专利名称：一种功率放大器的过流保护电路及实现方法
技术领域：
本发明涉及通信系统领域的业务应用技术，特别涉及一种功率放大器的过流保护
电路及实现方法。
背景技术：
在集成电路中，功率放大器被广泛使用。功率放大器的主要作用是向负载提供放大的功率。功率放大器主要由输入电路和输出电路组成，有时还包括中间放大级电路。其中，输出电路主要由具有对电流有放大功能的晶体管或具有对电流有放大功能的场效应管构成，其中最常用的是互补电路。本发明在举例时，以输出电路由场效应管构成说明。
图l为现有技术的功率放大器的结构示意图，在图中，只示出了功率放大器的输出电路，输入电路和中间放大级电路并未示出。其中，功率放大器的输出电路由两个场效应管NPN场效应管100和PNP场效应管200组成。NPN场效应管100的源级接入电源电压，栅极和功率放大器的输入电路(图中未示出)相连接，NPN场效应管100的漏极和PNP场效应管200的漏极相连接后接入负载的一端，PNP场效应管200的栅极和功率放大器的输入电路(图中未示出)相连接，源级接地，负载的另一端接地。这样，就可以将功率放大器的输入电路输入的功率放大。 在集成电路中采用图1所示的功率放大器时，为了在使用过程中出现过流时防止功率放大器烧坏，还需要对功率放大器过流保护。目前，对功率放大器过流保护采用两种方式，以下分别说明。 方式一，检测得到功率放大器的NPN场效应管100的栅极和源极之间的电压，判断是否超过设置的第一参考电压，间接确定功率放大器是否过流，如果过流，关断功率放大器。 图2为现有技术功率放大器的过流保护方式一结构示意图，包括具有NPN场效应管100和PNP场效应管200的功率放大器，NPN场效应管100的栅极和电压比较器的一个输入端相连接，电压比较器的另一个输入端则接入第一参考电压，电压比较器的输出端同时接入PNP场效应管200的栅极和反向器的输入端，反向器的输出端接入NPN场效应管100的栅极。其中，第一参考电压值是根据NPN场效应管100的功率放大倍数及过流电流值计算得到的，也就是说，根据功率放大倍数得到NPN场效应管100的栅极电流值，然后栅极电阻值和栅极电流值之间的乘积就是第一参考电压。 当输入电压比较器检测到输入的NPN场效应管100栅源级电压大于第一参考电压时，跳变电平，使得NPN场效应管100和PNP场效应管200关断，由于NPN场效应管100和PNP场效应管200的栅极极性相反，必须采用相反极性的电平分别通过栅极关断，所以在NPN场效应管100和电压比较器之间设置了反向器。 第二种方式，产生一个与功率放大器的NPN场效应管100的电流成等比例的电流，
采用该电流和阈值电流进行比较，判断是否过流，如果是，则关断功率放大器。 图3为现有技术功率放大器的过流保护方式二结构示意图，包括具有NPN场效应管100和PNP场效应管200的功率放大器、设置的NPN场效应管300、电阻、电压比较器及反相器。其中，NPN场效应管100的栅极接入设置的NPN场效应管300的栅极，NPN场效应管100的源级接入设置的NPN场效应管300的源极，设置的NPN场效应管300的漏极连接电阻后接地。在设置的NPN场效应管300的漏极和电阻之间引出引线连接电压比较器的一个输入端，电压比较器的另一个输入端连接第二参考电压，电压比较器的输出端同时接入PNP场效应管200的栅极和反向器的输入端，反向器的输出端接入NPN场效应管100的栅极。该第二参考电压为根据过流电流值和电阻值乘积计算得到的电压值。 当功率放大器的电流超过过流电流时，该过流电流经过设置的NPN场效应管300减少数十倍后，附加在电阻上。这样，电压比较器输入的电压值就等于电阻和设置的NPN场效应管300的源极电流值的乘积，和第二参考电压比较，如果大于，跳变电平，使得NPN场效应管100和PNP场效应管200关断，由于NPN场效应管100和PNP场效应管200的栅极极性相反，必须采用相反极性的电平分别通过栅极关断，所以在NPN场效应管100和电压比较器之间设置了反向器。 