KR20100097481A - 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국이나 중계기 등의 이동통신 장비의 전력증폭기의 트랜지스터를 과전류로부터 보호하기 위한 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 전원공급기에서 전력증폭기의 트랜지스터로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서와; 전류센서에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기와; 비교기에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터의 게이트 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 게이트·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치를 포함하여 이루어진 전력증폭기의 트랜지스터용 과전류 보호회로를 제공한다.

RF, 전력증폭기, 트랜지스터, 전류센서, 스위치.

Description

전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로{Over current protective circuit for transistor of power amplifier}

본 발명은 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기지국이나 중계기 등의 이동통신 장비에 사용되는 전력증폭기의 트랜지스터를 과전류로부터 보호하기 위한 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로 기지국이나 중계기 또는 갭 필러 등의 이동통신 장비는 입력된 신호를 전력 증폭하기 위하여 전력증폭기가 사용되며, 이러한 전력증폭기는 최대 전력을 추출하기 위해 주 능동소자인 트랜지스터를 비선형 특성이 강한 포화영역에서 동작시키게 된다.

이와 같이 전력증폭기의 트랜지스터는 전력 증폭과정에 있어서 핵심 역할을 하는 것으로서, 다른 소자들에 비하여 상대적으로 가격이 고가이고, 손상될 경우 통신 시스템을 마비시키게 되는 등 매우 중요한 역할의 소자이다.

따라서 종래의 기지국이나 중계기 등의 이동통신 장비에는 전력증폭기의 트랜지스터가 과전류로부터 손상되는 것을 보호하기 위한 장치가 설치되어 있다. 일 예로 자동 레벨 조정(Auto Level Control)을 통해 일정 출력 이상으로 전력레벨이 상승하는 것을 방지하고, 또한 일정 출력 이상이 되면 전력증폭기의 전원을 차단(Shut Down)하여 과전류에 의한 전력증폭기의 트랜지스터를 보호하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 전력증폭기용 트랜지스터 보호방식은 출력신호의 크기를 감지한 후 일정시간 동안 유지가 되어야만 동작이 이루어지는 방식이고, 전력검출기가 검출하는 신호의 평균값을 출력하기 때문에 지연시간이 발생될 수밖에 없다.

따라서 종래에는 순간적으로 높게 올라온 신호에 의한 트랜지스터의 손상을 보호할 수 없었고, 전력증폭기나 시스템 자체에서 발생되는 발진 등의 얘기치 않은 높은 신호에 의한 트랜지스터의 손상도 보호할 수 없는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 순간적인 높은 신호의 경우에도 전력증폭기의 트랜지스터를 보호할 수 있는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 순간적인 높은 신호의 경우에 일정 전류 이상을 넘지 못하도록 제어하므로 전력증폭기의 트랜지스터를 보호할 수 있는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 제공하는데 있다.

이와 같이 본 발명의 목적은 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서, 전원공급기에서 전력증폭기의 트랜지스터로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서와; 전류센서에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기와; 비교기에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터의 게이트 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 게이트·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치를 포함하여 이루어진 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 통해 달성할 수 있다.

또한 본 발명의 목적은 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서, 전원공급기에서 전력증폭기의 트랜지스터로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하 는 전류센서와; 전류센서에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기와; 비교기에서 출력되는 과전류 신호를 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태 신호로 유지하여 출력하는 상태유지기와; 상태유지기의 과전류 신호 출력을 알리는 알람과; 상태유지기의 과전류 신호 출력을 해제하기 위한 제어신호를 상태유지기로 출력하는 제어기와; 상태유지기에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터의 게이트 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 게이트·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치를 포함하여 이루어진 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 통해 달성할 수 있다.

그리고 본 발명의 목적은 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서, 전원공급기에서 전력증폭기의 트랜지스터로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서와; 전류센서에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기와; 비교기에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 전류센서로부터 입력된 전압을 트랜지스터의 드레인 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 트랜지스터로 출력하는 스위치를 포함하여 이루어진 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 통해 달성할 수 있다.

더욱이 본 발명의 목적은 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서, 전원공급기에서 전력증폭기의 트랜지스터의 드레인으로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서와; 전류센서에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기와; 비교기에서 출력되는 과전류 신호를 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태 신호로 유지하여 출력하는 상태유지기와; 상 태유지기의 과전류 신호 출력을 알리는 알람과; 상태유지기의 과전류 신호 출력을 해제하기 위한 제어신호를 상태유지기로 출력하는 제어기와; 상태유지기에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터의 드레인 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 드레인·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치를 포함하여 이루어진 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 통해 달성할 수 있다.

본 발명은 과전류 신호가 입력되는 경우 전류센서, 비교기, 스위치를 통해 게이트 전압을 보호할 수 있는 전압을 게이트·소스간 전압 입력단에 인가하므로 순간적인 과전류 신호로 인한 트랜지스터의 파손을 신속하게 방지하는 매우 유용한 효과가 있다.

