CN109792392B - 保护电路 - Google Patents

Abstract

一种保护电路，包括输入电源(1)、储能电容(C)、供电输出电路(2)、掉电检测电路(3)以及处理器(4)；输入电源(1)与储能电容(C)相连，储能电容(C)连接供电输出电路(2)，输入电源(1)用于对储能电容(C)充电并对供电输出电路(2)供电，储能电容(C)用于在输入电源(1)掉电后对供电输出电路(2)供电，供电输出电路(2)输出的电压分别输入至功率放大器(100)的基极和漏极；掉电检测电路(3)连接输入电源(1)，并在检测到输入电源(1)掉电后，将掉电信息发送至处理器(4)，由处理器(4)输出控制功率放大器(100)的基极输入电压小于或者等于零的信号至供电电路后，再输出控制功率放大器(100)的漏极输入电压为零的信号至供电输出电路(2)，以保护功率放大器(100)在掉电后不受损坏。

Description

保护电路

技术领域

本发明涉及掉电保护领域，尤其涉及一种保护电路。

背景技术

PA是Power Amplifier的简称，中文名称为功率放大器，简称“功放”，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。利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

目前，功率放大器的应用越来越广泛，而功率放大器对掉电时序较为敏感。例如，GaN(氮化镓)功率放大器，其应用越来越成熟，GaN功率放大器在掉电时，需要将其基极维持在负压后，漏极(gate)再下电关闭，才能保证GaN功率放大器不受损坏。但是，如果GaN功率放大器的基极和漏极同时下电，GaN功率放大器受损的可能性则会大大增加。

发明内容

本发明提供一种保护电路。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种保护电路，用于保护功率放大器，包括输入电源、储能电容、供电输出电路、掉电检测电路以及处理器；

所述输入电源与所述储能电容相连，所述储能电容连接所述供电输出电路，所述输入电源用于对所述储能电容充电并对所述供电输出电路供电，所述储能电容用于在所述输入电源掉电后对所述供电输出电路供电，所述供电输出电路输出的电压分别输入至所述功率放大器的基极和漏极；

所述掉电检测电路连接所述输入电源，并在检测到所述输入电源掉电后，将掉电信息发送至所述处理器，由所述处理器输出控制所述功率放大器的基极输入电压小于或者等于零的信号至所述供电电路后，再输出控制所述功率放大器的漏极输入电压为零的信号至所述供电输出电路。

可选地，所述输入电源包括两路，其中一路的输出电压大于另一路的输出电压；

两路输入电源的输出端分别经各自的防反接和倒灌电路连接所述储能电容。

可选地，还包括防浪涌电路，所述防浪涌电路的输入端连接所述防反接和倒灌电路的输出端，且防浪涌电路的输出端连接所述储能电容。

可选地，所述两路输入电源中的一路包括电池，另一路包括适配器，所述适配器输出的电压大于所述电池输出的电压。

可选地，所述掉电检测电路包括分压电路和比较器，所述输入电源的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述处理器的输入端。

可选地，所述比较器的输出端还连接滤波电路。

可选地，所述滤波电路为RC滤波电路。

可选地，还包括线性电源，所述线性电源的输入端连接所述储能电容，所述线性电源的输出端连接所述比较器的供电端。

可选地，所述储能电容为铝电解电容。

可选地，所述供电输出电路为BUCK-BOOST电路。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明的输入电源在正常工作时对功率放大器供电，并对储能电容充电，从而使得输入电源掉电(正常掉电或者异常掉电)后，可由储能电容对功率放大器供电，使得处理器有足够的时间处理功率放大器的掉电时序(先控制功率放大器的基极输入电压为负压或者零，功率放大器的漏极再下电)，以保证功率放大器不受损。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1是本发明实施例示出的一种保护电路的结构示意图；

图2是本发明实施例示出的另一种保护电路的结构示意图；

图3是本发明实施例示出的又一种保护电路的结构示意图；

图4是本发明实施例示出的一种无人机干扰抢的结构示意图。

附图标记：

100：功率放大器；200：保护电路；C：储能电容；

1：输入电源；11：电池；12：适配器；

2：供电输出电路；

3：掉电检测电路；31：分压电路；32：比较器；

4：处理器；

5：防反接和倒灌电路；

6：防浪涌电路。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本发明的保护电路200进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

