CN112803901A - 一种基于自适应过流保护的功率放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于自适应过流保护的功率放大器，该功率放大器至少包括：第一放大电路、过流保护电路以及控制电路，第一放大电路用于对输入信号进行放大，生成第一输出信号；过流保护电路与第一放大电路的输出端耦接，用于在判断到第一放大电路的输出电流大于过流保护阈值时产生过流信号，其中，过流保护阈值跟随第一输出信号变化；控制电路分别与过流保护电路以及第一放大电路耦接，用于根据过流信号，控制第一放大电路断开。通过上述方式，本申请能够自适应调整过流保护阈值，避免功率放大器因过流而被烧毁。

Description

一种基于自适应过流保护的功率放大器

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，具体涉及一种基于自适应过流保护的功率放大器。

背景技术

甲乙类功率放大芯片在工作过程中经常会遇到异常情况，比如输出短路，容易导致功率管过流烧毁，因此需要设置过流保护电路。常见的过流保护通常采用固定过流阈值的方式，但是其过流阈值很难设定，特别是在电源电压变化或者芯片输出电压变化时，过流阈值设置得太小，会影响甲乙类功率放大芯片正常的输出功能，过流阈值设置得太大，会导致芯片的输出功率管的功率变化幅度很大，当功率管处于大功率时，容易烧毁芯片。

现有技术中采用的过流保护措施的其中一种是采用固定的过流保护阈值，该方法比较简单，在电源电压和芯片输出电压变化的情况下，芯片的过流保护阈值不变，一直采用固定的过流保护阈值，但是当电源电压和芯片输出电压变化范围较大时，加在甲乙类功率放大芯片的功率管两端的电压变化幅度也很大，在甲乙类功率放大芯片正常工作时，其功率管两端的功率变化范围很大；另一种是过流保护阈值跟随电源电压自适应变化，其是将电源电压的变量乘以一定的系数，引入到过流保护电路中，使过流保护阈值在不同电源电压时不一样，但是当甲乙类功率放大芯片工作在某一电源电压时，其过流保护阈值固定，对于甲乙类功率放大芯片而言，当有大输入信号时，其输出电压跟随输入信号同步变化，特别是在高电源电压时，芯片输出电压变化幅度很大，功率管两端的电压变化幅度也很大，如果过流保护阈值不随功率管两端的电压自适应变化，容易影响芯片的正常功能或者烧毁芯片。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种基于自适应过流保护的功率放大器，能够自适应调整过流保护阈值，避免功率放大器因过流而被烧毁。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种基于自适应过流保护的功率放大器，该功率放大器至少包括：第一放大电路、过流保护电路以及控制电路，第一放大电路用于对输入信号进行放大，生成第一输出信号；过流保护电路与第一放大电路的输出端耦接，用于在判断到第一放大电路的输出电流大于过流保护阈值时产生过流信号，其中，过流保护阈值跟随第一输出信号变化；控制电路分别与过流保护电路以及第一放大电路耦接，用于根据过流信号，控制第一放大电路断开。

通过上述方案，本申请的有益效果是：利用过流保护电路对第一放大电路进行保护，过流保护阈值可跟随功率放大器输出的信号自动调整，在第一放大电路的输出电流超过过流保护阈值时，过流保护电路开启，生成过流信号，并发送该过流信号至控制电路，使得控制电路控制第一放大电路断开，阻止输入信号进入第一放大电路，避免因过流而烧毁第一放大电路。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有技术中功率放大器的输出级的结构示意图；

图2是本申请提供的基于自适应过流保护的功率放大器一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的基于自适应过流保护的功率放大器另一实施例的结构示意图；

图4是图3所示的实施例中功率放大器的另一结构示意图；

图5是图3所示的实施例中第一过流检测电路的结构示意图；

图6是图3所示的实施例中第二过流检测电路的结构示意图；

图7是图3所示的实施例中电流产生电路的结构示意图；

图8是图3所示的实施例中PMOS功率管对应的过流保护阈值的仿真曲线示意图；

图9是图3所示的实施例中NMOS功率管对应的过流保护阈值的仿真曲线示意图；

图10是图3所示的实施例中不同电源电压下PMOS功率管对应的过流保护阈值的仿真曲线示意图；

图11是图3所示的实施例中不同电源电压下NMOS功率管对应的过流保护阈值的仿真曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