또한 본 발명은 상태유지기를 통해 과전류 신호에 의한 트랜지스터의 파손을 지속적으로 보호하고, 알람과 제어기를 통해 과전류 신호를 인지 및 해제시키도록 하므로 보다 안정적으로 트랜지스터의 파손을 방지하는 매우 유용한 효과가 있다.

더욱이 본 발명은 과전류 신호가 입력되는 경우 게이트 전압을 보호할 수 있도록 전류센서에서 트랜지스터의 드레인으로 인가되는 전압을 스위치에서 직접 스위칭하여 출력하므로 트랜지스터의 파손을 방지하는 유용한 효과도 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

< 제 1 실시예 >

도 1은 본 발명에 따른 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 전류센서(200), 비교기(300), 스위치(500)로 이루어진다.

먼저, 전류센서(200)는 전원공급기(100)에서 전력증폭기의 트랜지스터(TR)로 흐르는 전류를 감지하는 것으로, 전력증폭기의 트랜지스터(TR)로 흐르는 전류를 전압으로 바꾸어 상기한 비교기(300)로 출력하게 된다.

비교기(300)는 전류센서(200)로부터 입력된 전압을 기준전압(Vref)과 비교하는 것으로, 그 비교한 신호를 상기한 스위치(500)로 출력하게 된다.

스위치(500)는 비교기(300)로부터 입력된 신호에 따라 그 스위칭 동작이 이루어지는 것으로, 비교기(300)로부터 과전류 신호가 입력된 경우에는 스위칭되어 전력 신호를 게이트·소스간 전압 입력단으로 인가하게 된다.

이때 게이트·소스간 전압 입력단에 인가되는 전압은 트랜지스터(TR)의 게이트 전압을 보호할 수 있는 전압으로서, 과전류 신호를 적정한 전압으로 바꾸어 인가하게 된다. 따라서 트랜지스터(TR)는 과전류로 인해 파괴되지 않고 보호된다.

반면, 비교기(300)로부터 과전류 신호가 아닌 정상범위 내의 신호가 입력되는 경우에는 스위치(500)는 스위칭되지 않으므로 게이트·소스간 전압 입력단에 전압을 인가하지 않는다.

한편, 비교기(300)를 통해 과전류가 감지되지 않는 경우에는 스위치(500)의 스위칭 동작이 더 이상 이루어지지 않으므로 트랜지스터(TR)는 정상적인 작동이 이루어지게 된다.

이와 같이 도 1에서 도시한 본 발명은 순간적으로 높은 전력레벨의 신호가 입력되더라도 스위치(500)의 동작을 통해 게이트 전압을 보호할 수 있는 전압을 게이트·소스간 전압 입력단에 인가하므로 트랜지스터(TR)의 파손을 매우 짧은 시간(수 마이크로 초) 안에 효과적으로 방지하게 된다.

< 제 2 실시예 >

도 2는 본 발명의 다른 실시예인 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 전류센서(200), 비교기(300), 상태유지기(400), 알람(410), 제어기(420), 스위치(500)로 이루어진다.

여기서 상태유지기(400)는 비교기(300)에서 출력되는 과전류 신호를 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태의 신호를 유지하여 스위치(500)로 출력하게 된다.

알람(410)은 상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 알리는 인지 역할을 수행하고, 제어기(420)는 상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 해제하기 위한 제어신호를 상태유지기(400)로 출력하게 된다.

한편, 전류센서(200), 비교기(300), 스위치(500)는 제1실시예의 그것과 동일 하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 도 2에서 도시한 본 발명은 과전류 신호가 입력되는 경우, 상태유지기(400)를 통해 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태의 신호를 유지하여 스위치(500)로 출력하게 되므로 스위치(500)는 스위칭을 통해 게이트 전압을 보호할 수 있는 전압을 게이트·소스간 전압 입력단에 인가하므로 트랜지스터(TR)의 파손을 방지하게 된다.

반면, 정상적인 전류 신호가 입력되는 경우에 상태유지기(400)는 자동으로 과전류 상태의 신호를 정상적인 신호로 변경하지 않고, 제어기(420)를 통해 제어신호가 인가된 경우에 한하여 정상적인 신호로 변경하여 스위치(500)로 출력하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 보호회로를 측정한 전력 그래프로서, 이를 통해 과전류 신호에 의해 보호회로가 작동된 이후에도 제어기(420)를 통한 제어신호의 입력이 없을 경우 트랜지스터(TR)가 계속 보호되고 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명은 상태유지기(400)와 알람(410) 및 제어기(420)를 순간적으로 전력레벨이 높아진 비정상적인 상황을 인지시켜 이를 해결할 수 있도록 하는 장점이 있고, 제어기(420)를 통한 제어신호의 출력 이전까지 트랜지스터(TR)를 보호하므로 보다 안정적으로 트랜지스터(TR)의 파손을 방지하는 장점이 있다.

