CN113839625B - 一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路 - Google Patents

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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明公开了一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，包括负压取样电路、负压保护电路以及开关电路，所述负压取样电路的输入端分别与功放电源正端以及负压电源输出端连接，负压取样电路的输出端与负压保护电路的一个输入端连接，负压保护电路的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路的输出端与开关电路的控制端连接，开关电路的输入端接功放电源正端，开关电路的输出端作为功放调制供电端为功率放大器供电；当负压故障时，负压取样电路控制负压保护电路关断，从而使开关电路的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电；本发明的优点在于：能实现功放供电电源调制，并且在负压故障时，快速切断供电，避免功放损坏。

Description

一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路
技术领域
本发明涉及雷达发射机技术领域，更具体涉及一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路。
背景技术
功率放大器（以下简称功放）广泛应用于雷达、通信等领域，是一种常用的功率放大器件。通常功放有多个电极，如栅极、漏极等，当功放的各个电极加上合适的电源电压后，将输入微波信号进行有效放大。
绝大部分的雷达发射机以脉冲方式工作，因此需要通过脉冲调制器对功放某个电极的供电电源进行调制输出。其中，大功率功放的供电电流会达到几安培甚至几十安培，在负压故障时，会造成功放栅极电压升高、漏源电流剧烈增大，从而损坏。因此，需要具有快速的负压保护的大功率电源调制电路，既可以对功放供电电源进行调制，也可以在负压故障时，快速切断供电，从而避免功放损坏。
中国专利授权公告号CN206164492U，公开了一种GaN功放脉冲调制电路，包括上电时序控制电路，栅压温度补偿电路和漏极脉冲调制电路，其中，上电时序控制电路分别与栅压温度补偿电路和漏极脉冲调制电路连接，栅压温度补偿电路和漏极脉冲调制电路的输出端分别与GaN功放的栅极和漏级连接；上电时序控制电路用于产生负电压输入至所述栅压温度补偿电路，以及产生使能信号输入至所述漏极脉冲调制电路；栅压温度补偿电路用于根据输入的负电压和GaN功放的温度产生GaN功放正常工作所需的栅极电压；漏极脉冲调制电路用于根据输入的使能信号和TTL脉冲信号产生漏极脉冲调制电压。该实用新型的GaN功放脉冲调制电路，具有电路简单、易于实现、性能稳定可靠、成本低廉的有益效果。但是该实用新型不具有快速的负压保护功能，不能对功放供电电源进行调制，也不能在负压故障时，快速切断供电，从而难以避免功放损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术功放供电电源调制电路不具有快速的负压保护功能，不能对功放供电电源进行调制，也不能在负压故障时，快速切断供电，从而难以避免功放损坏。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，包括负压取样电路、负压保护电路以及开关电路，所述负压取样电路的输入端分别与功放电源正端以及负压电源输出端连接，负压取样电路的输出端与负压保护电路的一个输入端连接，负压保护电路的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路的输出端与开关电路的控制端连接，开关电路的输入端接功放电源正端，开关电路的输出端作为功放调制供电端为功率放大器供电；当负压故障时，负压取样电路控制负压保护电路关断，从而使开关电路的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电。
本发明负压保护电路的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路的输出端与开关电路的控制端连接，通过负压保护电路实现功放供电电源调制，当负压故障时，负压取样电路控制负压保护电路关断，从而使开关电路的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电，因此在负压故障时，快速切断供电，避免功放损坏。
进一步地，所述负压取样电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与功放电源正端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，功放电源负端与负压电源输入端连接，负压电源输出端与电阻R2的另一端连接。
更进一步地，所述负压保护电路包括顺序编号的电阻R3至电阻R8、三极管V1以及三极管V2，所述电阻R4的一端与电阻R1的另一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端以及三极管V1的基极连接，电阻R3的一端接收调制脉冲，电阻R3的另一端分别与三极管V1的集电极以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端以及三极管V2的基极连接，三极管V2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R5的另一端、三极管V1的发射极、电阻R7的另一端以及三极管V2的发射极均与功放电源负端连接并接地。
更进一步地，所述开关电路包括电阻R9和MOS管V3，所述电阻R9的一端以及MOS管V3的栅极均与电阻R8的另一端连接；MOS管V3的源极以及电阻R9的另一端均与功放电源正端连接，MOS管V3的漏极作为功放调制供电端为功率放大器供电。
更进一步地，所述负压取样电路的输出电压为
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
表示功放电源电压，/>
Figure SMS_3
表示负压电源电压。
更进一步地，所述三极管V2随着调制脉冲的频率通断，三极管V2导通时集电极实际电流为
