CN109525204A - 一种mosfet控制的多段线性功率放大供电电路 - Google Patents

一种mosfet控制的多段线性功率放大供电电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于开关电源领域，具体涉及一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，包括：输出信号检测电路，用来检测输出电压；驱动电路，其与所述输出信号检测电路电连接；开关电路，其输入端与所述驱动电路连接，所述开关电路的输出端与放大器电连接；其中，根据输出电压的大小，所述开关电路分段给所述放大器供电。本发明根据信号的大小分段供电，供电切换采用MOSFET开关控制，极大地提高了功率放大器的效率，减少了发热。

Description

一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路
技术领域
本发明属于开关电源领域，具体涉及一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路。
背景技术
采用传统的单电压供电对于线性功率放大器而言，为了输出不失真的功率信号，必须采用比输出信号更高的供电电压。这种应用场合往往输入信号是变化的，因而输出信号也是变化的，为了在输入大信号时输出信号不失真，放大器的供电电压往往采用比较高的电压。这样在输入信号比较小时效率就很低，功率管发热严重。
为了解决这个问题，本发明采用了一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，实现了根据信号的大小来分段供电。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，极大地提高了功率放大器的效率，减少了发热。
本发明还有一个目的是提供一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，解决了传统线性功率放大器在输入信号比较小时，效率低且功率管损耗高发热大的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，包括：
输出信号检测电路，用来检测输出电压；
驱动电路，其与所述输出信号检测电路电连接；
开关电路，其输入端与所述驱动电路连接，所述开关电路的输出端与放大器电连接；
其中，根据输出电压的大小，所述开关电路分段给所述放大器供电。优选的是，所述开关电路包括至少一个开关单元，所述开关单元包括第一电压模块、第二电压模块、第一隔离二极管、第二隔离二极管及第一MOSFET开关，所述第一电压模块与所述第二电压模块串联，所述第一电压模块的输出端与所述第一隔离二极管连接，所述第二电压模块的输出端与所述第二隔离二极管的输入端连接，所述第一隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的源级连接，所述第二隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第一MOSFET开关的栅极与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关控制所述第一电压模块和所述第二电压模块中的一个或者两个为所述放大器供电。
优选的是，所述开关电路包括至少一个开关单元，所述开关单元包括第一电压模块、第二电压模块、第三电压模块、第一隔离二极管、第二隔离二极管、第一MOSFET开关及第二MOSFET开关，所述第一电压模块、所述第二电压模块与所述第三电压模块串联，所述第一电压模块的输出端与所述第一隔离二极管连接，所述第二电压模块的输出端与所述第二隔离二极管的输入端连接，所述第一隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的源级连接，所述第二隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第二MOSFET开关的源级与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第三电压模块的输出端与所述第二MOSFET开关的漏极连接，所述第一MOSFET开关和所述第二MOSFET开关的栅极均与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关和所述第二MOSFET开关控制所述第一电压模块、所述第二电压模块及所述第三电压模块中的一个、两个或者三个为所述放大器供电。
优选的是，所述输出电压包括第一输出电压和第二输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2；
其中，输出电压为第一输出电压时，所述第一MOSFET开关关闭；输出电压为第二输出电压时，所述第一MOSFET开关导通。
优选的是，所述输出电压包括所述输出电压包括第一输出电压、第二输出电压及第三输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2，所述第三输出电压的范围为大于VREF2；
其中，输出电压为第一输出电压时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关关闭；输出电压为第二输出电压时，所述第一MOSFET开关导通，所述第二开关关闭；输出电压为第三输出电压时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关同时导通。
优选的是，所述第一电压模块和所述第二电压模块为电池。
优选的是，所述第三电压模块为电池。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明提供的一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其根据信号的大小分段供电，供电切换采用MOSFET开关控制，极大地提高了功率放大器的效率，减少了发热。
2、本发明提供的一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其结构简单，成本低，有市场竞争力，便于推广。