采用上述两种方式虽然可以对功率放大器进行过流保护，但是也存在着共同的缺点过流保护不准确，容易引起误操作或者过流时还未进行过流保护，对功能放大器造成损伤。其中，第一种方式采集的是功能放大器中的场效应管的栅源极电压，这就需要根据过流电流得到栅源极的第一参考电压后进行比较，根据功率放大器的电性参数得知，这样得到的栅源极的第一参考电压无法准确的反应过流电流值，所以依据该第一参考电压值最终进行的过流保护也不准确；第二种方式将功率放大器的输出电流通过设置的场效应管进行了数十倍的縮小，在采用设置的功率放大器300縮小输出电流时就使得电流值不准确，且设置了电阻，对于集成电路工艺来说，如果电阻的阻值设置比较小，则在工艺制造时难以实现且制造的电阻阻值不准确，造成最终测得的电压不准确，从而根据该测得的电压值最终进行过流保护也不准确；如果电阻的阻值设置比较大，则会对具有功率放大器的集成电路产生损耗，因此，采用第二种方式进行功率放大器的过流保护也不准确。 因此，如何对功率放大器进行精确且简便的过流保护成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种功率放大器的过流保护电路，该过流保护电路能够对功率放大器进行精确和简便的过流保护。 本发明还提供一种功率放大器的过流保护实现方法，该方法能够对功率放大器进行精确和简便的过流保护。 为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的 —种功率放大器的过流保护电路，包括互相串联的功率放大器输出电路和负载，
该电路还包括在功率放大器输出电路的输出端和负载之间的开关电容电路、采集电路、电
压比较器和反向器，其中， 采集电路在功率放大器工作时，采集用于等效功率放大器输出电阻的开关电容电路电压值，作为电压比较器的一个输入，电压比较器的另一个输入为设置的阈值电压值，电压比较器的输出端同时接入功率放大器输出电路中的PNP场效应管(200)的栅极和反向器的输入端，反向器的输出端接入功率放大器输出电路中的NPN场效应管(100)的栅极。
所述开关电容电路由第一开关、第二开关和一个电容构成，其中，第一开关和第二开关串联接在功率放大器输出电路的输出端和负载之间，电容的一端接在第一开关和第二开关之间，另一端接地； 第一开关和第二开关的开关频率为所述功率放大器所在的集成电路的晶振频率，第一开关和第二开关动作相反，用于给电容充放电。 所述电容在充电后相当于一个电阻，阻值小于等于电源电压和过流电流值的比值，大于等于可检测到的电源电压和过流电流值的比值； 所述设定的阈值电压值为过流电流值和所述等效功率放大器输出电阻的乘积。 所述等效功率放大器输出电阻小于等于1欧姆。 所述采集电路由第一缓冲器、第二缓冲器及减法电路组成，其中， 功率放大器和第一开关引出的引线接入第一缓冲器的一个输入端，第一缓冲器的
另一个输入端和第一缓冲器的输出端相连接，第一缓冲器的输出端经接入减法电路的一个
输入端，从第二开关和负载之间引出的引线接入第二缓冲器的一个输入端，第二缓冲器的
另一个输入端和第二缓冲器B2的输出端相连接，第二缓冲器的输出端接入减法电路的另
一个输入端。 所述减法电路包括减法器和多个电阻，其中， 第一电阻串联在第一缓冲器和减法器的一个输入端之间，第二电阻串联在第二缓
冲器和减法器的另一个输入端之间，第三电阻串联在减法器的另一个输入端和地之间，减
法器的输出端和减法器的一个输入端之间串联有第四电阻； 减法器的输出端连接电压比较器的一个输入端。 所述的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值相同。 —种利用上述电路的功率放大器的过流保护方法，该方法包括 当功率放大器的输出电路工作时，由采集电路采集得到开关电容电路的电压后，
