CN107947742B - 一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，包括：DAC、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、电压比较器、使能信号输出模块和PMOS管控制电路；DAC包括第一电压输出端和第二电压输出端；第一反相比例运算电路第一端与第一电压输出端连接，第一反相比例运算电路第二端作为栅极电压输出端；第一反相比例运算电路第二端与电压比较器的负输入电压端中间连接有第二反相比例运算电路；电压比较器的正输入电压端与第二电压输出端连接；使能信号输出模块用于当电压比较器输出低电平时，向PMOS管控制电路输出使能信号。解决了现有技术中反相比例运算电路损坏或栅极电压不合适会导致耗尽型功率器件烧毁的技术问题。

Description

一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路。
背景技术
随着4G通信标准的商用，对功率放大器的设计要求越来越苛刻。在功率放大器中，常常用到耗尽型功率器件，耗尽型功率器件一般是场效应管，有三个极，分别成为栅极(Gate),源极(Source),和漏极(drain)，本质上它属于一种电压控制电流型器件(栅极电压控制漏极是否可以开启)，耗尽型功率器件的开启电压为负电压。常见的耗尽型功率器件有GaAs器件和GaN器件。
耗尽型功率器件在使用时，需要严格遵守先栅极后漏极的顺序，否则有可能永久损坏，所以需要时序保护电路去控制耗尽型功率器件栅极和漏极的上电顺序。
时序保护电路是指多个输出引脚输出有效信号时，按一定的先后顺序输出有效信号而不是同时输出有效信号的电路。
现有的时序保护电路如图1所示，利用计算机软件向数字转模拟转换器(Analogto Digital Converter，ADC)输入合适的控制指令，使DAC输出一个合适的电压(此电压为正电压)，然后此电压一分为二形成两路相同的电压，一路通过一个反相比例运算电路后，作为栅极电压提供给耗尽型功率器件的栅极。另一路通过反相电路产生控制信号1，控制或非门。而控制信号2由电流检测芯片输出，该输出取决于被控器件的漏极电流的大小是否超过电流检测芯片设置的安全值，在安全值范围内时，控制信号2输出低电平，否则输出高电平。
这两个控制信号共同控制一个或非门，产生一个使能信号，这个使能信号作为PMOS管控制电路的输入，控制PMOS管的开关，当且仅当控制信号1和控制信号2均为高电平时，PMOS管才可以导通，耗尽型功率器件从电源储获得合适的漏极电压。
然而，在图1所示的时序保护电路中，如果反相比例运算电路损坏，则导致栅极电压输出异常，通常输出的电压值为0，无法向耗尽型功率器件提供一个负电压，但是此时DAC输出依然正常，后续电路也工作正常，控制信号1和控制信号2依然为低电平，使能信号为高电平，PMOS管依然处于导通状态，这种情况下，耗尽型功率器件极容易因为栅极电压异常而导致过流烧毁。
其次，耗尽型功率器件中的GaAs器件，栅极电压可能在-0.6V左右，反相比例运算电路比例为1时，DAC输出电压很接近晶体管反向电路中晶体管的阈值电压(比如0.7V)时，栅极电压正常输出，但是晶体管反相电路会出现异常，导致控制信号1无输出，最终导致没有办法开启PMOS管。
发明内容
本发明提供了一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，解决了现有技术中反相比例运算电路损坏或栅极电压不合适会导致耗尽型功率器件烧毁的技术问题。
本发明提供了一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，包括：DAC、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、电压比较器、使能信号输出模块和PMOS管控制电路；
所述DAC包括第一电压输出端和第二电压输出端；
所述第一反相比例运算电路第一端与所述第一电压输出端连接，所述第一反相比例运算电路第二端作为栅极电压输出端；
所述第一反相比例运算电路第二端与所述电压比较器的负输入电压端中间连接有第二反相比例运算电路；
所述电压比较器的正输入电压端与所述第二电压输出端连接；
所述电压比较器的输出端通过所述使能信号输出模块与所述PMOS管控制电路连接；
所述使能信号输出模块用于当所述电压比较器输出低电平时，向所述PMOS管控制电路输出使能信号，使得所述PMOS管控制电路中的PMOS管导通并输出漏极电压。
优选地，
所述使能信号输出模块包括或门和电流检测芯片；
所述或门的第一输入端与所述电压比较器的输出端连接，输出端与所述PMOS管控制电路连接，用于向所述PMOS管控制电路输出使能信号；