图1所示，本发明实施例提出的一种保护电路200的结构示意图，该保护电路200用于保护功率放大器100，例如，GaN功率放大器100。

参见图1，所述保护电路200包括输入电源1、储能电容C、供电输出电路2、掉电检测电路3以及处理器4。所述输入电源1与所述储能电容C相连，所述储能电容C连接所述供电输出电路2，所述输入电源1用于对所述储能电容C充电并对所述供电输出电路2供电，所述储能电容C用于在所述输入电源1掉电后对所述供电输出电路2供电，所述供电输出电路2输出的电压分别输入至所述功率放大器100的基极和漏极。

所述掉电检测电路3连接所述输入电源1，并在检测到所述输入电源1掉电后，将掉电信息发送至所述处理器4，由所述处理器4输出控制所述功率放大器100的基极输入电压小于或者等于零的信号至所述供电电路后，再输出控制所述功率放大器100的漏极输入电压为零的信号至所述供电输出电路2。

本实施例的输入电源1在正常工作时对功率放大器100供电，并对储能电容C充电，从而使得输入电源1掉电(正常掉电或者异常掉电)后，可由储能电容C对功率放大器100供电，使得处理器4有足够的时间处理功率放大器100的掉电时序(先控制功率放大器100的基极输入电压为负压或者零，功率放大器100的漏极再下电)，以保证功率放大器100不受损。需要说明的是，本发明中，输入电源1掉电可包括正常掉电，如用户正常关机，输入电源1掉电还可包括异常掉电。

又参见图1，所述输入电源1与所述储能电容C并联连接，所述储能电容C的两端分别连接所述供电输出电路2的两输入端，所述供电输出电路2输出的电压分别输入至所述功率放大器100的基极和漏极。

所述掉电检测电路3的输入端连接所述输入电源1的输出端，所述掉电检测电路3的输出端连接所述处理器4的输入端，所述处理器4的输出端连接所述供电输出电路2的使能端。

其中，所述掉电检测电路3检测到输入电源1掉电后，所述储能电容C两端的电压输入至所述供电输出电路2的输入端，所述处理器4输出使得所述供电输出电路2输入至所述基极的电压小于或者等于零的信号至所述供电电路的使能端后，再输出使得所述供电输出电路2输入至所述漏极的电压为零的信号至所述供电电路的使能端，从而实现对功率放大器100掉电的时序控制，保护功率放大器100不受损。

在一实施例中，所述功率放大器100为GaN功率放大器100。在输入电源1掉电时，先将GaN功率放大器100的基极输入电压维持在-5V，再使得GaN功率放大器100的漏极下电，才能保证GaN功率放大器100不受损。本实施例中，所述掉电检测电路3检测到输入电源1掉电后，所述储能电容C两端的电压输入至所述供电输出电路2的输入端，维持GaN功率放大器100仍然正常工作，同时，掉电检测电路3将所述输入电源1掉电的信号发送至所述处理器4，处理器4则会输出使得所述供电输出电路2输入至所述基极的电压为-5V的信号至所述供电电路的使能端。并且，在处理器4输出使得所述供电输出电路2输入至所述基极的电压为-5V的信号至所述供电电路的使能端之后，所述处理器4还会输出使得所述供电输出电路2输入至所述漏极的电压为0V的信号至所述供电电路的使能端，从而控制GaN功率放大器100在输入电源1异常掉电后的掉电时序，使得GaN功率放大器100在输入电源1掉电后，能够安全关闭。

可选地，所述储能电容C为铝电解电容，其容量大，成本低。

可选地，所述处理器4可为ARM(Advanced RISC Machines，RISC微处理器4)、AVR(RISC精简指令集高速8位单片机)等单片机，还可为ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)芯片。

参见图2，本实施例中，所述输入电源1包括两路，其中一路的输出电压大于另一路的输出电压；两路输入电源1的输出端分别经各自的防反接和倒灌电路5连接所述储能电容C。所述防反接和倒灌电路5用于选择两路输入电源1中的一路对后续储能电容C充电并对供电输出电路2供电，本实施例中，所述防反接和倒灌电路5选择两路输入电源1中输出电压较大的一路对后续储能电容C充电并对供电输出电路2供电。同时，防反接和倒灌电路5还能够防止输入电源1内外压差导致电流倒灌而损坏电源，另外，在输入电源1异常短路时，防反接和倒灌电路5能够截断输入电源1与系统的通路，保护储能电容C的能量，使得处理器4有足够的时间处理功率放大器100的掉电时序。并且，双电源供电也使得系统的稳定性更强。