输入给电压比较器； 电压比较器将输入的开关电容电路的电压和设置的阈值电压比较，确定是否超过，如果是，跳变电平，使得功率放大器的输出电路中的PNP场效应管(200)关断以及通过反向器将NPN场效应管(100)关断。 所述阈值电压为开关电容电路的等效电阻和过流电路的乘积； 所述开关电容电路的等效电阻的阻值小于等于电源电压和过流电流值的比值，大
于等于可检测到的电源电压和过流电流值的比值。 所述的采集电路分别通过两个缓冲器采集开关电容电路两端的电压后，输入到减法电路中得到开关电容电路的电压。 由上述技术方案可见，本发明提供一个开关电容电路，与功率放大器的输出端和负载串联，该开关电容电路在功率放大器工作时，产生一个的输出电路的等效电阻，直接测试该等效电阻的电压，和设置的阈值电压比较，通过确定是否超过设置的阈值电压确定功率放大器是否过流，如果过流，则直接控制关断功率放大器的输出电路。由于作为参考电压的阈值电压直接采用过流电流值和设置的等效电阻的电阻值计算，所以准确；而检测得到的等效电阻电压没有像现有技术方式二那样被减小，就是实质的功能放大器输出电路的输
6出电压，所以也准确。因此，以两个准确的功率放大器的等效电阻的电压和阈值电压确定功能放大器是否过流也会精确，另外，本发明只是采用一个简单的开关电容电路就实现了对功率放大器的过流保护，所以实现简便。
图1为现有技术的功率放大器的结构示意 图2为现有技术功率放大器的过流保护方式一结构示意 图3为现有技术功率放大器的过流保护方式二结构示意 图4为本发明提供的功率放大器的过流保护结构示意 图5为本发明提供的功率放大器的过流保护方法流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。 从对现有技术的方式一和方式二可以看出，造成现有技术对功率放大器的测试不准确的原因为作为电压比较器的参考电压或/和测试得到的作为电压比较器的输入电压不准确。因此，本发明提供的方法为了使得作为电压比较器的参考电压或/和测试得到的作为电压比较器的输入电压准确，提供一个开关电容电路，与功率放大器的输出端和负载串联，该开关电容电路在功率放大器工作时，产生一个功率放大器的输出电路的等效电阻，直接测试该等效电阻的电压，和设置的阈值电压比较，通过确定是否超过设置的阈值电压确定功率放大器是否过流，如果过流，则直接控制关断功率放大器的输出电路。由于作为参考电压的阈值电压直接采用过流电流值和设置的等效电阻电阻值计算，所以准确；而检测得到的等效电阻电压没有像现有技术方式二那样被减小，就是实质的功能放大器输出电路的输出电压，所以也准确。因此，以两个准确的功率放大器的等效电阻的电压和阈值电压确定功能放大器是否过流也会精确，另外，本发明只是采用一个简单的开关电容电路就实现了对功率放大器的过流保护，所以实现简便。 在本发明中，开关电容电路由两个开关和一个电容构成，其中，两个开关串联接在功率放大器和负载之间，电容的一端接在两个开关之间，另一端接地。两个开关的开关频率为集成电路的晶振频率，比如可以为54兆赫兹等，两个开关的开关动作相反，用于给电容充放电。电容在充电后相当于一个电阻，阻值小于等于电源电压和过流电流值的比值，大于等于可检测到的电源电压和过流电流值的比值，根据阻值就可以计算得到电容的电容值，阈值电压为过流电流值和电阻的阻值乘积。 本发明在具体实现时，采用开关电容电路等效功率放大器的输出电路电阻的阻值最好小于等于1欧姆。 本发明将电容作为功率放大器输出电路的等效电阻，本领域人员可以得知电容及特定的电容值在工艺制造时易于实现，等效电阻的阻值为^ = V^77,其中，C为电容值，R为等效电阻值，根据该公式就可以计算得到等效电阻的阻值。 图4为本发明提供的功率放大器的过流保护结构示意图，包括具有NPN场效应管100和PNP场效应管200的功率放大器以及和功率放大器的输出端相连的负载，功率放大器 的输出端为NPN场效应管100和PNP场效应管200互相连接的漏极。在功率放大器的输出 端和负载之间具有用于形成等效于功率放大器输出电路电阻的开关电容电路、采集开关电 容电路电压的采集电路、电压比较器及反向器。 其中，电压比较器的一输入端接入采集电路的输出端，另一输入端接入设置的阈 值电压，电压比较器的输出端同时接入PNP场效应管200的栅极和反向器的输入端，反向器 的输出端接入NPN场效应管100的栅极。 开关电容电路由第一开关Kl、第二开关K2及电容CI构成，第一开关Kl和第二开 关K2串联接在功率放大器和负载之间，电容C1的一端接在两个开关之间，另一端接地。