所述电流检测芯片连接在所述PMOS管控制电路的漏极电压输出端和所述或门的第二输入端之间，用于检测所述漏极电压输出端的电流，并当所述漏极电压输出端的电流在预置的安全值范围内，向所述或门的第二输入端输入低电平。
优选地，
所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例相同。
优选地，
所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例均为1。
优选地，
所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例不同。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
控制DAC分别在第一电压输出端和第二电压输出端输出不同的两路电压，第一电压输出端输出的一路电压经第一反相比例运算电路后作为栅极电压输出，栅极电压再经第二反相比例运算电路流入电压比较器的负电压输入端，第二电压输出端输出的一路电压作为阈值电压流入电压比较器的正电压输入端，电压比较器将阈值电压与负电压输入端的电压比较，当阈值电压大于负电压输入端的电压时，电压比较器向使能信号输出模块输出低电平，使能信号输出模块向PMOS管控制电路输出使能信号，使得PMOS管控制电路中的PMOS管导通并输出漏极电压，完成耗尽型功率器件栅极和漏极的先后上电；
因为阈值电压的设置，当反相比例运算电路损坏时，栅极电压输出异常为0，阈值电压大于栅极电压，则电压比较器输出高电平，使能信号输出模块不能输出使能信号，PMOS管关断，所以漏极电压输出也为0，不会造成耗尽型功率器件的烧毁；
而且本发明省去了现有技术中的晶体管反向电路，所以不会因晶体管反相电路异常最终导致PMOS管不能导通，减少了模拟电路的不稳定性对整个控制电路性能的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的时序保护电路结构示意图；
图2本发明提供的一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的一个实施例的结构示意图；
图3本发明提供的一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，解决了现有技术中反相比例运算电路损坏或栅极电压不合适会导致耗尽型功率器件烧毁的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，本发明提供的一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的一个实施例的结构示意图。
本发明提供了一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的一个实施例，包括：DAC1、第一反相比例运算电路5、第二反相比例运算电路6、电压比较器2、使能信号输出模块9和PMOS管控制电路8。
DAC1包括第一电压输出端和第二电压输出端。
第二电压输出端输出的电压作为阈值电压。
第一反相比例运算电路5第一端与第一电压输出端连接，第一反相比例运算电路5第二端作为栅极电压输出端。
第一反相比例运算电路5第二端与电压比较器2的负输入电压端中间连接有第二反相比例运算电路6。
第一反相比例运算电路5的目的在于将第一电压输出端输出的正电压转化成负电压。
电压比较器2负输入电压端的电压作为控制电压。
因为电压比较器2一般是比较正电压，所以第二反相比例运算电路6的目的在于将负栅极电压转化成正电压。
电压比较器2的正输入电压端与第二电压输出端连接。
电压比较器2是将控制电压和阈值电压比较，当正输入电压端的阈值电压大于负电压输入端的控制电压时，电压比较器2输出端输出高电平，反之则输出低电平。
电压比较器2的输出端通过使能信号输出模块9与PMOS管控制电路8连接；
使能信号输出模块9用于当电压比较器2输出低电平时，向PMOS管控制电路8输出使能信号，使得PMOS管控制电路8中的PMOS管导通并输出漏极电压。
使能信号输出模块9的结构有多种，只要可以在电压比较器2输出低电平时向PMOS管控制电路8输出使能信号即可。
需要说明的是，耗尽型功率器件一般分两种，一种为GaAs器件，另一种是GaN器件。
GaAs管开启电压和GaN管的开启电压不一样，一般来说GaAs管开启电压设置到-0.6V，即使栅极电压是0V时接通漏极，漏极电流一般不会超过最大可承受电流；而GaN器件开启电压在-3V左右，因此假如不设置这个阈值电压，也就是阈值电压为0的情况，只要有负压输出，负电压输入端的电压就大于正输入电压的电压，电压比较器2输出低电平，使能信号模输出模块向PMOS管控制电路8输出使能信号，使得PMOS管导通，这对于GaN器件是非常危险的，所以不能当栅极电压输出为负电压时，就允许PMOS管导通。
