CN107528553B - 一种GaN功放管偏置保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种GaN功放管偏置保护电路，包括GaN功放管，栅压稳压电路A、栅压调整电路B、电压跟随电路C、栅极漏级加电时序保护电路D，所述的栅压稳压电路包括稳压芯片U1，芯片U1接入+5V电源，芯片U1的REG脚端连接所述栅极漏级加电时序保护电路D的输入端，栅极漏级加电时序保护电路D的输出端连接GaN功放管漏极,芯片U1的OUT脚连接栅压调整电路B的输入端，芯片U1的OUT脚还连接电压跟随电路C的输入端，电压跟随电路C的输出端连接GaN功放管栅极，所述栅极漏级加电时序保护电路D还接系统漏级供电电源Vd_IN，可以很好的实现功放偏置上电时序保护和功放开关的快速切换以及功放增益可控的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路，更具体地，涉及一种GaN功放管偏置保护电路。
背景技术
射频功率放大器就是将发射机里的射频小功率信号，经过放大，输出足够大的射频功率到天线端。
射频功率放大器的研究进展与电子器件的发展息息相关的。第三代宽禁带半导体功率氮化镓（GaN）功放管依靠禁带宽度大、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、介电常数小以及抗辐射能力强等优点，特别适合应用于高频、高功率和高密度集成的射频功放，并可以在高温恶劣环境下工作。但是GaN功率管是一种相对比较昂贵，并且比较脆弱的器件，所以在设计功率放大器时必须考虑如何保护功率放大器，以避免静电、浪涌、过热过温、过压、过流、过载造成功放故障或者失效。
GaN 功放管是耗尽型器件，在栅极不加电压时就具有电子流动的区域，电流的大小随施加在栅极上的负电压的大小而变化。当栅压和漏压上电时序的不正常，就会造成GaN功放管的内部电流出现瞬时大电流，超过管子本身的极限值，造成功放管过流击穿失效。因此GaN 功放管的偏置控制保护电路的设计就特别重要。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种GaN功放管偏置保护电路，实现功放可变增益控制。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种GaN功放管偏置保护电路，包括GaN功放管、栅压稳压电路A、栅压调整电路B、电压跟随电路C、栅极漏级加电时序保护电路D，所述的栅压稳压电路包括稳压芯片U1，芯片U1接入+5V电源，芯片U1的REG脚端连接所述栅极漏级加电时序保护电路D的输入端，栅极漏级加电时序保护电路D的输出端连接GaN功放管漏极,芯片U1的OUT脚连接栅压调整电路B的输入端，芯片U1的OUT脚还连接电压跟随电路C的输入端，电压跟随电路C的输出端连接GaN功放管栅极，所述栅极漏级加电时序保护电路D还接系统漏级供电电源Vd_IN。从而解决功放的低时延快速切换以及增益可调整。
进一步地，所述的栅压稳压电路A还包括电容C4、电容C5和电阻R7，芯片U1的OUT脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，U1的OUT脚还接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电容C5的一端和栅压调整电路B的输入端， 电容C5另一端接地，电容C4、电容C5、电阻R7共同作用下能够进行滤波。保证了栅极供电的纯净，避免功放引入不相干的杂散。
进一步地，所述的栅压稳压电路A还包括电容C3，电容C3一段接地，电容C3另一端接芯片U1的RADJ脚，电容C3的另一端还连接芯片U1的ADJ脚。使得滤波效果更好。
进一步地，所述的栅压稳压电路A还包括电容C1、C2，电容C1的一端连接芯片U1的C1+脚，电容C1的另一端连接芯片U1的C1-脚，电容C2的一端连接芯片U1的C2+脚，电容C2的另一端连接芯片U2的C2-脚。
进一步地，所述的栅压调整电路B包括发光二极管V1、电阻R8、R9、R11、R12，可控电位器R10，所述发光二极管V1一端接地，另一端通过R9连接栅压稳压电路A的输出端，R12一端接地，另一端通过可控电位器R1和电阻R8栅压稳压电路A的输出端，可控电位器R10的滑动端通过电阻R11连接电压跟随电路C，所述发光二极管V1进行负压输出指示，存在负压时V1点亮，若无负压V1不亮,所述可控电位器R10对电压进行细调，R8、R12对分压进行初步粗调。从而实现功放可变增益控制。