< 제 3 실시예 >

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예인 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 전류센서(200), 비교기(300), 스위치(500)로 이루어진다.

여기서 스위치(500)는 비교기(300)로부터 입력된 신호에 따라 그 스위칭 동작이 이루어지는 것으로, 비교기(300)로부터 과전류 신호가 입력된 경우에 스위칭되며, 트랜지스터(TR)의 드레인 전압을 보호할 수 있도록 전류센서(200)에서 입력된 전압을 바꾸어 트랜지스터(TR)의 드레인 핀으로 출력하게 된다.

한편, 전류센서(200), 비교기(300)는 제1실시예의 그것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 도 4에서 도시한 본 발명은 순간적으로 높은 전력레벨의 신호가 입력되더라도 스위치(500)의 동작을 통해 드레인 핀에 입력되는 전압을 제어하므로 트랜지스터(TR)의 파손을 방지하게 된다.

< 제 4 실시예 >

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 전류센서(200), 비교기(300), 상태유지기(400), 알람(410), 제어기(420), 스위치(500)로 이루어진다.

여기서 스위치(500)는 상태유지기(400)로부터 입력된 신호에 따라 그 스위칭 동작이 이루어지는 것으로, 상태유지기(400)로부터 과전류 신호가 입력된 경우에 스위칭되며, 트랜지스터(TR)의 드레인 전압을 보호할 수 있도록 전류센서(200)에서 입력된 전압을 바꾸어 트랜지스터(TR)의 드레인 핀으로 출력하게 된다.

한편, 전류센서(200), 비교기(300), 상태유지기(400), 알람(410), 제어기(420)는 제2실시예의 그것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 도 5에서 도시한 본 발명은 정상적인 전류 신호가 입력되는 경우, 상태유지기(400)는 자동으로 과전류 상태의 신호를 정상적인 신호로 변경하지 않고, 제어기(420)를 통해 제어신호가 인가된 경우에 한하여 정상적인 신호로 변경하여 스위치(500)로 출력하게 된다.

따라서 상태유지기(400)와 알람(410) 및 제어기(420)를 순간적으로 전력레벨이 높아진 비정상적인 상황을 인지시켜 이를 해결할 수 있도록 하는 장점이 있고, 제어기(420)를 통한 제어신호의 출력 이전까지 트랜지스터(TR)를 보호하므로 보다 안정적으로 트랜지스터(TR)의 파손을 방지하게 된다.

이와 같이 기술한 본 발명의 여러 실시 예는 바람직한 일 예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 록도.

도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로를 측정한 전력 그래프.

도 4,5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로를 나타낸 블록도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 전원공급기 200 : 전류센서

300 : 비교기 400 : 상태유지기

410 : 알람 420 : 제어기

500 : 스위치 TR : 트랜지스터

Claims (4)

1. 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서,

   전원공급기(100)에서 전력증폭기의 트랜지스터(TR)의 드레인으로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서(200)와;

   전류센서(200)에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기(300)와;

   비교기(300)에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어, 트랜지스터(TR)의 드레인 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 드레인·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치(500)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로.
2. 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서,

   전원공급기(100)에서 전력증폭기의 트랜지스터(TR)의 드레인으로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서(200)와;

   전류센서(200)에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기(300)와;

   비교기(300)에서 출력되는 과전류 신호를 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태 신호로 유지하여 출력하는 상태유지기(400)와;

   상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 알리는 알람(410)과;

   상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 해제하기 위한 제어신호를 상태유지기(400)로 출력하는 제어기(420)와;

   상태유지기(400)에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터(TR)의 게이트 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 게이트·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치(500)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로.
3. 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서,

   전원공급기(100)에서 전력증폭기의 트랜지스터(TR)의 드레인으로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서(200)와;

   전류센서(200)에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기(300)와;

   비교기(300)에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터(TR)의 드레인 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 드레인·스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치(500)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로.
4. 이동통신용 고주파 전력증폭기에 있어서,

   전원공급기(100)에서 전력증폭기의 트랜지스터(TR)의 드레인으로 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 바꾸어 출력하는 전류센서(200)와;

   전류센서(200)에서 출력되는 전압을 기준전압과 비교하여 그 비교한 신호를 출력하는 비교기(300)와;

   비교기(300)에서 출력되는 과전류 신호를 별도의 제어신호가 있을 때까지 과전류 상태 신호로 유지하여 출력하는 상태유지기(400)와;

   상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 알리는 알람(410)과;

   상태유지기(400)의 과전류 신호 출력을 해제하기 위한 제어신호를 상태유지기(400)로 출력하는 제어기(420)와;

   상태유지기(400)에서 출력되는 과전류 신호에 의해 스위칭되어 트랜지스터(TR)의 드레인 전압을 과전류 상태로부터 보호할 수 있는 전압으로 바꾸어 드레인·소스간 전압 입력단으로 출력하는 스위치(500)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 트랜지스터 과전류 보호회로.

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