甲乙类功率放大芯片的输出级如图1所示，其包括靠近电源侧的PMOS(Positivechannel Metal Oxide Semiconductor，P型金属氧化物半导体)功率管与靠近地侧的NMOS(Negative channel Metal Oxide Semiconductor，N型金属氧化物半导体)功率管，地端电压为VSS，PMOS功率管和NMOS功率管的连接端为甲乙类功率放大芯片的输出端，Von_p为PMOS功率管两端的最小导通电压，Von_n为NMOS功率管两端的最小导通电压。

功率管两端的电压与流过功率管的电流的乘积即为加在功率管上的功率，受限于最大功率以及散热能力，功率管要能正常工作，加在功率管上的功率有一个极限值，即安全工作功率，安全工作功率对应的电流和电压区域为安全工作区，现有技术中由于功率管两端的功率变化较大，因而对功率管的安全工作区的要求较高。

当电源电压VDD为某一固定值时，输出端的电压Vout在VSS+Von_n～VDD-Von_p之间变化时，如果过流保护阈值不随输出电压变化，当过流保护阈值设计得太小时，容易在功率管两端的电压较小时限制输出功率，影响芯片的正常功能；当过流保护阈值设计得太大时，容易在功率管两端的电压较大时导致PMOS功率管或NMOS功率管两端的功率太大，烧毁芯片；当输出电压Vout固定为电源电压VDD的一半，电源电压VDD变大时，加在PMOS功率管和NMOS功率管两端的电压都变大，如果过流保护采用固定阈值，不跟随电源电压VDD变化，当过流保护阈值设计得太小时，容易在电源电压VDD较低时限制输出功率；当过流保护阈值设计得太大时，容易在电源电压VDD较高时导致PMOS功率管或NMOS功率管两端的功率太大，烧毁芯片。

请参阅图2，图2是本申请提供的基于自适应过流保护的功率放大器一实施例的结构示意图，该功率放大器至少包括：第一放大电路10、过流保护电路20以及控制电路30。

第一放大电路10用于对输入信号进行放大，生成第一输出信号，该输入信号为待放大的信号，第一输出信号为对待放大的信号进行放大而得到的信号。

过流保护电路20与第一放大电路10的输出端耦接，其用于在判断到第一放大电路10的输出电流大于过流保护阈值时产生过流信号，该过流保护阈值跟随第一输出信号变化。

在第一输出信号或输入信号比较大时，第一放大电路10的输出电流可能大于过流保护阈值，从而触发过流保护电路20，使得过流保护电路20工作，产生过流信号，并输出过流信号至控制电路，以使得第一放大电路10正常关闭；在第一输出信号或输入信号比较小时，第一放大电路10的输出电流小于过流保护阈值，无法触发过流保护电路20，过流保护电路20无法进入工作状态，第一放大电路正常10工作。

控制电路30分别与过流保护电路20以及第一放大电路10耦接，其用于根据过流信号，控制第一放大电路10断开；在过流保护电路20输出过流信号至控制电路30时，控制电路30输出控制信号至第一放大电路10，控制第一放大电路10断开，使得输入信号无法再经第一放大电路10处理，从而保证电流过大时，第一放大电路10无法正常工作，避免过流导致第一放大电路10损坏。

当第一输出信号发生短路时，过流保护电路20发送过流信号至控制电路30，实现功率放大器的关断，进入保护状态；当第一输出信号的电压恢复正常后，过流信号消失，功率放大器恢复正常工作；本实施例中的方案可应用于工作在饱和区的大功率芯片，包括但不限于甲类、乙类或甲乙类的音频功率放大芯片。

本实施例提供了一种基于自适应过流保护的功率放大器，在第一放大电路10的输出电流超过过流保护阈值时，触发过流保护电路20，使得过流保护电路20生成过流信号，该过流信号被输入至控制电路30，控制电路30根据该过流信号控制第一放大电路10断开，阻止输入信号进入第一放大电路10，且过流保护阈值可跟随第一输出信号的变化而变化，能够在输出功率较大时，及时自动调整过流保护阈值，避免功率放大器因过流而被烧毁。

