相同，在此不再赘述。
综上所述，通过本发明的上述实施例，实现了功率放大器在失配状态下的过压过流保护。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于包括：
功率放大器主体电路(101)，包含输出级功率晶体管；
功率检测电路(102)，其输入端与输出级功率晶体管的输入端相连；以及
驻波保护电路(103)，其一端与输出级功率晶体管的输入端相连，另一端与功率检测电路(102)的输出端相连，驻波保护电路(103)用于在所述输出级功率晶体管临界击穿时开启，对功率放大器主体电路中的电压或电流进行分流。
2.一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述驻波保护电路(103)包括一场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极连接至所述功率检测电路(102)的输出端，漏极连接所述输出级功率晶体管的输入端。
3.根据权利要求2所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述功率检测电路(102)的输出端与场效应晶体管的栅极之间还连接一个二极管或多个串联的二极管。
4.根据权利要求2所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述功率检测电路(102)还包括分压电阻R1，其一端连接场效应晶体管的栅极，另一端接地。
5.根据权利要求2所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述驻波保护电路(103)中还包括箝位保护电路，箝位保护电路与所述场效应管的源极连接。
6.根据权利要求5所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述箝位保护电路包括双极型晶体管Q1、电阻R2和电阻R3，双极型晶体管Q1的基极与电阻R2和电阻R3的一端连接，双极型晶体管Q1的基极和电阻R3的另一端分别接地，双极型晶体管Q1的集电极和电阻R2的另一端连接至所述场效应晶体管的源极。
7.根据权利要求6所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述驻波保护电路(103)还包括一滤波电容，其一端连接所述双极型晶体管Q1的基极，另一端接地。
8.根据权利要求2所述的带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路，其特征在于，所述功率检测电路(102)的输出端与场效应晶体管的栅极之间还连接有调节电阻R4。
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