KR200247993Y1 - 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전력 증폭기에 관한 것으로서, 특히 전력 증폭기에서 외부로부터의 비정상적인 전원 공급으로 인해 내부에 구성되는 고가의 증폭 소자가 손상되거나 파괴되는 것을 방지하여 내부 증폭 소자를 보호하는 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로에 관한 것이다.

Description

전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로{AMPLIFYING DEVICE PROTECTING CIRCUIT IN POWER AMPLIFIER}

본 고안은 전력 증폭기에 관한 것으로서, 특히 전력 증폭기에서 외부로부터 비정상적인 전원 공급으로 인해 내부의 증폭 소자가 손상되거나 파괴되는 것을 방지하여 증폭 소자를 보호하는 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전력 증폭기(Power Amplifier)는 각종 통신장비에 적용되어 통신장비에서 요구되어지는 전력 레벨로 신호를 증폭한다. 통상적으로 코드분할다중접속(CDMA) 시스템의 기지국이나 중계기에서는 수신되는 미약한 수신신호를 일정 레벨의 신호로 증폭하거나 송신하고자 하는 송신신호를 요구되어지는 레벨로 증폭하기 위해 전력 증폭기를 사용한다. 기지국에 적용되는 전력 증폭기를 도 1을 참조하여 예로 들어보면; 일반적으로 기지국(2)은 휴대용 단말기(1)로부터 호(Call)를 수신하게 되면 그 신호를 교환기(200)로 송신하게 되며, 이때 교환기(200)는 입력된 호를 송신하여 해당 호를 갖는 단말기에 근접된 기지국(2)을 통해 호를 전달한다. 호를 전달받은 해당 단말기에는 벨이 울려 단말기 상호간에 상호교신 가능상태가 된다. 상기의 기지국(2)은 통상 호를 송/수신하는 안테나와 상기 교환기(200)에 연결되는 전력 증폭기(100)로 이루어진다.

일반적으로, 이러한 전력 증폭기에 사용되는 증폭 소자는 현재까지 매우 고가이다. 따라서, 증폭 소자에 이상이 발생하거나, 증폭 소자가 손상 또는 파괴된다면 유지보수 측면에서 큰 손해가 발생하게 된다. 전력 증폭기에 사용되는 증폭 소자를 손상시키거나 파괴시키는 가장 큰 원인 중 하나는 비정상적이거나 불안정한 전원이 증폭소자에 공급되었을 경우이다. 예를 들어, 전력 증폭기에 공급되는 전원이 상기 증폭 소자의 동작전원 범위 이상의 고전압인 경우에는 소자가 손상되거나 파괴된다.

종래, 전력 증폭기에서 증폭 소자에 비정상적인 전압이 공급되는 것을 방지하기 위한 통상적인 기술은 CPU(Central Processing Unit)의 제어에 의해 비정상적인 전압이 공급되었을 경우에 상기 증폭 소자로 공급되는 전압을 차단하는 CPU 제어에 의한 기술이었다. 하지만, 종래 CPU 제어에 의한 증폭 소자로의 전원 공급 차단 기술에 있어서 비정상적인 전원공급으로부터 CPU 제어에 의한 증폭 소자로의 전원 공급 차단까지의 시간이 너무 늦어 이 역시 증폭 소자의 손상이나 파괴의 위험으로부터 자유롭지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 전력 증폭기의 증폭 소자에 공급되는 동작전압이 비정상적인 경우에 즉시 전원공급을 차단하여 증폭 소자의 손상을 방지하는 전력증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로를 제공함에 있다.

