一种GaN微波功率放大器保护电路的制作方法

本实用新型涉及一种GaN微波功率放大器保护电路，属于电路技术领域。

背景技术：

微波脉冲调制功率放大器已经大量应用于雷达及其它很多通信系统中。GaN微波功率放大器保护电路主要实现GaN 微波功率器件上电顺序保护、GaN漏极调制功能和GaN栅极负压保护功能。但是现有的保护电路结构复杂，成本高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种GaN微波功率放大器保护电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种GaN微波功率放大器保护电路，其特征是，包括负压及时序产生电路、第一比较器、三输入与门、一分压回路、与GaN微波功率放大器漏极连接的GaN漏极调制电路、与GaN微波功率放大器栅极连接的运算放大器；

负压及时序产生电路的其中一个输出端为-5V端，其电压为设定值；另一输出端为POK端，与三输入与门其中一个输入端连接；

第一比较器的两个输入端分别连接至GaN微波功率器件的栅极、分压回路输出电压端，第一比较器的输出端连接至一二极管的阳极，二极管的阴极连接至三输入与门的其中一个输入端Pin；三输入与门的另一输入端连接至负压及时序产生电路的POK端，另一输入端连接漏极调制信号输入信号TTL；三输入与门的输出端Cin连接至GaN漏极调制电路，控制GaN漏极调制电路的开关截止；GaN漏极调制电路为设置在工作电压与GaN微波功率器件漏极之间的一个开关。

分压回路中包括一可变电阻器，分压回路输出电压连接至比较器的其中一个输入端的同时还与所述运算放大器的正向输入端连接，运算放大器输出端连接至GaN微波功率器件栅极的同时还反馈连接至其反向输入端，使GaN微波功率器件栅极电压可由可变电阻器进行调整。

负压及时序产生电路当-5V端输出在小于设定值7%内时，POK端输出高电平；否则POK端输出为低电平。

当栅极电压大于分压回路输出电压端的电压时，第一比较器输出低电平；当栅极电压小于分压回路输出电压端的电压时，第一比较器输出高电平。

当三输入与门的输出端Cin为高电平时，GaN漏极调制电路开关导通， GaN微波功率器件漏极获得工作电压；当三输入与门的输出端Cin为低电平时，GaN漏极调制电路开关截止，GaN微波功率器件漏极的工作电压为零。

所述运算放大器输出端还同时通过一射频电容接地。

GaN微波功率器件为GaN微波功率放大器。

所述负压及时序产生电路包括充电泵、线性稳压电路和比较器；充电泵由电源供电，其输出与线性稳压电路的输入端连接；线性稳压电路的输出端为负压及时序产生电路的其中一个输出端-5V端，同时线性稳压电路的输出端经分压后连接至第二比较器的反向输入端，第二比较器的正向输入端经参考电压接地，第二比较器的输出端为POK端。

所述GaN漏极调制电路包括NPN管和PMOS管；三输入与门的输出端Cin连接至NPN管的基极，NPN管发射极接地，NPN管集电极连接至PMOS管的栅极，PMOS管的源极接工作电压Vdd，PMOS管的漏极连接作为GaN微波功率器件的漏极电压Vds。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型的电路首先确保GaN微波功率器件（氮化镓器件）的上电顺序是先在栅极加负压，等负压稳定，再在漏极加工作电压。防止器件烧毁。在雷达发射射频信号脉冲期间，进行漏极调制，关闭GaN漏极电压，降低雷达的静噪电平。还有当栅极电压异常时，漏极调制电路开关截止，GaN微波功率器件漏极电压为0V，工作电压为0V，从而避免了GaN微波功率器件烧毁。

附图说明

图1是本实用新型的GaN微波功率器件保护电路；

图中，1、负压及时序产生电路；2、比较器；3、三输入与门；4、GaN漏极调制电路；5、运算放大器；6、GaN微波功率器件。

图2是本实用新型的负压及时序产生电路；

图中，11、充电泵；12、线性稳压电路；13、比较器。

图3是本实用新型的GaN漏极调制电路；

图中，41、NPN管；42、PMOS管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，负压及时序产生电路1由电源Vdd供电，其中一个输出端为-5V端，其电压为设定值，如为-5V，另一输出端为POK端。当-5V端输出在小于设定值7%内时，POK端输出高电平；否则POK端输出为低电平。