请参阅图3，图3是本申请提供的基于自适应过流保护的功率放大器另一实施例的结构示意图，该功率放大器至少包括：第一放大电路10、过流保护电路20、控制电路30以及第二放大电路40。

第二放大电路40与控制电路30的输出端耦接，其用于对输入信号进行处理，输出第一放大信号和第二放大信号至第一放大电路10，并在接收到控制电路30输出的控制信号时，停止工作；第二放大电路40可接收输入信号，对接收到的输入信号进行放大，生成第一放大信号和第二放大信号，并发送至第一放大电路10。

第一放大电路10包括：第一驱动功率放大电路11与第二驱动功率放大电路12，第一驱动功率放大电路11分别与控制电路30的输出端以及第二放大电路40的输出端耦接，其用于对第一放大信号进行放大；第二驱动功率放大电路12分别与控制电路30的输出端、第二放大电路40的输出端以及第一驱动功率放大电路11的输出端耦接，其用于对第二放大信号进行放大，第一放大信号与第二放大信号幅度相同、相位相反。

在一具体的实施例中，如图4所示，第一驱动功率放大电路11包括：第一驱动电路111与第一功率管T1，第二驱动功率放大电路12包括：第二驱动电路121与第二功率管T2。

第一驱动电路111分别与第二放大电路40的输出端以及控制电路30的输出端耦接，其用于输出第一驱动信号至第一功率管T1，以驱动第一功率管T1；第一功率管T1包括第一端、第二端以及第三端，第一功率管T1的第一端与第一驱动电路111的输出端耦接，第一功率管T1的第二端与电源端(图中未标识)耦接，电源端的电压幅度为VDD；具体地，第一功率管T1为PMOS功率管，第一端、第二端以及第三端分别为栅极、源极以及漏极。

第二驱动电路121分别与第二放大电路40的输出端以及控制电路30的输出端耦接，其用于输出第二驱动信号至第二功率管T2，以驱动第二功率管T2；第二功率管T2包括第一端、第二端以及第三端，第二功率管T2的第一端与第二驱动电路121的输出端耦接，第二功率管T2的第二端与地端(图中未标识)耦接，第二功率管T2的第三端与第一功率管T1的第三端耦接，地端的电压幅度为VSS；具体地，第二功率管T2为NMOS功率管，第一端、第二端以及第三端分别为栅极、源极以及漏极。

第一输出信号的幅度为输出电压Vout，在输出电压Vout增大时，PMOS功率管两端的电压减小，NMOS功率管两端的电压增大，在保证正常工作的情况下，PMOS功率管允许通过的电流增大，NMOS功率管允许通过的电流减小；在输出电压Vout减小时，PMOS功率管两端的电压增大，NMOS功率管两端的电压减小，在保证正常工作的情况下，PMOS功率管两端允许通过的电流减小，NMOS功率管两端允许通过的电流增大。

输入信号经过第二放大电路40预放大，生成第一放大信号和第二放大信号，并分别传输至第一驱动电路111和第二驱动电路121，进而驱动PMOS功率管和NMOS功率管，使得第一输出信号与输入信号同步变化；当输入信号较大时，输出电压Vout在(VSS+Von_n)～(VDD-Von_p)之间变化；过流保护阈值跟随第一输出信号与电源电压VDD变化。

过流保护阈值包括第一过流保护阈值与第二过流保护阈值，过流信号包括第一过流信号与第二过流信号，过流保护电路20包括：第一过流检测电路21与第二过流检测电路22。

第一过流检测电路21的输入端与第一功率管T1的第三端耦接，其用于检测第一功率管T1的输出电流是否大于第一过流保护阈值，若第一功率管T1的输出电流大于第一过流保护阈值，则产生第一过流信号；第二过流检测电路22的输入端与第二功率管T2的第三端耦接，其用于检测第二功率管T2的输入电流是否大于第二过流保护阈值，若第二功率管T2的输入电流大于第二过流保护阈值，则产生第二过流信号。