可选地，两路输入电源1中的一路包括电池11，另一路包括适配器12，所述适配器12输出的电压大于所述电池11输出的电压。当电池11和适配器12均正常工作时，由适配器12对储能电容C充电并对供电输出电路2供电；当两路输入电源1中的一路断电后，则由另一路(即未断电的一路输入电源1)对储能电容C充电并对供电输出电路2供电。当然，也可将所述电池11的输出电压设置成大于所述适配器12的输出电压，使得电池11和适配器12均正常工作时，由电池11对储能电容C充电并对供电输出电路2供电。

可选地，所述电池11为蓄电池11，便于循环利用，节省资源。可选地，所述适配器12与市电配合，从而输出电压。

又参见图2，为对储能电容C的充电提供缓启动，防止输入电源1输出的电压在短时间内超出正常电压而导致用户热拔插时出现火花，造成整个保护电路200损坏，所述保护电路200还包括防浪涌电路6，所述防浪涌电路6的输入端连接所述防反接和倒灌电路5的输出端，且防浪涌电路6的输出端连接所述储能电容C。

另外，所述输入电源1也可包括三路及以上，每路输入电源1均经各自的防反接和倒灌电路5连接防浪涌电路6的输入端，再由防浪涌电路6的输出端连接所述储能电容C。

本实施例中，每路输入电源1的输出端均连接一路掉电检测电路3，以便及时获知每路输入电源1的掉电情况。其中，掉电检测电路3的检测点是尽量靠近输入电源1的输入接口的，以使得掉电检测电路3能够在最快的时间检测到掉电，并及时通知处理器4。

参见图3，所述掉电检测电路3包括分压电路31和比较器32，所述输入电源1的输出端连接所述分压电路31的输入端，所述分压电路31的输出端连接所述比较器32的输入端，所述比较器32的输出端连接所述处理器4的输入端。

其中，分压电路31可选择为本领域常规的分压电路31。另外，本领域技术人员可根据技术常识选取分压电阻的阻值，使得在输入电源1掉电时，分压电路31输入至比较器32的电压使得比较器32能够输出掉电信息至处理器4，从而识别出输入电源1掉电。

可选地，所述比较器32以正反馈连接方式输出高低电平信号至处理器4，即比较器32发送至处理器4的掉电信息可为高电平或低电平。在一些例子中，当掉电检测电路3检测到输入电源1掉电时，所述比较器32输出低电平信号至处理器4，即处理器4接收到比较器32输入的掉电信息为低电平表示输入电源1掉电。当然，在其他一些例子中，当掉电检测电路3检测到输入电源1掉电时，所述比较器32输出高电平信号至处理器4，即处理器4接收到比较器32输入的掉电信息为高电平表示输入电源1掉电。

以输入电源1包括两路，并且掉电检测电路3检测到输入电源1掉电时，所述比较器32输出低电平信号至处理器4为例进一步说明处理器4的操作。

当处理器4接收到两个比较器32输出的信号均为低电平时，输出使得所述供电输出电路2输入至所述基极的电压小于或者等于零的信号至所述供电电路的使能端，再输出使得所述供电输出电路2输入至所述漏极的电压为零的信号至所述供电电路的使能端，以完成对功率放大器100的下电处理，从而使得所述功率放大器100的漏极下电是在其基极输入电压为负或者零的情况下进行，从而对功率放大器100进行保护。

本实施例中，所述供电输出电路2为BUCK-BOOST(即降压-升压变换器)电路。通过BUCK-BOOST拓扑转换，在接收到处理器4发送的控制基极的电压小于或者等于零的信号后，将输入至功率放大器100的基极的电压转换为负压或者零，并在接收到处理器4发送的控制漏极电压为零的信号后，将输入至功率放大器100的漏极的电压转换为零，以顺利完成功率放大器100的掉电，防止功率放大器100受损。

另外，为避免由于分压电路31与输入电源1的连接处抖动造成比较器32对处理器4的误报，所述比较器32的输出端还连接滤波电路。可选地，所述滤波电路为RC滤波电路。可选地，所述滤波电路的滤波时间为10us(单位：微秒)。当然，所述滤波电路也可以为接地的电容，所述比较器32的输出端通过电容接地，从而防止抖动造成的误报。