进一步地，所述的电压跟随电路包括运放U2、电阻R13、热敏电阻R14，所述栅压稳压电路A的输出端连接运放U2的电源端，所述的栅压调整电路B连接运放U2的正输入端，运放U2的负输入端通过一电阻后接地，运放U2的负输入端还通过电阻R13和热敏电阻R14后连接功放栅极。运放U2接地端接地，运放U2输出端接功放栅极，功放发热时，热敏电阻阻值发生变化，栅压也随着变化。
进一步地，所述的栅极漏级加电时序保护电路包括三极管Q3、Q2、Q1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，所述三极管Q3的基极通过R6连接芯片U1的REG脚，三极管Q3的集电极通过电阻R2连接+5V电源，同时三极管Q3的集电极通过R5连接三极管Q2的基极，Q3的发射极接地，Q2的集电极连接R4的一端，Q2的发射极接地，R4另一端通过R1接系统漏级供电电源Vd_IN，R4的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接系统漏级供电电源Vd_IN，三极管Q1的集电极接功放漏极，R3的一端连接+5V电源，R3的另一端接芯片U1通过REG脚, R3的另一端还接R6的一端，所述芯片U1通过REG脚给出栅极负压加电是否正常信号，该管脚输出信号通过三极管Q3、Q2、Q1对功放漏级电压进行控制，栅极负电压正常时，U1的REG脚给出低电平，则Q3关闭；与R6相连Q2的管脚为高电平，从而Q2导通；Q2导通使得与R4相连的Q1脚为低电平，Q1导通，Vd为功放漏级供电，反之，REG给出高电平，则导致Q3导通，Q2、Q1关闭，从而Vd无供电输出，功放漏级无电源提供。从而很好的实现功放偏置上电时序保护和功放开关的快速切换。
进一步地，所述的R2、R3、R5、R6分别设为1kΩ，R4为4.7 kΩ，R3为3 kΩ。
与现有技术相比，有益效果是：可以很好的实现功放偏置上电时序保护和功放开关的快速切换以及功放增益可控的问题。
附图说明
图1是本发明整体电路结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1所示，电路中+5V为系统+5V供电电源，Vd_IN 为系统漏级供电电源，Vg接入功放栅极，Vd接入功放漏级。
栅压稳压电路A为栅极正负电压转换部分，采用稳压芯片U1将输入的+5V电压转换为负压，并通过C3、C4、R7、C5进行滤波，使得负压电源纹波小于2mV，保证了栅极供电的纯净，避免功放引入不相干的杂散，其中C3、C4、R7对纹波影响明显。
栅压调整电路B为负压指示及电压调整部分，发光二极管V1进行负压输出指示，存在负压时V1点亮，若无负压，V1不亮。使用分压电阻和可控电位器对输出电压进行调整。其中R8、R12对分压进行初步粗调，可控电位器R10对电压进行细调。在功放实际工作中，功放增益控制主要由R10决定。
电压跟随电路C为电压跟随部分，由于GaN功放管饱和时栅极电流变化较大，利用运放设计一个射随器，从而保证整个栅压供电电路具有很小的输出阻抗，防止由于电流变化造成电压波动，从而给功放管提供稳定的栅压，保证功放管的增益波动小和功放管的静态偏置稳定。随着功放管工作，功放发热，热敏电阻R14的阻值发生变化，使栅压也随着变化，这就形成了功放增益的温度补偿，保证功放工作过程中增益的波动较小。
栅极漏级加电时序保护电路D，由于GaN功放管为耗尽型器件，使用时必须先加栅极负电压再加漏级正电压，此部分电路可以有效的防止加电时序错误对GaN功放管造成击穿损坏。负压芯片通过REG脚给出栅极负压加电是否正常信号（负压输出不正常时，该管脚为高电平；负压输出正常时，该管脚为低电平），该管脚输出信号通过三极管Q3、Q2、Q1对功放漏级电压进行控制。例如栅极负电压正常，U1的REG脚给出低电平，则Q3关闭；与R6相连Q2的管脚为高电平，从而Q2导通；Q2导通使得与R4相连的Q1脚为低电平，Q1导通，Vd为功放漏级供电。反之，REG给出高电平，则导致Q3导通，Q2、Q1关闭，从而Vd无供电输出，功放漏级无电源提供。这里面Q1、Q2可以是NPN三极管或者是N沟道的MOSFET，Q3为P沟道的MOSFET，Q3的导通电阻一定要选择较小的，就可以保证漏电压在MOSFET上有较小压降，从而降低Q3的热耗散，增强电路的可靠性。另外选择合适的R1、R2、R4、R5、R6可以减小时序保护电路的时延，R2、R3、R5、R6设为1kΩ，R4为4.7 kΩ，R3为3 kΩ，电路的时延不超过2μs，从而可以保证功放的高速跳频切换。另外本电路中也可以将R3、R6与U1的OUT脚相连，即OUT负压输出脚也可以作为负压输出正常与否的信号（负压输出不正常时，该管脚为不定态；负压输出正常时，该管脚为负压）。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种GaN功放管偏置保护电路，包括GaN功放管，其特征在于：还包括栅压稳压电路A、栅压调整电路B、电压跟随电路C、栅极漏级加电时序保护电路D，所述的栅压稳压电路包括稳压芯片U1，芯片U1接入+5V电源，芯片U1的REG脚端连接所述栅极漏级加电时序保护电路D的输入端，栅极漏级加电时序保护电路D的输出端连接GaN功放管漏极，芯片U1的OUT脚连接栅压调整电路B的输入端，芯片U1的OUT脚还连接电压跟随电路C的输入端，电压跟随电路C的输出端连接GaN功放管栅极，所述栅极漏级加电时序保护电路D还接系统漏级供电电源Vd_IN；