在一具体的实施例中，如图5所示，第一过流检测电路21包括第一电流比较器C1，第一电流比较器C1的第一输入端用于接收第一电流信号Ip_p，第一电流比较器C1的第二输入端用于接收第一参考电流信号Iref_p；在第一电流信号Ip_p大于第一参考电流信号Iref_p时，第一电流比较器C1输出第一过流信号，第一电流信号Ip_p包括第一采样电流信号Isense_p与第一可调电流信号Ic_p，第一采样电流信号Isense_p为对第一功率管T1的输出电流进行采样得到，即第一采样电流信号Isense_p与第一功率管T1的输出电流成比例，第一可调电流信号Ic_p为第一过流检测电路21中的可调电流，其与电源电压VDD成正比、与输出电压Vout成反比。第一过流检测电路21的输入信号分别为第一可调电流信号Ic_p、第一采样电流信号Isense_p以及第一参考电流信号Iref_p，输出信号为第一过流信号。

第一电流信号Ip_p由第一采样电流信号Isense_p与第一可调电流信号Ic_p叠加而成；当电源电压VDD和输出电压Vout固定时，可在第一采样电流信号Isense_p的基础上叠加第一可调电流信号Ic_p，得到第一电流信号Ip_p＝Isense_p+Ic_p；第一电流信号Ip_p与第一参考电流信号Iref_p输入至第一电流比较器C1进行比较，当Isense_p+Ic_p>Iref_p时，第一电流比较器C1输出第一过流信号，关断功率放大器，防止功率放大器烧毁。

当电源电压VDD变化时，过流保护阈值跟随电源电压VDD自适应变化，具体地，第一功率管T1对应的过流保护阈值与电源电压VDD成反比，如果电源电压VDD增大，则第一可调电流信号Ic_p增大，第一参考电流信号Iref_p不变，PMOS功率管对应的过流保护阈值相应地减小；如果电源电压VDD减小，则第一可调电流信号Ic_p减小，而第一参考电流信号Iref_p不变，PMOS功率管对应的过流保护阈值相应地增大。

当输出电压Vout变化时，过流保护阈值跟随输出电压Vout自适应变化；具体地，第一功率管T1对应的过流保护阈值与输出电压Vout成正比，如果输出电压Vout增大，PMOS功率管两端的电压减小，其可允许流过的电流增大；在第一过流检测电路21中，输出电压Vout增大，第一可调电流信号Ic_p减小，第一参考电流信号Iref_p不变，PMOS功率管对应的过流保护阈值相应地增大；如果输出电压Vout减小，第一可调电流信号Ic_p增大，第一参考电流信号Iref_p不变，PMOS功率管对应的过流保护阈值相应地减小，从而保证功率放大器正常工作，在异常情况时不因过流而被烧毁。

如图6所示，第二过流检测电路22包括第二电流比较器C2，第二电流比较器C2的第一输入端用于接收第二电流信号Ip_n，第二电流比较器C2的第二输入端用于接收第二参考电流信号Iref_n；在第二电流信号Ip_n大于第二参考电流信号Iref_n时，第二电流比较器C2输出第二过流信号，第二电流信号Ip_n包括第二采样电流信号Isense_n与第二可调电流信号Ic_n，第二采样电流信号Isense_n为对第二功率管T2的输入电流进行采样得到，即第二采样电流信号Isense_n与第二功率管T2的输入电流成比例，第二可调电流信号Ic_n为第二过流检测电路22中的可调电流，其与输出电压Vout成正比。第二过流检测电路22的输入信号分别为第二可调电流信号Ic_n、第二采样电流信号Isense_n以及第二参考电流信号Iref_n，输出信号为第二过流信号。

第二电流信号Ip_n由第二采样电流信号Isense_n与第二可调电流信号Ic_n叠加而成；当电源电压VDD和输出电压Vout固定时，可在第二采样电流信号Isense_n的基础上叠加第二可调电流信号Ic_n，得到第二电流信号Ip_n＝Isense_n+Ic_n；第二电流信号Ip_n与第二参考电流信号Iref_n输入至第二电流比较器C2进行比较，当Isense_n+Ic_n>Iref_n时，第二电流比较器C2输出第二过流信号，关断功率放大器，防止功率放大器烧毁。

当电源电压VDD变化时，过流保护阈值跟随电源电压VDD自适应变化，具体地，第二功率管T2对应的过流保护阈值与电源电压VDD成反比，如果电源电压VDD增大，则第二可调电流信号Ic_n增大，第二参考电流信号Iref_n不变，NMOS功率管对应的过流保护阈值相应地减小；如果电源电压VDD减小，则第二可调电流信号Ic_n减小，而第二参考电流信号Iref_n不变，NMOS功率管对应的过流保护阈值相应地增大。