本实施例的比较器32需要进行回差设计，防止输入电源1的输出电压在回差范围内变化时，导致系统震荡。可选地，所述比较器32的回差为2V。例如，当输入电源1的输出电压≥12V时，系统能够正常工作，比较器32输出低电平至处理器4代表输入电源1掉电，分压电路31输出的电压为输入电源1输出的电压的1/2，分压电路31输出的电压直接加载在比较器32的正相输入端，所述比较器32的负相输入端连接基准电压。若不对比较器32做回差设计，所述基准电压为6V即可。对比较器32做2V的回差设计后，输入电源1的输出电压≥(12+2)V时，代表系统能够正常工作，所述基准电压为7V。

本实施例中，所述保护电路200还包括线性电源(图中未显示)。所述线性电源的输入端连接所述储能电容C，所述线性电源的输出端连接所述比较器32的供电端，所述储能电容C还用于在所述输入电源1掉电后，对所述线性电源进行供电，以使得比较器32的供电电源的保持时间不小于功率放大器100的下电完成时间。另外，所述输入电源1正常工作时，由所述输入电源1对所述线性电源进行供电。可选地，所述线性电源包括TL431，所述TL431的输入端连接所述储能电容C，所述TL431的输出端连接所述比较器32的供电端。

需要说明的是，上述保护电路200可应用于无人机干扰器、基站、雷达等具备功率放大器100的设备中。

本实施例以保护电路200应用在无人机干扰器为例进一步进行阐述。所述

参见图4，所述无人机干扰器为无人机干扰抢，其包括功率放大器100和保护电路200，所述保护电路200用于保护所述功率放大器100。

所述无人机干扰抢用于发射干扰信号，以干扰无人机的正常工作，迫使无人机返航或者降落，从而对安防敏感区域进行保护。

无人机干扰抢的应用场景多种多样，例如，大型活动、政治会议、安保工作等，这些场合均需要很高的可靠性。然而，无人机干扰抢很难保证不会出现突然掉电的情况。另外，无人机干扰抢的价格较高，维修成本较高，系统的MTBF(mean time between failures，平均故障间隔)要求高。本发明实施例通过设置用于保护所述功率放大器100的保护电路200，从而提高系统的可靠性，减小产品的失效率。

需要说明的是，尽管本实施例的无人飞行器可被描述为多旋翼无人机，然而这样的描述并不是限制，本领域技术人员应该了解，任何类型的无人机都适用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种保护电路，用于保护功率放大器，其特征在于，包括输入电源、储能电容、供电输出电路、掉电检测电路以及处理器；

所述输入电源与所述储能电容并联连接，所述储能电容连接所述供电输出电路，所述输入电源用于对所述储能电容充电并对所述供电输出电路供电，所述储能电容用于在所述输入电源掉电后对所述供电输出电路供电，所述供电输出电路输出的电压分别输入至所述功率放大器的基极和漏极；

所述掉电检测电路连接所述输入电源，并在检测到所述输入电源掉电后，将掉电信息发送至所述处理器，由所述处理器输出控制所述功率放大器的基极输入电压小于或者等于零的信号至所述供电输出电路后，再输出控制所述功率放大器的漏极输入电压为零的信号至所述供电输出电路。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述输入电源包括两路，其中一路的输出电压大于另一路的输出电压；

两路输入电源的输出端分别经各自的防反接和倒灌电路连接所述储能电容。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，还包括防浪涌电路，所述防浪涌电路的输入端连接所述防反接和倒灌电路的输出端，且防浪涌电路的输出端连接所述储能电容。

4.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述两路输入电源中的一路包括电池，另一路包括适配器，所述适配器输出的电压大于所述电池输出的电压。

5.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述掉电检测电路包括分压电路和比较器，所述输入电源的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述处理器的输入端。

6.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述比较器的输出端还连接滤波电路。

7.如权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述滤波电路为RC滤波电路。

8.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，还包括线性电源，所述线性电源的输入端连接所述储能电容，所述线性电源的输出端连接所述比较器的供电端。

9.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述储能电容为铝电解电容。

10.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述供电输出电路为BUCK-BOOST电路。

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