Figure SMS_4
其中，
Figure SMS_5
表示三极管V2的集电极与发射极之间的电压。
更进一步地，所述三极管V2导通时，MOS管V3的栅极电压为
Figure SMS_6
通过选择电阻R8和电阻R9的阻值，使三极管V2导通时，MOS管V3同时导通，即MOS管V3随着调制脉冲的频率通断，产生功率放大器所需要调制供电电压。
更进一步地，所述电阻R1的另一端作为负压保护点，则预设负压保护点最大电压为
Figure SMS_7
，则根据公式
Figure SMS_8
选取电阻R1和电阻R2的阻值；
更进一步地，所述三极管V1的栅极临界开启电压预设为
Figure SMS_9
，则通过公式
Figure SMS_10
选取电阻R8和电阻R9的阻值。
进一步地，当负压故障时，负压取样电路的输出电压通过电阻R4、电阻R5分压后，大于三极管V1的基射极导通偏置电压，则三极管V1的集射极导通，此时输入的调制脉冲通过电阻R3被三极管V1嵌位到集射极电压V1-CE，故三极管V2的基极电压V2-BE无法达到导通偏置电压，三极管V2截止，从而MOS管V3栅极电压为0，MOS管V3截止，功放调制供电端的电压为0，此时功率放大器无供电。
本发明的优点在于：本发明负压保护电路的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路的输出端与开关电路的控制端连接，通过负压保护电路实现功放供电电源调制，当负压故障时，负压取样电路控制负压保护电路关断，从而使开关电路的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电，因此在负压故障时，快速切断供电，避免功放损坏。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路的结构框图；
图2为本发明实施例所公开的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路中负压取样电路的原理图；
图3为本发明实施例所公开的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路中负压保护电路的原理图；
图4为本发明实施例所公开的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路中开关电路的原理图；
图5为本发明实施例所公开的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，包括负压取样电路1、负压保护电路2以及开关电路3，所述负压取样电路1的输入端分别与功放电源正端以及负压电源输出端连接，负压取样电路1的输出端与负压保护电路2的一个输入端连接，负压保护电路2的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路2的输出端与开关电路3的控制端连接，开关电路3的输入端接功放电源正端，开关电路3的输出端作为功放调制供电端为功率放大器供电；当负压故障时，负压取样电路1控制负压保护电路2关断，从而使开关电路3的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电。
如图2所示，所述负压取样电路1包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与功放电源正端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，功放电源负端与负压电源输入端连接，负压电源输出端与电阻R2的另一端连接。电阻R1、R2组成分压电路，通过选择合适的阻值，完成输入负电压到输出正电压变换。
如图3所示，所述负压保护电路2包括顺序编号的电阻R3至电阻R8、三极管V1以及三极管V2，所述电阻R4的一端与电阻R1的另一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端以及三极管V1的基极连接，电阻R3的一端接收调制脉冲，电阻R3的另一端分别与三极管V1的集电极以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端以及三极管V2的基极连接，三极管V2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R5的另一端、三极管V1的发射极、电阻R7的另一端以及三极管V2的发射极均与功放电源负端连接并接地。三极管V2的集射极工作状态受V1、V2控制，逻辑关系如下表所示：
表1 三极管V2导通逻辑关系表
Figure SMS_11
如图4所示，所述开关电路3包括电阻R9和MOS管V3，所述电阻R9的一端以及MOS管V3的栅极均与电阻R8的另一端连接；MOS管V3的源极以及电阻R9的另一端均与功放电源正端连接，MOS管V3的漏极作为功放调制供电端为功率放大器供电。通过MOS管V3的栅极电压变化控制V3的导通与截止，从而实现功放的脉冲调制供电。
如图5所示，如果功放电源电压为
Figure SMS_12
，负压电源电压为/>
Figure SMS_13
，则所述负压取样电路1的输出电压为
Figure SMS_14
（1）
正常工作时，负压取样电路1的输出电压
Figure SMS_15
通过电阻R4、电阻R5分压后得到U1-BE小于三极管V1的基极导通电压（通常硅管为0.7V），三极管V1截止。调制脉冲的信号电压
Figure SMS_16
通过电阻R3、电阻R6串联后与三极管V2基极相连，V2随着调制脉冲的频率通断，导通时三极管V2集电极极理论上最大电流为
Figure SMS_17
（2）
其中，
Figure SMS_18
为三极管V2的基射极电压，/>
Figure SMS_19
为三极管V1以及三极管V2的放大倍数。
同时，三极管V2集电极电流由功放电源提供，导通时集电极电流为
Figure SMS_20
（3）
由于，三极管V2饱和导通，
Figure SMS_21
远小于/>
Figure SMS_22
，所述三极管V2随着调制脉冲的频率通断，三极管V2导通时集电极实际电流为/>
Figure SMS_23
。
三极管V2导通时，MOS管V3的栅极电压为
Figure SMS_24
（4）
此时，通过选择电阻R8和电阻R9的合适的阻值，可以使三极管V2导通时，MOS管V3同时导通，即MOS管V3随着调制脉冲的频率通断，产生功率放大器所需要调制供电电压。