当输出电压Vout变化时，过流保护阈值跟随输出电压Vout自适应变化；具体地，第二功率管T2对应的过流保护阈值与输出电压Vout成反比，如果输出电压Vout增大，NMOS功率管两端的电压增大，其可允许流过的电流减小；在第二过流检测电路22中，输出电压Vout增大，第二可调电流信号Ic_n增大，第二参考电流信号Iref_n不变，NMOS功率管对应的过流保护阈值相应地减小；如果输出电压Vout减小，第二可调电流信号Ic_n减小，第二参考电流信号Iref_n不变，NMOS功率管对应的过流保护阈值相应地增大，从而保证功率放大器正常工作，在异常情况时不被烧毁。

在一具体的实施例中，第一可调电流信号Ic_p由电源电压VDD与第一预设系数的乘积以及第一输出信号与第二预设系数的乘积叠加而成；第二可调电流信号Ic_n由电源电压VDD与第三预设系数的乘积以及第一输出信号与第四预设系数的乘积叠加而成；其中，第一预设系数、第三预设系数以及第四预设系数维为小于1的正比例系数，可以根据实际需要设计，第二预设系数为小于0的负比例系数，可以根据实际需要设计。

在另一具体的实施例中，如图4所示，过流保护电路20还包括电流产生电路23，电流产生电路23用于产生第一可调电流信号Ic_p与第二可调电流信号Ic_n，如图7所示，电流产生电路23包括：第一放大器A1、第二放大器A2以及第三放大器A3。

第一放大器A1包括第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端，第一放大器A1的第一输入端用于接收参考电压信号Vref，第一放大器A1的第二输入端与第一辅助电源(图中未示出)耦接，第一放大器A1的第一输出端通过第一电阻R1与第二辅助电源(图中未示出)耦接，第一放大器A1的第二输出端通过第二电阻R2与辅助输出端(图中未示出)耦接；第一辅助电源用于产生第一辅助电源电压VDD，第二辅助电源用于产生第二辅助电源电压VDD，第一辅助电源电压VDD为电源电压VDD与第五预设系数的比值，第二辅助电源电压VDD为电源电压VDD与第六预设系数的比值，辅助输出端用于输出第二输出信号，第二输出信号为第一输出信号与第七预设系数的比值。

进一步地，第一电阻R1与第二电阻R2的电阻值相同，第一电阻R1两端的电压差与第二电阻R2两端的电压差相同，第一辅助电源电压VDD为电源电压VDD的一个分压，其电压值为VDD/A，A为第五预设系数，其为整数常数；第一辅助电源电压VDD与参考电压信号Vref输入至第一放大器A1中，分别生成电压V1和V2，其中，V1＝(Vout/B)+△V，V2＝(VDD/C)+△V，△V为第一电阻R1两端的电压差。

第二放大器A2包括第一输入端、第二输入端与输出端，第二放大器A2的第一输入端与第二辅助电源耦接，第二放大器A2的第二输入端与第一放大器A1的第二输出端耦接，第二放大器A2的输出端用于输出第一可调电流信号Ic_p。

进一步地，第二放大器A2为电压转电流放大器，第二辅助电源电压VDD为电源电压VDD的分压，其电压值为VDD/C，C为第六预设系数，其为整数常数，常数A与常数C可以相等，也可以不等；电压VDD/C与电压V2输入至第二放大器A2，生成第一可调电流信号Ic_p。

第三放大器A3包括第一输入端、第二输入端与输出端，第三放大器A3的第一输入端与辅助输出端耦接，第三放大器A3的第二输入端与第一放大器A1的第一输出端耦接，第三放大器A3的输出端用于输出第二可调电流信号Ic_n。

进一步地地，第三放大器A3为电压转电流放大器，第二输出信号为输出电压Vout的分压，其电压值为Vout/B，B为第七预设系数，其为整数常数，其值可根据实际需要设计；电压Vout/B与电压V1输入至第三放大器A3，生成第二可调电流信号Ic_n。