U1比较器2的两个输入端分别连接至GaN微波功率器件6的栅极Vg、分压回路输出电压Vr，U1比较器2的输出Pout连接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接至U3三输入与门3的其中一个输入端Pin, 输入端Pin经电阻R7接地，U3三输入与门3的另一输入端连接至负压及时序产生电路1的POK端，还有一个输入端连接雷达系统输入的漏极调制信号TTL。系统输入的漏极调制信号信号TTL为高电平时，GaN器件工作。系统输入的漏极调制信号TTL为低电平时，关闭GaN器件漏极电压，GaN器件不工作。

U3三输入与门3的输出端Cin连接至GaN漏极调制电路4，控制GaN漏极调制电路4的开关截止。GaN漏极调制电路4为设置在工作电压Vdd（28V～50V）与GaN微波功率器件6漏极电压Vds之间的一个开关。

当栅极Vg电压大于分压回路输出电压Vr时，U1比较器2输出Pout为低电平。当栅极Vg电压小于分压回路输出电压Vr时，U1比较器2输出Pout为高电平。比较器的两个输入电压相等时，理论上输出是中间电平（处于高电平和低电平之间），但现实中很少发生输入一直相等的情况。

当U3三输入与门3的三个输入端TTL、POK端、Pin同时为高电平时， U3三输入与门3输出端Cin为高电平。当其三个输入端 TTL、POK端、Pin任意一个为低电平时，U3三输入与门3输出端Cin为低电平。

当输出端Cin为高电平时，GaN漏极调制电路4开关导通， GaN微波功率器件6漏极电压Vds获得工作电压。当输出端Cin为低电平时，GaN漏极调制电路4开关截止，GaN微波功率器件6的工作电压为零。

电阻R1、可变电阻器R2、电阻R3构成分压回路，分压回路输出电压Vr连接至U1比较器2的其中一个输入端的同时还与U2运算放大器5的正向输入端连接，U2运算放大器5输出端连接至GaN微波功率器件栅极Vg，同时反馈连接至其反向输入端。GaN微波功率器件栅极Vg电压的设置可通过调节可变电阻器R2来实现。U2运算放大器5起电压跟随的作用，起到缓冲和隔离作用。U2运算放大器5输出端还可以通过射频电容C1接地。射频电容C1使射频信号短路接地。

GaN微波功率器件6栅极偏置电压通过传输线L1连接栅极Vg，栅极Vg电压由可变电阻器R2进行调整；漏极电压Vds连接GaN漏极调制电路4的输出端。

结合图2所示，本实施例中，负压及时序产生电路1可采用由充电泵11、线性稳压电路12、比较器13为主要器件构成。充电泵11由电源Vdd供电，其输出与线性稳压电路12的输入端连接；线性稳压电路12的输出端为负压及时序产生电路1的其中一个输出端-5V端，同时线性稳压电路12的输出端经分压后连接至比较器13的反向输入端，比较器13的正向输入端经参考电压接地，比较器13的输出端为POK端。在其他实施例中，负压及时序产生电路1也可以采用满足需要的其他形式的电路。

结合图3所示，本实施例中，GaN漏极调制电路4可采用由NPN管41、PMOS管42为主要器件构成。U3三输入与门3输出端Cin连接至NPN管41的基极，NPN管41发射极接地，NPN管41集电极连接至PMOS管42的栅极，PMOS管42的源极接工作电压Vdd，PMOS管42的漏极连接作为GaN微波功率器件6漏极电压Vds。

具体工作原理如下：

GaN 微波功率器件6为耗尽型器件。当栅极Vg电压为零时，GaN微波功率器件6是导通的。这时，如果加漏极电压Vds，则GaN微波功率器件会有很大的导通电流，可能导致器件烧毁。所以GaN微波功率器件在上电时，必须先在栅极Vg加负电压，然后再加漏极电压Vds，避免器件上电烧毁。这通过负压及时序产生电路1及GaN漏极调制电路4实现。

当栅极Vg电压异常时而负电源电压（-5V）正常时，U1比较器2输出低电平（-5V），二极管D1截止，输入端Pin为低电平0V（电阻R7为下拉电阻）。此时，U3三输入与门3输出为低电平，GaN漏极调制电路4开关截止，GaN微波功率器件6漏极电压Vds为0V。GaN微波功率器件6的工作电压为0V，从而避免了器件烧毁。

当负电源电压（-5V）发生异常时，POK输出低电平，三输入与门U3输出为低电平，GaN漏极调制电路4开关截止，GaN微波功率器件6漏极电压Vds为0V。

TTL为漏极调制信号输入信号。当TTL为高电平且POK、Pin正常时，GaN漏极调制电路4开关导通，器件工作。当TTL为低电平，GaN漏极调制电路4开关截止，器件不工作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。