采集电路包括第一缓冲器B1、第二缓冲器B2及减法电路。功率放大器和第一开 关K1引出的引线接入第一缓冲器B1的一个输入端，第一缓冲器B1的另一个输入端和第一 缓冲器B1的输出端相连接，第一缓冲器B1的输出端接入减法电路的一个输入端，从第二开 关K2和负载之间引出的引线接入第二缓冲器B2的一个输入端，第二缓冲器B2的另一个输 入端和第二缓冲器B2的输出端相连接，第二缓冲器B2的输出端接入减法电路的另一个输 入端。减法电路的输出端连接电压比较器的一个输入端。也就是将开关电容电路两端的电 压值作为了减法电路的输入端，经过了减法电路的计算后，得到开关电容电路的电压后，输 入到电压比较器的输入端。 减法电路由几个电阻和减法器组成，其中，第一电阻R1串联在第一缓冲器B1和减 法器的一个输入端之间，第二电阻R2串联在第二缓冲器B2和减法器的另一个输入端之间， 第三电阻R3串联在减法器的另一个输入端和地之间，减法器的输出端和减法器的一个输 入端之间串联有第四电阻R4。调整这几个电阻的电阻值，可以改变减法器输入信号的放大 倍数。在本发明实际应用中，取第一电阻R1 二第二电阻R2 二第三电阻R3 =第四电阻尺4， 则减法器对输入信号的放大倍数均为1。 当然，也可以采用其他方式采集得到的开关电容电路的电压，作为电压比较器的 一个输入电压，而不限于该方式。 当输入电压比较器检测到输入的NPN场效应管100栅源级电压大于阈值电压时， 跳变电平，使得NPN场效应管100和PNP场效应管200关断，由于NPN场效应管100和PNP 场效应管200的栅极极性相反，必须采用相反极性的电平分别通过栅极关断，所以在NPN场 效应管100和电压比较器之间设置了反向器。 这样，在功率放大器在集成电路中工作时，就可以准确地并简便地进行过流保护 了。 图5为本发明提供的功率放大器的过流保护方法流程图，其具体步骤为 步骤501、在功率放大器和负载之间设置功率放大器的输出电路等效电阻的开关
电容电路，在放大器工作时，检测得到开关电容电路的电压值； 步骤502、采用电压比较器将检测得到的开关电容电路的电压值和设置的阈值电 压进行比较，确定是否超过阈值电压，如果是，执行步骤503 ;否则，执行步骤504;
在本步骤中，阈值电压为过流电压和设置的等效电阻阻值的乘积；
步骤503、关断功率放大器； 在本步骤中，当输入电压比较器检测到输入的NPN场效应管100栅源级电压大于阈值电压时，跳变电平，使得NPN场效应管100和PNP场效应管200关断； 步骤504、不对功率放大器进行任何操作，功率放大器继续在集成电路中工作。 以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所
应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的
精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种功率放大器的过流保护电路，包括互相串联的功率放大器输出电路和负载，其特征在于，该电路还包括在功率放大器输出电路的输出端和负载之间的开关电容电路、采集电路、电压比较器和反向器，其中，采集电路在功率放大器工作时，采集用于等效功率放大器输出电阻的开关电容电路电压值，作为电压比较器的一个输入，电压比较器的另一个输入为设置的阈值电压值，电压比较器的输出端同时接入功率放大器输出电路中的PNP场效应管(200)的栅极和反向器的输入端，反向器的输出端接入功率放大器输出电路中的NPN场效应管(100)的栅极。