利用电源电压VDD和输出电压Vout可生成第一可调电流信号Ic_p与第二可调电流信号Ic_n；电压差与电源电压VDD成反比，第一可调电流信号Ic_p与电源电压VDD成正比，第一可调电流信号Ic_p与输出电压Vout成反比，第二可调电流信号Ic_n分别与电源电压VDD以及输出电压Vout成正比。

电压VDD/A与参考电压信号Vref输入至第一放大器A1中，形成两股电流，分别流过第一电阻R1和第二电阻R2，电压差△V随电源电压VDD升高而降低，随电源电压VDD降低而升高；当电源电压VDD增大时，第一可调电流信号Ic_p增大，当输出电压Vout增大时，第一可调电流信号Ic_p增大；当电源电压VDD增大时，电压差△V减小，同时输出电压Vout也随着电源电压VDD增大，当电压Vout/B的增大幅度大于(VDD/C)+△V的增大幅度时，第二可调电流信号Ic_n增大；当输出电压Vout增大时，第二可调电流信号Ic_n增大。

控制电路30用于在接收到过流信号后，可生成控制信号，以控制第二放大电路40、第一驱动电路111以及第二驱动电路121关闭；具体地，一旦过流，控制电路30就接收到过流信号，对第一驱动电路111和第二驱动电路121发送信号，控制功率管关闭，以保护功率管，防止功率管烧毁；同时，控制电路30还可控制第二放大电路40关闭，输入信号无法进入后面的电路，实现双层保护。

当功率放大器输出异常，比如短路到电源，即输出电压Vout接近电源电压VDD的幅度VDD，此时PMOS功率管两端的电压较小，NMOS功率管两端的电压较大，NMOS功率管过流；或者短路到地，即输出电压Vout接近地信号的幅度VSS，此时NMOS功率管两端的电压较小，PMOS功率管两端的电压较大，PMOS功率管过流，从而触发过流保护电路20，过流保护电路20发送过流信号给控制电路30，控制电路30控制第二放大电路40关断，不再接收输入信号，同时作用于第一驱动电路111和第二驱动电路121，将PMOS功率管和NMOS功率管关掉，防止功率管被烧毁；当功率放大器的输出恢复正常时，过流保护电路20不再产生过流信号，整个功率放大器恢复正常工作。

为了保证整个功率放大器正常工作，可将第一输出信号通过反馈电路50反馈至第二放大电路40中，即如图4所示，该功率放大器还包括反馈电路50，反馈电路50的输出端与第二放大电路40的输入端耦接，其用于对接收到的第一输出信号进行处理，生成反馈信号，并将反馈信号输入至第二放大电路40；第二放大电路40还用于在接收到反馈信号后，调整第一放大信号与第二放大信号的幅度，以使得第一输出信号的幅度在预设幅度范围以内。

在一具体的实施例中，采用本实施例中的过流保护结构进行仿真，得到如图8-图10所示的仿真结果；图8为电源电压VDD固定时PMOS功率管对应的过流保护阈值仿真曲线，Vsd为PMOS功率管的源极与漏极之间的电压，Vsd＝VDD-Vout，电源电压VDD为16V，当输出电压Vout＝2V时，即Vsd＝14V，PMOS功率管两端的电压较大，过流保护电路20自适应将过流保护阈值调整为比较小的值：2.0678A；当输出电压Vout＝14V时，即Vsd＝2V，PMOS功率管两端的电压较小，过流保护电路20自适应将过流保护阈值调整为比较大的值：4.6293A，从而实现输出较大功率，并且确保功率管不烧毁。

图9为电源电压VDD固定时NMOS功率管对应的过流保护阈值仿真曲线，Vds为NMOS功率管的漏极和源极之间的电压，Vds＝Vout-VSS，电压VSS为0V，电源电压VDD为16V，当输出电压Vout＝2V时，即Vds＝2V，NMOS功率管两端的电压较小，过流保护电路20自适应将过流保护阈值调整为比较大的值：4.6468A；当输出电压Vout＝14V时，即Vds＝14V，NMOS功率管两端的电压较大，过流保护电路20自动将过流保护阈值调整为比较小的值：2.3799A，从而实现输出较大功率，并且确保功率管不烧毁。

图10为PMOS功率管在不同电源电压VDD下的过流保护阈值，“+”字线为电源电压VDD为10V的情况，“□”形线为电源电压VDD为16V的情况，从仿真结果可以看出，在PMOS功率管两端的电压相等时，比如Vsd为2V时，电源电压VDD越低，过流保护阈值越高。