3、本发明提供的一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其采用的MOSFET在导通时，具有极低的内阻，开关速度快。
附图说明
图1是本发明所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路的一个实施例的电路工作原理图；
图2是本发明所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路的另一个实施例的电路工作原理图；
其中，BT1为第一电压模块，BT2为第二电压模块，BT3为第三电压模块，D1为第一隔离二极管，D2为第二隔离二极管，Q1为第一MOSFET开关，Q2为第二MOSFET开关，LV为低电压，MV为中电压，HV为高电压，VREF1和VREF2为参考电压，R3、R4、R5、R6为电阻，Q5、Q8、Q7、Q10为三极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。
本发明中的三段第一电压模块BT1的供电电压为LV，第二电压模块BT2的供电电压为MV，第三电压模块BT3的供电电压为HV。
本发明提供了一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，包括：
输出信号检测电路，用来检测输出电压；
驱动电路，其与所述输出信号检测电路电连接；
开关电路，其输入端与所述驱动电路连接，所述开关电路的输出端与放大器电连接；
其中，根据输出电压的大小，所述开关电路分段给所述放大器供电。
上述方案实现了根据不同输入信号大小，来选择不同的电压分段来对放大器供电，极大地提高了功率放大器的效率，减少了发热。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述开关电路包括至少一个开关单元，多个开关单元组合在一起组成开关电路，所述开关单元包括第一电压模块BT1、第二电压模块BT2、第一隔离二极管D1、第二隔离二极管D2及第一MOSFET开关Q1，所述第一电压模块BT1与所述第二电压模块BT2串联，所述第一电压模块BT1的输出端与所述第一隔离二极管D1连接，所述第二电压模块BT1的输出端与所述第二隔离二极管D2的输入端连接，所述第一隔离二极管D1的输出端与所述第一MOSFET开关Q1的源级连接，所述第二隔离二极管D2的输出端与所述第一MOSFET开关Q1的漏极连接，所述第一MOSFET开关Q1的栅极与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关Q1控制所述第一电压模块BT1和所述第二电压模块BT2中的一个或者两个为所述放大器供电。
上述实施例中的所述开关单元采用两段电压切换，来给所述放大器供电。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述开关电路包括至少一个开关单元，所述开关单元包括第一电压模块BT1、第二电压模块BT2、第三电压模块BT3、第一隔离二极管D1、第二隔离二极管D2、第一MOSFET开关Q1及第二MOSFET开关Q2，所述第一电压模块BT1、所述第二电压模块BT2与所述第三电压模块BT3串联，所述第一电压模块BT1的输出端与所述第一隔离二极管D1连接，所述第二电压模块BT2的输出端与所述第二隔离二极管D2的输入端连接，所述第一隔离二极管D1的输出端与所述第一MOSFET开关Q1的源级连接，所述第二隔离二极管D2的输出端与所述第一MOSFET开关Q1的漏极连接，所述第二MOSFET开关Q2的源级与所述第一MOSFET开关Q1的漏极连接，所述第三电压模块BT3的输出端与所述第二MOSFET开关Q2的漏极连接，所述第一MOSFET开关Q1和所述第二MOSFET开关Q2的栅极均与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关Q1和所述第二MOSFET开关Q2控制所述第一电压模块BT1、所述第二电压模块BT2及所述第三电压模块BT3中的一个、两个或者三个为所述放大器供电。
上述实施例中的所述开关单元采用三段电压切换，来给所述放大器供电。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述输出电压包括第一输出电压和第二输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2，其中，VREF2大于VREF1，即所述第二输出电压大于所述第一输出电压。
其中，输出电压为第一输出电压时，即需要低电压的时候，所述第一MOSFET开关不导通，所述第一电压模块BT1通过所述第一隔离二极管D1给所述放大器供电，其供电电压VO＝LV，见图1所示；输出电压为第二输出电压时，即中等电压值的时候，所述第一MOSFET开关Q1导通，所述第二电压模块BT2和所述第一电压模块BT1串联通过所述第二隔离二极管D2给所述放大器供电，其供电电压VO＝MV，如图1所示，所述第一隔离二极管D1由于反偏而截止。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述输出电压包括所述输出电压包括第一输出电压、第二输出电压及第三输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2，所述第三输出电压的范围大于VREF2；所述第三输出电压大于所述第二输出电压和所述第一输出电压；
其中，输出电压为第一输出电压时，即需要低电压输出时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关不导通，放大器供电由所述第一电压模块BT1通过所述第一隔离二极管D1给所述放大器供电，其供电电压VO＝LV，见图2所示；输出电压为第二输出电压时，即需要中等电压输出时，所述第一MOSFET开关导通，所述第二开关关闭，所述第二电压模块BT2和所述第一电压模块BT1串联通过所述第二隔离二极管D2给所述放大器供电，其供电电压VO＝MV，如图2所示，所述第一隔离二极管D1由于反偏而截止；输出电压为第三输出电压时，即需要高电压输出时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关同时导通，放大器供电由第一电压模块BT1、第二电压模块BT2、第三电压模块BT3串联通过第一隔离二极管Q1、第二隔离二极管Q2给放大器供电，其供电电压VO＝HV，见图2所示，D1、D2由于反偏而截止。