2. 如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述开关电容电路由第一开关、第 二开关和一个电容构成，其中，第一开关和第二开关串联接在功率放大器输出电路的输出 端和负载之间，电容的一端接在第一开关和第二开关之间，另一端接地；第一开关和第二开关的开关频率为所述功率放大器所在的集成电路的晶振频率，第一 开关和第二开关动作相反，用于给电容充放电。
3. 如权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述电容在充电后相当于一个电 阻，阻值小于等于电源电压和过流电流值的比值，大于等于可检测到的电源电压和过流电 流值的比值；所述设定的阈值电压值为过流电流值和所述等效功率放大器输出电阻的乘积。
4. 如权利要求1 、2或3所述的过流保护电路，其特征在于，所述等效功率放大器输出电 阻小于等于1欧姆。
5. 如权利要求2或3所述的过流保护电路，其特征在于，所述采集电路由第一缓冲器、 第二缓冲器及减法电路组成，其中，功率放大器和第一开关引出的引线接入第一缓冲器的一个输入端，第一缓冲器的另一 个输入端和第一缓冲器的输出端相连接，第一缓冲器的输出端经接入减法电路的一个输入 端，从第二开关和负载之间引出的引线接入第二缓冲器的一个输入端，第二缓冲器的另一 个输入端和第二缓冲器B2的输出端相连接，第二缓冲器的输出端接入减法电路的另一个 输入端。
6. 如权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述减法电路包括减法器和多个 电阻，其中，第一电阻串联在第一缓冲器和减法器的一个输入端之间，第二电阻串联在第二缓冲器 和减法器的另一个输入端之间，第三电阻串联在减法器的另一个输入端和地之间，减法器 的输出端和减法器的一个输入端之间串联有第四电阻；减法器的输出端连接电压比较器的一个输入端。
7. 如权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述的第一电阻、第二电阻、第三 电阻和第四电阻的阻值相同。
8. —种利用权利要求1所述的电路的功率放大器的过流保护方法，其特征在于，该方 法包括当功率放大器的输出电路工作时，由采集电路采集得到开关电容电路的电压后，输入 给电压比较器；电压比较器将输入的开关电容电路的电压和设置的阈值电压比较，确定是否超过，如 果是，跳变电平，使得功率放大器的输出电路中的PNP场效应管(200)关断以及通过反向器将NPN场效应管(100)关断。
9. 如权利要求1所述的过流保护方法，其特征在于，所述阈值电压为开关电容电路的 等效电阻和过流电路的乘积；所述开关电容电路的等效电阻的阻值小于等于电源电压和过流电流值的比值，大于等 于可检测到的电源电压和过流电流值的比值。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的采集电路分别通过两个缓冲器采集 开关电容电路两端的电压后，输入到减法电路中得到开关电容电路的电压。
全文摘要
本发明公开了一种功率放大器的过流保护电路及方法，包括互相串联的功率放大器输出电路和负载，在功率放大器输出电路的输出端和负载之间的开关电容电路、采集电路、电压比较器和反向器，其中，采集电路在功率放大器工作时，采集用于等效功率放大器输出电阻的开关电容电路电压值，作为电压比较器的一个输入，电压比较器的另一个输入为设置的阈值电压值，电压比较器的输出端同时接入功率放大器输出电路中的PNP场效应管(200)的栅极和反向器的输入端，反向器的输出端接入功率放大器输出电路中的NPN场效应管(100)的栅极。本发明提供的电路及方法可以对功率放大器进行精确和简便的过流保护。
文档编号H03F1/52GK101719757SQ200910238489
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者吴杰 申请人:北京中星微电子有限公司