상술한 본 고안을 해결하기 위하여 본 고안의 제1견지에 따라 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 비정상적인 외부 전원으로부터 보호하는 회로는: 상기 외부 전원과 상기 증폭 소자에 공급되는 전원 경로 상에 구성되어 스위치 닫힘에 의해 상기 전원을 상기 증폭 소자에 공급하고, 상기 스위치의 열림에 의해 상기 전원이 상기 증폭 소자에 공급되는 것을 차단하는 하이 사이드 스위치; 및 상기 하이 사이드 스위치로 공급되는 상기 외부 전원을 입력받는 제1입력 단자와, 기준전압이 설정된 제2입력 단자를 구비하여 상기 제1입력 단자를 통해 입력된 상기 외부 전원과 상기 제2입력 단자의 기준전압을 비교하여 상기 외부 전원이 정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 닫힘 제어신호를 발생하고, 상기 외부 전원이 비정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 열림 제어신호를 발생하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 비교기;를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 제2견지에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로에서 상기 하이 사이드 스위치는 피엔피(PNP) 트랜지스터를 사용함을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 제3견지에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로에서 상기 하이 사이드 스위치는 에프이티(FET) 트랜지스터를 사용함을 특징으로 한다.

도 1은 통상적인 기지국에서 증폭기의 사용환경을 도시한 도면,

도 2a는 본 고안과 관련된 하이 사이드 스위치의 개념을 설명하기 위한 회로 구성도,

도 2b는 도 2a와 비교되는 로우 사이드 스위치의 개념을 설명하기 위한 회로 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호하기 위한 회로의 블록 구성도,

도 4는 본 고안의 구체적 실시 예에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호하기 위한 회로구성도,

도 5는 본 고안에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호회로에 의거 증폭 소자로의 비정상 전원 공급을 차단하는 동작을 나타낸 제어 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 휴대용 단말기 2: 기지국

10: 하이 사이드 스위치 20: 비교기

30: 증폭 소자 100: 전력 증폭기

200: 교환기

본 고안에서는 전력 증폭기에 공급되는 외부 전원이 증폭소자에 공급되는 경로 상에 비정상적인 전압이 공급되는 경우에 즉시 전원을 차단시킬 수 있는 보호회로를 구현한 것으로, 본 고안의 구체적인 설명에 앞서 본 고안에 적용되는 스위치를 도 2를 통해 간략히 설명한다.

먼저, 도 2a는 본 고안과 관련된 하이 사이드 스위치의 개념을 설명하기 위한 회로 구성도이며, 도 2b는 상기 도 2a와 비교되는 로우 사이드 스위치의 개념을 설명하기 위한 회로 구성도이다. 상기 도 2a에 따른 하이 사이드 스위치(High Side Switch)는 플러스(+) 쪽의 전원을 절단시키는 스위치이며, 상기 도 2b에 따른 로우 사이드 스위치(Low Side Switch)는 그라운드(GND) 쪽의 전원을 절단시키는 스위치이다. 본 고안이 적용되는 전력 증폭기를 보면 전체적인 그라운드 쪽의 전원을 절단시키기는 매우 어렵다. 따라서, 본 고안에서는 플러스 쪽의 전원을 차단시키는 하이 사이드 스위치를 사용한다. 본 고안에 따른 하이 사이드 스위치로는 PNP 트랜지스터 또는 FET 트랜지스터를 사용할 수 있다.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 고안에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호하기 위한 회로의 블록 구성도로서, 외부 전원인 +V_CC가 전력 증폭기의 내부에 구성되는 증폭 소자(30)에 공급되는 전원 경로(Path) 상에 상기 하이 사이드 스위치(10)가 구성된다. 또한, 상기 외부 전원 +V_CC전원을 설정된 기준전압값과 비교하는 비교기(20)가 구성되어, 상기 외부 전원 +V_CC를 입력받아 공급 전원의 정상여부를 비교한 후, 스위치 개/폐 제어신호를 상기 하이 사이드 스위치(10)에 전달하여 상기 하이 사이드 스위치(10)의 개/폐를 제어한다.

