CN110266278A - 固态源功放保护电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固态源功放保护电路及其控制方法，保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，前向功率检测器检测功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；反向功率检测器检测功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当后者高于前者时，将反向反射功率控制在要求门限。本发明对反向反射功率采用模拟电路比较执行增益控制，可以在功放管承受反射功率范围内执行快速保护，省略了MCU参与过程，极大的提高了控制的及时性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率放大器领域，具体的说，涉及一种大功率固态源功放保护电路及其控制方法。
背景技术
射频功放在通信、医疗等各行业应用广泛，并在越来越多领域得到应用。鉴于射频负载条件对射频输出功率影响很大，负载条件变化引起的射频功率反射会造成射频泄漏甚至会烧毁射频功放。通用的射频功放保护电路设计有功率检测器对前向输出功率和反向反射功率进行采样，由MCU计算功率后，控制数控衰减器来调节输出功率；由于MCU的介入，控制功率过程的实时性难以保证功放的安全。
传统的功放设计方案一般采用环形器加射频负载的方式来隔离反射功率，将反射功率吸收至负载转化为热消耗，以此保护功放管。在超过500瓦射频功率放大器设计时，环形器和负载的设计难度和成本较高，所以针对大功率500瓦至1000瓦微波固态源应用来说，功放设计中如何以较低成本实现快速可靠的功率管保护是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是设计一种大功率固态源功放保护电路及其控制方法，对功率放大器反向发射功率进行快速保护，使得设计大功率功放时取消环形器和负载，或减低环形器所受的冲击，降低成本并快速保护功放。
为实现上述目的，本发明提供一种固态源功放保护电路，包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，其中：
所述前向功率检测器，连接在功放电路末级放大器输出端与环形器之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器，连接在所述环形器反向端口与负载之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路，连接在所述MCU与功放电路的输入端之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
可选地，所述射频功放保护电路还包括：数字衰减器，所述数字衰减器连接在所述功放电路的输入端与RF信号源之间。
可选地，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器，其中：
所述PIN二极管衰减器，连接在所述功放电路的输入端与数字衰减器之间；
所述反向功率电压比较电路，连接在所述MCU与PIN二极管衰减器之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
可选地，所述功放电路包括：若干级放大器，所述功放电路的输入端为第一级放大器的输入端，所述功放电路的输出端为末级放大器的输出端，所述第一级放大器的输入端通过所述数字衰减器连接RF信号源。
可选地，所述若干级放大器依次包括串联的小信号放大器、前级放大器、末级放大器。
可选地，所述MCU还与所述RF信号源连接，通过SPI接口控制RF信号源输出相应频率和电平。
本发明还提出一种固态源功放保护电路的控制方法，所述固态源功放保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，所述方法包括以下步骤：
所述前向功率检测器检测功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
可选地，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限的步骤包括：
所述反向功率电压比较电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
本发明的有益效果是：本发明提出的固态源功放保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，所述前向功率检测器，连接在功放电路末级放大器输出端与环形器之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；所述反向功率检测器，连接在所述环形器反向端口与负载之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；所述反向功率电压比较控制电路，连接在所述MCU与功放电路的输入端之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。由此采用模拟电路实现了反向反射功率的比较和控制，省去了MCU对模拟信号采样并进行算法判断再通过数字衰减器控制前向功率的过程，对功率放大器反向发射功率进行快速保护，使得设计大功率功放时取消环形器和负载，或减低环形器所受的冲击，降低成本并对功放的保护更及时可靠。
附图说明
图1是本发明固态源功放保护电路的一种结构示意图；
图2是发明固态源功放保护电路功率控制示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明设计一种大功率固态源功放保护电路，实现低延时的快速保护，使得功率管不受到过大的反射功率冲击导致损坏。
具体地，请参照图1及图2，本发明提出一种大功率固态源功放保护电路，包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，其中：
所述前向功率检测器，连接在所述功放电路末级放大器输出端与环形器之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器，连接在所述环形器反向端口与负载之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路，连接在所述MCU与功放电路的输入端之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
其中，所述射频功放保护电路还包括：数字衰减器，所述数字衰减器连接在所述功放电路的输入端与RF信号源之间。
其中，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器，所述PIN二极管衰减器连接在所述功放电路的输入端与数字衰减器之间；
所述反向功率电压比较电路，连接在所述MCU与PIN二极管衰减器之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
本发明实施例中，所述功放电路包括：若干级放大器，所述功放电路的输入端为第一级放大器的输入端，所述功放电路的输出端为末级放大器的输出端，所述第一级放大器的输入端通过所述数字衰减器连接RF信号源。