图11为NMOS功率管在不同电源电压VDD下的过流保护阈值，“+”字线为电源电压VDD为10V的情况，“□”形线为电源电压VDD为16V的情况，从仿真结果可以看出，在NMOS功率管两端的电压相等时，如Vds为2V时，电源电压VDD越低，过流保护阈值越高。

当功率放大器的输出电压Vout接近电源电压VDD时，PMOS功率管两端的电压较小，NMOS功率管两端的电压较大，为确保功率管的功率不太大，避免烧毁功率放大器，过流保护电路20可根据电源电压VDD和输出电压Vout自适应地增大PMOS功率管的过流保护阈值It_p，自适应地减小NMOS功率管的过流保护阈值It_n，此时功率放大器的输出端的最大输出电流(It_p-It_n)可以在不烧毁功率放大器的情况下尽可能大，从而使得输出功率变大；同理，当功率放大器的输出电压Vout接近电压VSS时，过流保护电路20根据电源电压VDD和输出电压Vout自适应地调整功率管的过流保护阈值，使得输出功率变大；因此功率放大器输出的最大功率能够在不同电源电压VDD和输出电压Vout时最大化，同时确保功率管不烧毁。

本实施例将电源电压VDD和输出电压Vout引入到过流保护电路20，使得过流保护阈值跟随电源电压VDD和功率管两端的电压自适应调整，当电源电压VDD增大时，自适应地减小过流保护阈值，当功率管两端的电压增大时，自适应地减小过流保护阈值，使得功率放大器输出的最大功率变大，既能保证功率放大器正常的输出功能，又能防止功率放大器因功率管的功率太大而烧毁，且在不同电源电压VDD和不同输出时，功率管上的最大功率限制变化较小，能够在电源大范围变动和输出摆幅大的应用条件下，使得功率管两端的功率变化保持相对固定，从而降低对功率管的极限参数要求(如安全工作区)的要求。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，至少包括：

第一放大电路，用于对输入信号进行放大，生成第一输出信号；

过流保护电路，与所述第一放大电路的输出端耦接，用于在判断到所述第一放大电路的输出电流大于过流保护阈值时产生过流信号，其中，所述过流保护阈值跟随所述第一输出信号变化；

控制电路，分别与所述过流保护电路以及所述第一放大电路耦接，用于根据所述过流信号，控制所述第一放大电路断开。

2.根据权利要求1所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：

第二放大电路，与所述控制电路的输出端耦接，用于对所述输入信号进行处理，输出第一放大信号和第二放大信号至所述第一放大电路，并在接收到所述控制电路输出的控制信号时，停止工作；

所述第一放大电路包括：

第一驱动功率放大电路，分别与所述控制电路以及所述第二放大电路耦接，用于对所述第一放大信号进行放大；

第二驱动功率放大电路，分别与所述控制电路、所述第二放大电路以及所述第一驱动功率放大电路耦接，用于对所述第二放大信号进行放大，其中，所述第一放大信号与所述第二放大信号幅度相同、相位相反。

3.根据权利要求2所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，

所述第一驱动功率放大电路包括：

第一驱动电路，分别与所述第二放大电路以及所述控制电路耦接，用于输出第一驱动信号至所述第一功率管，以驱动所述第一功率管；

第一功率管，其包括第一端、第二端以及第三端，所述第一功率管的第一端与所述第一驱动电路耦接，所述第一功率管的第二端与电源端耦接；

所述第二驱动功率放大电路包括：

第二驱动电路，分别与所述第二放大电路以及所述控制电路耦接，用于输出第二驱动信号至所述第二功率管，以驱动所述第二功率管；

第二功率管，其包括第一端、第二端以及第三端，所述第二功率管的第一端与所述第二驱动电路耦接，所述第二功率管的第二端与地端耦接，所述第二功率管的第三端与所述第一功率管的第三端耦接；

其中，控制电路还用于在接收到所述过流信号后，生成所述控制信号，以控制所述第二放大电路、所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路关闭，所述过流保护阈值还跟随电源电压变化。