예를 들어, 상기 비교기(20)가 상기 외부 전원 +V_CC을 감지하여 외부 전원이 증폭 소자의 정상적인 동작전원(21~30V) 범위인 경우라고 감지하는 경우에는 상기 하이 사이드 스위치(10)에 스위치 닫힘(close) 제어신호를 인가하여 상기 하이 사이드 스위치(10)를 클로우즈(close) 시켜 상기 외부 전원인 +V_CC가 상기 하이 사이드 스위치(10)를 통해 상기 증폭 소자(30)에 공급되도록 한다.

그러나, 상기 비교기(20)가 상기 외부 전원 +V_CC을 감지하여 외부 전원이 비정상적인 동작전원(30V 이상)인 경우라고 감지하는 경우에는 상기 하이 사이드 스위치(10)에 스위치 열림(open) 제어신호를 인가하여 상기 하이 사이드 스위치(10)를 오픈 시켜 상기 외부 전원인 +V_CC가 상기 하이 사이드 스위치(10)를 통해 상기 증폭 소자(30)로 공급되는 것을 차단한다. 이 경우, 상기 비교기(20)는 스위치 제어를 고속으로 행함으로서, 비정상적인 전원이 외부로부터 공급되더라도 공급 즉시 상기 하이 사이드 스위치(10)의 전원을 차단시켜 상기 증폭 소자(30)의파괴(Breakdown)를 막을 수 있다.

도 4는 본 고안의 구체적 실시 예에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호하기 위한 회로 구성도이다.

먼저, 회로 구성을 설명하면; 외부 전원 +V_CC가 상기 하이 사이드 스위치(10)의 입력단에 연결됨과 아울러 상기 비교기(20)의 플러스(+) 입력단자에 연결된다. 상기 하이 사이드 스위치(10)의 출력단은 상기 증폭 소자(30)에 연결된다. 한편, 상기 비교기(20)의 마이너스(-) 입력단자는 기준전압인 V_ref가 연결되며, 상기 비교기(20)의 출력이 상기 하이 사이드 스위치(10)의 개/폐를 제어한다.

상술한 회로와 같은 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로의 동작을 정상적인 외부 전원 공급인 경우와 비정상적인 외부 전원 공급인 경우로 구분하여 설명한다.

1. 외부 전원이 정상 전압인 경우.

상기 외부 전원 +V_CC은 상기 비교기(20)의 플러스 입력단자에 입력되어 기준전압인 V_ref와 비교되어 정상전압으로 판단된다. 일 예로, 상기 기준전압이 30V로 설정되며, 정상전압으로 판단되는 경우는 입력되는 외부 전원이 30V 이내인 경우가 된다. 그러면, 상기 비교기(20)는 정상전압의 결과 판단에 기인하여 상기 하이 사이드 스위치(10)를 클로우즈 시키도록 하는 제어신호(CTL)를 상기 하이 사이드 스위치(10)에 인가하여 상기 외부 전원 V_CC가 상기 증폭 소자(30)에 정상적으로 공급되도록 제어한다.

2. 외부 전원이 비정상 전압인 경우.

상기 외부 전원 V_CC은 상기 비교기(20)의 플러스 입력단자에 입력되어 기준전압인 V_ref와 비교된다. 상기의 정상 전압인 경우와 같이 일 예로, 상기 기준전압이 30V로 설정되며, 입력되는 외부 전원이 30V를 초과하는 경우에 상기 비교기(20)는 입력된 전압을 비정상 전압으로 판단한다.

상기 비교결과 상기 외부 전원 V_CC가 비정상 전압으로 판단되면, 상기 비교기(20)는 비정상 전압의 결과 판단에 기인하여 상기 하이 사이드 스위치(10)를 오픈 시키도록 하는 제어신호(CTL)를 상기 하이 사이드 스위치(10)에 인가하여 상기 외부 전원 V_CC가 상기 증폭 소자(30)에 정상적으로 공급되는 것을 차단하여 상기 증폭 소자(30)를 보호한다.

도 5는 본 고안에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호회로에 의거 증폭 소자로의 비정상 전원 공급을 차단하는 동작을 나타낸 제어 흐름도이다.