其中，所述若干级放大器依次包括串联的小信号放大器、前级放大器、末级放大器。所述MCU还与所述RF信号源连接，通过SPI接口控制RF信号源输出相应频率和电平。
本发明提出的固态源功放保护电路及其控制方法，采用模拟电路实现了反向反射功率的比较和控制，省去了MCU对模拟信号采样并进行算法判断再通过数字衰减器控制前向功率的过程，对功率放大器反向发射功率进行快速保护，使得设计大功率功放时取消环形器和负载，或减低环形器所受的冲击，降低成本并对功放的保护更及时可靠。
此外，本发明还提出一种固态源功放保护电路的控制方法，所述固态源功放保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，所述方法包括以下步骤：
所述前向功率检测器检测功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
其中，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限的步骤包括：
所述反向功率电压比较电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
以下通过实例对本发明实施例方案进行详细阐述：
如图1所示，前向功率检测器检测功放前向输出功率，对应输出ADC1，此为一个0-5V的模拟电压值，在功率校准时将此电压值对应输出功率电平，举例4V对应500W功率电平。
反向功率检测器检测反向反射功率，对应输出ADC2，此也为一个0-5V模拟电压值，在功率校准时将此电压值对应反射功率电平，举例3V对应50W功率电平。
PWM2为0-5V模拟电压值，由MCU根据功放要求来输出，PWM2对应功放设定的反向功率电平门限。
举例说明，当功放设定需要将前向功率控制在500W，MCU根据前向功率检测器输出电压进行采样并执行算法取平均，得出当前输出功率，如和目标值不一致，则MCU输出ALC1给数字衰减器执行增益调整，最终使得输出功率接近500W。
举例说明，功放设定反射功率门限为50W，则MCU输出PWM2为3V对应反向反射功率电平50W，当反向功率检测器检测输出ADC2模拟电压值达到3V时，反向功率电压比较电路启动PIN二极管衰减器将输出功率拉低，使得反射功率恒定在50W。
如上所述可知前向功率控制和反向功率控制的差别，前向功率由MCU执行检测和计算并由数字衰减器执行增益调节；反向功率则由模拟电路直接比较模拟电压调节。
相比现有技术，本发明最大的优势既是对反向反射功率采用模拟电路比较执行增益控制，可以在功放管承受反射功率范围内执行快速保护，省略了MCU参与过程，极大的提高了控制的及时性和可靠性。
本发明提出的固态源功放保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，所述前向功率检测器，连接在功放电路末级放大器输出端与环形器之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；所述反向功率检测器，连接在所述环形器反向端口与负载之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；所述反向功率电压比较控制电路，连接在所述MCU与功放电路的输入端之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。由此采用模拟电路实现了反向反射功率的比较和控制，省去了MCU对模拟信号采样并进行算法判断再通过数字衰减器控制前向功率的过程，对功率放大器反向发射功率进行快速保护，使得设计大功率功放时取消环形器和负载，或减低环形器所受的冲击，降低成本并对功放的保护更及时可靠。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种固态源功放保护电路，其特征在于，包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，其中：
所述前向功率检测器，连接在功放电路末级放大器输出端与环形器之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器，连接在所述环形器反向端口与负载之间，通过耦合电路将信号耦合至检测器，用于检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路，连接在所述MCU与功放电路的输入端之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
2.根据权利要求1所述的固态源功放保护电路，其特征在于，所述射频功放保护电路还包括：数字衰减器，所述数字衰减器连接在所述功放电路的输入端与RF信号源之间。
3.根据权利要求2所述的固态源功放保护电路，其特征在于，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器，其中：
所述PIN二极管衰减器，连接在所述功放电路的输入端与数字衰减器之间；
所述反向功率电压比较电路，连接在所述MCU与PIN二极管衰减器之间，并与所述反向功率检测器连接，用于比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
4.根据权利要求2所述的固态源功放保护电路，其特征在于，所述功放电路包括：若干级放大器，所述功放电路的输入端为第一级放大器的输入端，所述功放电路的输出端为末级放大器的输出端，所述第一级放大器的输入端通过所述数字衰减器连接RF信号源。
5.根据权利要求4所述的固态源功放保护电路，其特征在于，所述若干级放大器依次包括串联的小信号放大器、前级放大器、末级放大器。
6.根据权利要求4所述的固态源功放保护电路，其特征在于，所述MCU还与所述RF信号源连接，通过SPI接口控制RF信号源输出相应频率和电平。
7.一种固态源功放保护电路的控制方法，其特征在于，所述固态源功放保护电路包括：MCU、前向功率检测器、反向功率检测器、反向功率电压比较控制电路，所述方法包括以下步骤：
所述前向功率检测器检测功放电路的前向输出功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算输出功率值；
所述反向功率检测器检测所述功放电路的反向反射功率，输出电压模拟量给MCU进行采样计算反向功率值；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限。
8.根据权利要求7所述的固态源功放保护电路的控制方法，其特征在于，所述反向功率电压比较控制电路包括：反向功率电压比较电路和PIN二极管衰减器；
所述反向功率电压比较控制电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，将反向反射功率控制在要求门限的步骤包括：
所述反向功率电压比较电路比较MCU输出的电压模拟量和反向功率检测器输出的电压模拟量，当反向功率检测器输出的电压模拟量高于MCU输出的电压模拟量时，电压控制PIN二极管衰减器快速起控，将反向反射功率控制在要求门限。
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| CN113411057A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-09-17 | 广州慧智微电子有限公司 | 一种功率放大装置、方法及设备 |
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