当负压故障时，负压取样电路1的输出电压通过电阻R4、电阻R5分压后，大于三极管V1的基射极导通偏置电压，则三极管V1的集射极导通，此时输入的调制脉冲通过电阻R3被三极管V1嵌位到集射极电压V1-CE，故三极管V2的基极电压V2-BE无法达到导通偏置电压，三极管V2截止，从而MOS管V3栅极电压为0，MOS管V3截止，功放调制供电端的电压为0，此时功率放大器无供电，不会因负压故障而损坏。如果此时负压故障消除，则开关电路3正常工作；如果负压故障一直存在，则继续重复上述的保护动作。因此该保护功能为“打嗝式”负压保护。
所述电阻R1的另一端作为负压保护点，假设负压保护点最大电压为
Figure SMS_25
，则根据公式
Figure SMS_26
（5）
选取电阻R1和电阻R2的阻值；
若所述三极管V1的栅极临界开启电压为
Figure SMS_27
，则通过公式
Figure SMS_28
（6）
选取电阻R8和电阻R9的阻值。
继续参阅图5，作为本发明进一步的改进，电阻R4、电阻R5组成分压电路，噪声通过电阻分压，因此噪声无法使三极管进入工作区，从而提高三极管的抗干扰能力。电阻R3、电阻R6、电阻R7的也具有抗干扰的作用，能够提高三极管V2的抗干扰能力。
通过以上技术方案，本发明负压保护电路2的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路2的输出端与开关电路3的控制端连接，通过负压保护电路2实现功放供电电源调制，当负压故障时，负压取样电路1控制负压保护电路2关断，从而使开关电路3的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电，因此在负压故障时，快速切断供电，避免功放损坏。功放调制供电与负压输入、调制脉冲输入的逻辑关系如下表所示。
表2 功放调制供电逻辑关系表
Figure SMS_29
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 (8)

1.一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，包括负压取样电路、负压保护电路以及开关电路，所述负压取样电路的输入端分别与功放电源正端以及负压电源输出端连接，负压取样电路的输出端与负压保护电路的一个输入端连接，负压保护电路的另一个输入端接收调制脉冲，负压保护电路的输出端与开关电路的控制端连接，开关电路的输入端接功放电源正端，开关电路的输出端作为功放调制供电端为功率放大器供电；当负压故障时，负压取样电路控制负压保护电路关断，从而使开关电路的控制端与输出端之间的电压降为0V，功率放大器无供电；
所述负压取样电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与功放电源正端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，功放电源负端与负压电源输入端连接，负压电源输出端与电阻R2的另一端连接；所述负压保护电路包括顺序编号的电阻R3至电阻R8、三极管V1以及三极管V2，所述电阻R4的一端与电阻R1的另一端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端以及三极管V1的基极连接，电阻R3的一端接收调制脉冲，电阻R3的另一端分别与三极管V1的集电极以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端以及三极管V2的基极连接，三极管V2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R5的另一端、三极管V1的发射极、电阻R7的另一端以及三极管V2的发射极均与功放电源负端连接并接地。
2.根据权利要求1所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述开关电路包括电阻R9和MOS管V3，所述电阻R9的一端以及MOS管V3的栅极均与电阻R8的另一端连接；MOS管V3的源极以及电阻R9的另一端均与功放电源正端连接，MOS管V3的漏极作为功放调制供电端为功率放大器供电。
3.根据权利要求2所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述负压取样电路的输出电压为
Figure QLYQS_1
其中，
Figure QLYQS_2
表示功放电源电压，/>
Figure QLYQS_3
表示负压电源电压。
4.根据权利要求3所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述三极管V2随着调制脉冲的频率通断，三极管V2导通时集电极实际电流为
Figure QLYQS_4
其中，
Figure QLYQS_5
表示三极管V2的集电极与发射极之间的电压。
5.根据权利要求4所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述三极管V2导通时，MOS管V3的栅极电压为
Figure QLYQS_6
通过选择电阻R8和电阻R9的阻值，使三极管V2导通时，MOS管V3同时导通，即MOS管V3随着调制脉冲的频率通断，产生功率放大器所需要调制供电电压。
6.根据权利要求5所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述电阻R1的另一端作为负压保护点，则预设负压保护点最大电压为
Figure QLYQS_7
，则根据公式
Figure QLYQS_8
选取电阻R1和电阻R2的阻值。
7.根据权利要求6所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，所述三极管V1的栅极临界开启电压预设为
Figure QLYQS_9
，则通过公式
Figure QLYQS_10
选取电阻R8和电阻R9的阻值。
8.根据权利要求2所述的一种具有负压保护的大功率功放供电电源调制电路，其特征在于，当负压故障时，负压取样电路的输出电压通过电阻R4、电阻R5分压后，大于三极管V1的基射极导通偏置电压，则三极管V1的集射极导通，此时输入的调制脉冲通过电阻R3被三极管V1嵌位到集射极电压V1-CE，故三极管V2的基极电压V2-BE无法达到导通偏置电压，三极管V2截止，从而MOS管V3栅极电压为0，MOS管V3截止，功放调制供电端的电压为0，此时功率放大器无供电。
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