其中，VREF1和VREF2表示参考电压，输出电压的大小值范围，可以根据实际放大器的需要，进行具体值的设定。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述第一电压模块、所述第二电压模块及所述第三电压模块为电池或者其他电源。
在上述情况的基础上，又一个实施例，当所述开关单元采用两段供电时，所述驱动电路(如图1所示)包括两个三极管Q5和Q8，两个三极管并联起来，和两个电阻R3和R4串连起来，其中电阻R4的输出端与所述第一MOSFET开关的栅极连接，电阻R3的输入端与所述输出信号检测电路连接；
当所述开关单元采用三段供电时，所述驱动电路(如图2所示)包括四个三极管Q5、Q8、Q7和Q10，两个三极管Q5和Q8并联起来，和两个电阻R3和R4串连起来，其中电阻R4的输出端与所述第一MOSFET开关的栅极连接，电阻R3的输入端与所述输出信号检测电路连接，两个三极管Q7和Q10并联起来，和电阻R5和R6串联起来，其中R6的输出端与所述第二MOSFET开关的栅极连接，电阻R5的输入端与所述输出信号检测电路连接。
所述驱动电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。其提高了系统可靠性和提高了变换效率，减小了开关器件应力。
输出信号检测电路用来检测输出信号的电压的大小，其和驱动电路连接，其中VREF1和VREF1代表参考电压。
本发明中使用的MOSFET开关，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，主要优点：热稳定性好、安全工作区大，其在导通时具有极低的内阻，开关速度快，提高了功率放大器的效率。
本发明应用于线性功率放大供电，包含并不限于音频功率放大器，射频功率放大器，线性电源等。
显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，包括：
输出信号检测电路，用来检测输出电压；
驱动电路，其与所述输出信号检测电路电连接；
开关电路，其输入端与所述驱动电路连接，所述开关电路的输出端与放大器电连接；
其中，根据输出电压的大小，所述开关电路分段给所述放大器供电。
2.如权利要求1所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述开关电路包括至少一个开关单元，所述开关单元包括第一电压模块、第二电压模块、第一隔离二极管、第二隔离二极管及第一MOSFET开关，所述第一电压模块与所述第二电压模块串联，所述第一电压模块的输出端与所述第一隔离二极管连接，所述第二电压模块的输出端与所述第二隔离二极管的输入端连接，所述第一隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的源级连接，所述第二隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第一MOSFET开关的栅极与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关控制所述第一电压模块和所述第二电压模块中的一个或者两个为所述放大器供电。
3.如权利要求2所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述开关电路包括至少一个开关单元，所述开关单元包括第一电压模块、第二电压模块、第三电压模块、第一隔离二极管、第二隔离二极管、第一MOSFET开关及第二MOSFET开关，所述第一电压模块、所述第二电压模块与所述第三电压模块串联，所述第一电压模块的输出端与所述第一隔离二极管连接，所述第二电压模块的输出端与所述第二隔离二极管的输入端连接，所述第一隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的源级连接，所述第二隔离二极管的输出端与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第二MOSFET开关的源级与所述第一MOSFET开关的漏极连接，所述第三电压模块的输出端与所述第二MOSFET开关的漏极连接，所述第一MOSFET开关和所述第二MOSFET开关的栅极均与所述驱动电路连接；
其中，根据输出电压的大小，所述第一MOSFET开关和所述第二MOSFET开关控制所述第一电压模块、所述第二电压模块及所述第三电压模块中的一个、两个或者三个为所述放大器供电。
4.如权利要求2所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述输出电压包括第一输出电压和第二输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2；
其中，输出电压为第一输出电压时，所述第一MOSFET开关关闭；输出电压为第二输出电压时，所述第一MOSFET开关导通。
5.如权利要求3所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述输出电压包括所述输出电压包括第一输出电压、第二输出电压及第三输出电压，所述第一输出电压的范围0-VREF1，所述第二输出电压的范围为VREF1-VREF2，所述第三输出电压大于VREF2；
其中，输出电压为第一输出电压时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关关闭；输出电压为第二输出电压时，所述第一MOSFET开关导通，所述第二开关关闭；输出电压为第三输出电压时，所述第一MOSFET开关和所述第二开关同时导通。
6.如权利要求2所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述第一电压模块和所述第二电压模块为电池。
7.如权利要求3所述的MOSFET控制的多段线性功率放大供电电路，其特征在于，所述第三电压模块为电池。
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