301단계에서, 상기 비교기(20)는 플러스 입력단자를 통해 입력된 입력 전압 V_CC를 검출한다.

303단계에서, 상기 비교기(20)는 기준전압인 V_ref를 입력 전압인 상기 V_CC와 비교한다.

305단계에서, 상기 비교기(20)는 비교 결과를 판단하여 상기 입력 전압이 상기 기준전압으로 설정된 전압 값 이내인가를 판단하여 상기 증폭 소자(30)의 정상 동작 전원 범위인가를 판단한다.

상기 305단계에서 상기 비교기(20)는 판단 결과 정상 동작 전원인 경우에는 307단계로 진행하고, 비정상 동작 전원인 경우에는 311단계로 진행한다.

상기 307단계에서, 상기 비교기(20)는 스위치 '온' 신호(스위치 닫힘 제어신호)를 상기 하이 사이드 스위치(10)에 인가하여 309단계에서 상기 증폭 소자(30)에 전원을 공급한다.

하지만, 상기 111단계로 진행하면 상기 비교기(20)는 스위치 '오프' 신호(스위치 열림 제어신호)를 상기 하이 사이드 스위치(10)에 인가하여 313단계에서 상기 증폭 소자(30)에 공급되는 전원을 고속 차단하여 상기 증폭 소자(30)가 비정상 전압에 기인하여 손상 또는 파괴되는 것을 보호한다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 비정상적인 외부 전원으로부터 보호하는 회로는 상기 외부 전원과 상기 증폭 소자(30)에 공급되는 전원 경로 상에 구성되어 스위치(10) 닫힘에 의해 상기 전원을 상기 증폭 소자(30)에 공급하고, 상기 스위치(10)의 열림에 의해 상기 전원이 상기 증폭 소자(30)에 공급되는 것을 차단하는 하이 사이드 스위치(10); 및 상기 하이 사이드 스위치(10)로 공급되는 상기 외부 전원을 입력받는 제1입력 단자와, 기준전압이 설정된 제2입력 단자를 구비하여 상기 제1입력 단자를 통해 입력된 상기 외부 전원과 상기 제2입력 단자의 기준전압을 비교하여 상기 외부 전원이 정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 닫힘 제어신호를 발생하고, 상기 외부 전원이 비정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 열림 제어신호를 발생하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 비교기(20);를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 적용되는 상기 하이 사이드 스위치로는 피엔피(PNP) 트랜지스터 또는 에프이티(FET) 트랜지스터를 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안은 전력 증폭기의 증폭 소자에 공급되는 동작전압이 비정상적인 경우에 즉시 전원공급을 차단하므로써 증폭 소자의 손상 또는 파괴를 방지하여 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 보호하는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자를 비정상적인 외부 전원으로부터 보호하는 회로에 있어서:

   상기 외부 전원과 상기 증폭 소자에 공급되는 전원 경로 상에 구성되어 스위치 닫힘에 의해 상기 전원을 상기 증폭 소자에 공급하고, 상기 스위치의 열림에 의해 상기 전원이 상기 증폭 소자에 공급되는 것을 차단하는 하이 사이드 스위치; 및

   상기 하이 사이드 스위치로 공급되는 상기 외부 전원을 입력받는 제1입력 단자와, 기준전압이 설정된 제2입력 단자를 구비하여 상기 제1입력 단자를 통해 입력된 상기 외부 전원과 상기 제2입력 단자의 기준전압을 비교하여 상기 외부 전원이 정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 닫힘 제어신호를 발생하고, 상기 외부 전원이 비정상 전원인 경우에는 상기 하이 사이드 스위치 열림 제어신호를 발생하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 비교기;를 구비하는 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하이 사이드 스위치는 피엔피 트랜지스터를 사용함을 특징으로 하는 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하이 사이드 스위치는 에프이티 트랜지스터를 사용함을 특징으로 하는 전력 증폭기에서 내부 증폭 소자 보호회로.