所述的栅极漏级加电时序保护电路包括三极管Q3、Q2、Q1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，所述三极管Q3的基极通过R6连接芯片U1的REG脚，三极管Q3的集电极通过电阻R2连接+5V电源，同时三极管Q3的集电极通过R5连接三极管Q2的基极，Q3的发射极接地，Q2的集电极连接R4的一端，Q2的发射极接地，R4另一端通过R1接系统漏级供电电源Vd_IN，R4的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接系统漏级供电电源Vd_IN，三极管Q1的集电极接功放漏极，R3的一端连接+5V电源，R3的另一端接芯片U1通过REG脚,R3的另一端还接R6的一端，所述芯片U1通过REG脚给出栅极负压加电是否正常信号，该REG脚输出信号通过三极管Q3、Q2、Q1对功放漏级电压进行控制，栅极负电压正常时，U1的REG脚给出低电平，则Q3关闭；与R6相连Q2的管脚为高电平，从而Q2导通；Q2导通使得与R4相连的Q1脚为低电平，Q1导通，Vd为功放漏级供电，反之，REG给出高电平，则导致Q3导通，Q2、Q1关闭，从而Vd无供电输出，功放漏级无电源提供；
所述的三极管Q2、三极管Q3均采用NPN三极管，所述的GaN功放管采用P沟道的MOSFET，所述的三极管Q1采用NPN三极管或N沟道的MOSFET。
2.根据权利要求1所述的一种GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的栅压稳压电路A还包括电容C4、电容C5和电阻R7，芯片U1的OUT脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，U1的OUT脚还接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电容C5的一端和栅压调整电路B的输入端，电容C5另一端接地，电容C4、电容C5、电阻R7共同作用下能够进行滤波。
3.根据权利要求1所述的一种GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的栅压稳压电路A还包括电容C3，电容C3一段接地，电容C3另一端接芯片U1的RADJ脚，电容C3的另一端还连接芯片U1的ADJ脚。
4.根据权利要求1所述的一种GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的栅压稳压电路A还包括电容C1、C2，电容C1的一端连接芯片U1的C1+脚，电容C1的另一端连接芯片U1的C1-脚，电容C2的一端连接芯片U1的C2+脚，电容C2的另一端连接芯片U2的C2-脚。
5.根据权利要求1所述的一种GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的栅压调整电路B包括发光二极管V1、电阻R8、R9、R11、R12，可控电位器R10，所述发光二极管V1一端接地，另一端通过R9连接栅压稳压电路A的输出端，R12一端接地，另一端通过可控电位器R1和电阻R8栅压稳压电路A的输出端，可控电位器R10的滑动端通过电阻R11连接电压跟随电路C，所述发光二极管V1进行负压输出指示，存在负压时V1点亮，若无负压V1不亮,所述可控电位器R10对电压进行细调，R8、R12对分压进行初步粗调。
6.根据权利要求1所述的一种GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的电压跟随电路包括运放U2、电阻R13、热敏电阻R14，所述栅压稳压电路A的输出端连接运放U2的电源端，所述的栅压调整电路B连接运放U2的正输入端，运放U2的负输入端通过一电阻后接地，运放U2的负输入端还通过电阻R13和热敏电阻R14后连接功放栅极，运放U2接地端接地，运放U2输出端接功放栅极，功放发热时，热敏电阻阻值发生变化，栅压也随着变化。
7.根据权利要求6所述的GaN功放管偏置保护电路，其特征在于：所述的R2、R3、R5、R6分别设为1kΩ，R4为4.7kΩ，R3为3kΩ。
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