4.根据权利要求3所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，所述过流保护阈值包括第一过流保护阈值与第二过流保护阈值，所述过流信号包括第一过流信号与第二过流信号，所述过流保护电路包括：

第一过流检测电路，与所述第一功率管的第三端耦接，用于检测所述第一功率管的输出电流是否大于所述第一过流保护阈值，若是，则产生所述第一过流信号；

第二过流检测电路，与所述第二功率管的第三端耦接，用于检测所述第二功率管的输入电流是否大于所述第二过流保护阈值，若是，则产生所述第二过流信号。

5.根据权利要求4所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，

所述第一过流检测电路包括第一电流比较器，所述第一电流比较器的第一输入端用于接收第一电流信号，所述第一电流比较器的第二输入端用于接收第一参考电流信号；在所述第一电流信号大于所述第一参考电流信号时，所述第一电流比较器输出所述第一过流信号，其中，所述第一电流信号包括第一采样电流信号与第一可调电流信号，所述第一采样电流信号为对所述第一功率管的输出电流进行采样得到；

所述第二过流检测电路包括第二电流比较器，所述第二电流比较器的第一输入端用于接收第二电流信号，所述第二电流比较器的第二输入端用于接收第二参考电流信号；在所述第二电流信号大于所述第二参考电流信号时，所述第二电流比较器输出所述第二过流信号，其中，所述第二电流信号包括第二采样电流信号与第二可调电流信号，所述第二采样电流信号为对所述第二功率管的输入电流进行采样得到。

6.根据权利要求5所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，

所述第一可调电流信号由所述电源电压与第一预设系数的乘积以及所述第一输出信号与第二预设系数的乘积叠加而成；所述第二可调电流信号由所述电源电压与第三预设系数的乘积以及所述第一输出信号与第四预设系数的乘积叠加而成。

7.根据权利要求5所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，所述过流保护电路还包括电流产生电路，所述电流产生电路用于产生所述第一可调电流信号与所述第二可调电流信号，所述电流产生电路包括：

第一放大器，其包括第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端，所述第一放大器的第一输入端用于接收参考电压信号，所述第一放大器的第二输入端与第一辅助电源耦接，所述第一放大器的第一输出端通过第一电阻与第二辅助电源耦接，所述第一放大器的第二输出端通过第二电阻与辅助输出端耦接，其中，所述第一辅助电源用于产生第一辅助电源电压，所述第二辅助电源用于产生第二辅助电源电压，所述第一辅助电源电压为所述电源电压与第五预设系数的比值，所述第二辅助电源电压为所述电源电压与第六预设系数的比值，所述辅助输出端用于输出第二输出信号，所述第二输出信号为所述第一输出信号与第七预设系数的比值；

第二放大器，其包括第一输入端、第二输入端与输出端，所述第二放大器的第一输入端与所述第二辅助电源耦接，所述第二放大器的第二输入端与所述第一放大器的第二输出端耦接，所述第二放大器的输出端用于输出所述第一可调电流信号；

第三放大器，其包括第一输入端、第二输入端与输出端，所述第三放大器的第一输入端与所述辅助输出端耦接，所述第三放大器的第二输入端与所述第一放大器的第一输出端耦接，所述第三放大器的输出端用于输出所述第二可调电流信号。

8.根据权利要求7所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，

所述第一电阻两端的电压差与所述第二电阻两端的电压差相同，所述电压差与所述电源电压成反比，所述第一可调电流信号与所述电源电压成正比，所述第一可调电流信号与所述第一输出信号成反比，所述第二可调电流信号分别与所述电源电压以及所述第一输出信号成正比。

9.根据权利要求5所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，

所述第一功率管对应的过流保护阈值与所述第一输出信号成正比，所述第一功率管对应的过流保护阈值与所述电源电压成反比；

所述第二功率管对应的过流保护阈值与所述第一输出信号成反比，所述第二功率管对应的过流保护阈值与所述电源电压成反比。

10.根据权利要求3所述的基于自适应过流保护的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：

反馈电路，与所述第二放大电路耦接，用于对接收到的所述第一输出信号进行处理，生成反馈信号，并将所述反馈信号输入至所述第二放大电路；所述第二放大电路还用于在接收到所述反馈信号后，调整所述第一放大信号与所述第二放大信号的幅度，以使得所述第一输出信号的幅度在预设幅度范围以内。

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