因此，可以通过设置阈值电压的方法避免栅极电压输出为负电压时就允许PMOS管导通的情况，例如将阈值电压设置成2V。
设置阈值电压的方法在第二反相比例运算电路6的比例为1时，效果更佳明显，因此当第二反相比例运算电路6的比例为1时，控制电压与栅极电压是相等的。
在本实施例中，阈值电压的生成是通过DAC1输出的，实现了数字化控制，更加准确稳定。
可以理解的是，也可以调整第二反相比例运算电路6的比例值来实现阈值电压的不同值设定。
例如，在栅极电压确定为-2.5V，而阈值电压又只能设置成5V的情况下，可以将第二反相比例运算电路6的比例设置为2来达到电压比较器2正常输出低电平的目的。
在本实施例中，因为阈值电压的设置，当第一反相比例运算电路5或第二反相比例运算电路6损坏时，栅极电压输出异常为0，阈值电压大于栅极电压，则电压比较器2输出高电平，使能信号输出模块9不能输出使能信号，PMOS管关断，所以漏极电压输出也为0，不会造成耗尽型功率器件的烧毁。
而且本发明省去了现有技术中的晶体管反向电路，所以不会因晶体管反相电路异常最终导致PMOS管不能导通，减少了模拟电路的不稳定性对整个控制电路性能的影响。
请参阅图3，本发明提供的一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的另一个实施例的结构示意图。
在本发明提供的一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路的另一个实施例中，使能信号输出模块9可以包括或门3和电流检测芯片4。
或门3的第一输入端与电压比较器2的输出端连接，输出端与PMOS管控制电路8连接，用于向PMOS管控制电路8输出使能信号。
电流检测芯片4连接在PMOS管控制电路8的漏极电压输出端和或门3的第二输入端之间，用于检测漏极电压输出端的电流，并当漏极电压输出端的电流在预置的安全值范围内，向或门3的第二输入端输入低电平。
当或门3的第一输入端和或门3的第二输入端都为低电平时，或门3会输出低电平的使能信号使得PMOS管导通。
另外，第一反相比例运算电路5和第二反相比例运算电路6的比例可以相同，也可以不同。
例如，第一反相比例运算电路5和第二反相比例运算电路6的比例可以均为1。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，其特征在于，包括：DAC、第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、电压比较器、使能信号输出模块和PMOS管控制电路；
所述DAC包括第一电压输出端和第二电压输出端；
所述第一反相比例运算电路第一端与所述第一电压输出端连接，所述第一反相比例运算电路第二端作为栅极电压输出端；
所述第一反相比例运算电路第二端与所述电压比较器的负输入电压端中间连接有第二反相比例运算电路；
所述电压比较器的正输入电压端与所述第二电压输出端连接；
所述电压比较器的输出端通过所述使能信号输出模块与所述PMOS管控制电路连接；
所述使能信号输出模块用于当所述电压比较器输出低电平时，向所述PMOS管控制电路输出使能信号，使得所述PMOS管控制电路中的PMOS管导通并输出漏极电压。
2.根据权利要求1所述的用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，其特征在于，所述使能信号输出模块包括或门和电流检测芯片；
所述或门的第一输入端与所述电压比较器的输出端连接，输出端与所述PMOS管控制电路连接，用于向所述PMOS管控制电路输出使能信号；
所述电流检测芯片连接在所述PMOS管控制电路的漏极电压输出端和所述或门的第二输入端之间，用于检测所述漏极电压输出端的电流，并当所述漏极电压输出端的电流在预置的安全值范围内，向所述或门的第二输入端输入低电平。
3.根据权利要求1所述的用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，其特征在于，所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例相同。
4.根据权利要求3所述的用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，其特征在于，所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例均为1。
5.根据权利要求1所述的用于控制耗尽型功率器件的时序保护电路，其特征在于，所述第一反相比例运算电路和所述第二反相比例运算电路的比例不同。
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