功率放大器偏置保护电路及使用该电路的电路板

摘要

本发明提供一种功率放大器偏置保护电路，其包括电压转换模块、驱动模块、电压产生模块、信号产生模块。电压转换模块将外部电源输入的第一电压转换为第二电压。基于第二电压，电压产生模块生成驱动电压并输出至对应功率放大器的输入端，电压产生模块还包括对驱动电压进行延时操作的延时能量存储单元。基于驱动电压与第一电压，驱动模块生成控制信号。基于控制信号以及第一电压，信号产生模块生成驱动信号并输出至对应功率放大器的控制端。当功率放大器启动时，驱动信号驱动控制端的时间晚于驱动电压驱动输入端的时间。当功率放大器关闭时，驱动信号停止驱动控制端的时间早于驱动电压停止驱动输入端的时间。本发明还提供一种对应的电路板。

说明书

技术领域

本发明涉及电路领域，特别涉及一种功率放大器偏置保护电路。

背景技术

在现代社会中，功率放大器应用在无线通信和微波加热等领域。通过特定的上电顺序和下电顺序，功率放大器才能正常工作。否则，功率放大器的内部电流容易瞬时增大，功率放大器容易被损坏。存在现有的功率放大器容易被损坏的技术问题。

故需要提供一种功率放大器偏置保护电路及使用该电路的电路板来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种功率放大器偏置保护电路及使用该电路的电路板，有效解决了现有的功率放大器容易被损坏的技术问题。

本发明提供一种功率放大器偏置保护电路，其包括：

电压转换模块，与外部电源连接，用于将外部电源输入的第一电压转换为第二电压；

电压产生模块，用于基于所述第二电压，生成所述驱动电压并输出至对应功率放大器的输入端，所述电压产生模块包括对所述驱动电压进行延时操作的延时能量存储单元；

驱动模块，用于基于所述驱动电压与所述第一电压，生成控制信号；

信号产生模块，基于所述控制信号以及所述第一电压，生成驱动信号，并将所述驱动信号输出至对应功率放大器的控制端；

当所述功率放大器启动时，外部电源输出第一电压，基于所述延时能量存储单元的能量存储操作，所述驱动信号驱动所述控制端的时间晚于所述驱动电压驱动所述输入端的时间；

当所述功率放大器关闭时，外部电源停止输出第一电压，基于所述延时能量存储单元的能量释放操作，以维持所述驱动电压，所述驱动信号停止驱动所述控制端的时间早于所述驱动电压停止驱动所述输入端的时间。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述驱动模块包括：

LMV321芯片，其包括IN+管脚、IN-管脚、OUAT管脚，IN+管脚接收所述第二电压，所述IN-管脚输入所述第二电压和所述驱动电压，所述OUAT管脚输出控制信号；

反馈单元，一端连接所述IN-管脚，另一端连接所述电压产生模块的输出端，用于把驱动电压反馈于所述LMV321芯片。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述电压产生模块包括LM2776芯片，所述LM2776芯片包括VIN管脚、VOUT管脚、C1+管脚、C1-管脚，所述VIN管脚接收所述第二电压，所述VOUT管脚输出所述驱动电压于所述功率放大器的输入端；

所述延时能量存储单元包括第一电容，所述第一电容的一端连接C1+管脚，所述第一电容的另一端连接所述C1-管脚。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述电压产生模块包括稳压单元，所述稳压单元的一端连接所述VOUT管脚，所述稳压单元的另一端连接所述功率放大器的输入端，所述稳压单元用于对输出的驱动电压进行稳压操作。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述信号产生模块包括第一三极管和第一MOS管，所述第一三接管的基极连接所述OUAT管脚，所述第一三极管的集电极连接所述第一MOS管的栅极，所述第一三极管的发射极接地，所述第一MOS管的漏极连接所述外部电源，所述第一MOS管的源极连接所述功率放大器的输入端。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，当所述IN+管脚输入的电压大于所述IN-管脚输入的电压时，所述OUAT管脚输出高电平的所述控制信号于所述信号产生模块，从而所述第一三极管与所述第一MOS管处于导通状态，所述功率放大器的控制端接收到驱动信号；当所述IN+管脚输入的电压小于或等于所述IN-管脚输入的电压时，所述OUAT管脚输出低电平的所述控制信号于所述信号产生模块，从而所述第一三极管与所述第一MOS管处于关闭状态。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述电压转换模块包括滤波网络单元，所述滤波网络单元用于滤除所述第二电压的杂波，所述滤波网络单元包括电感和两个并联连接的第一滤波电容和第二滤波电容，所述电感串联连接于所述电压转换模块的输出端，所述第一滤波电容、所述第二滤波电容并联连接于所述电压转换模块的输出端。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述电压产生模块包括指示电路单元，所述指示电路单元的一端连接所述VOUT管脚，所述指示电路的另一端接地，用于指示所述驱动电压是否为预设电压。

在本发明所述的功率放大器偏置保护电路中，所述电压产生模块包括滤波单元，所述滤波单元用于对所述驱动电压进行滤波，所述滤波单元包括第三滤波电容和第一电阻，所述第一电阻与所述IN-管脚串联连接，所述第三滤波电容与所述IN-管脚并联连接。

一种电路板，包括上述任一所述功率放大器偏置保护电路。

本发明相较于现有技术，其有益效果为：当功率放大器启动时，电压转换模块将外部电源输入的第一电压转换为第二电压。电压产生模块通过第二电压生成驱动电压，电压产生模块将驱动电压输出至延时能量存储单元和对应功率放大器的输入端，延时能量存储单元对驱动电压进行存储操作。随后驱动模块通过驱动电压与第二电压生成控制信号，驱动模块把控制信号传输于信号产生模块。信号产生模块通过控制信号和第一电压生成驱动信号，信号产生模块把驱动信号输出至对应功率放大器的控制端。因此，驱动信号驱动控制端的时间晚于驱动电压驱动输入端的时间。当功率放大器关闭时，延时能量存储单元可进行能量释放操作，从而延时能量存储单元可以维持驱动电压。因此，驱动信号停止驱动控制端的时间早于驱动电压停止驱动输入端的时间。功率放大器接收驱动信号和驱动电压的顺序符合功率放大器正常工作的上电顺序和下电顺序，因此，本电路可对功率放大器起保护作用。有效解决了现有的功率放大器容易被损坏的技术问题。

附图说明

图1为本发明的功率放大器偏置保护电路的方框图。

图2为本发明的功率放大器偏置保护电路的电路图。

图3为本发明的功率放大器偏置保护电路的电压转换模块的电路图。

图中，10、功率放大器偏置保护电路；11、电压转换模块；111、滤波网络单元；12、驱动模块；121、反馈单元；122、滤波单元；13、电压产生模块；131、延时能量存储单元；132、稳压单元；133、指示电路单元；14、信号产生模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做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。

本发明中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」、「顶部」以及「底部」等词，仅是参考附图的方位，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

本发明术语中的“第一”“第二”等词仅作为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性，以及不作为对先后顺序的限制。

图1为本发明的功率放大器偏置保护电路的方框图；图2为本发明的功率放大器偏置保护电路的电路图；图3为本发明的功率放大器偏置保护电路的电压转换模块的电路图。

在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

请参照图1，本发明提供一种功率放大器偏置保护电路10。其中，该功率放大器偏置保护电路10应用于一种电路板中。该功率放大器偏置保护电路10包括电压转换模块11、驱动模块12、电压产生模块13、信号产生模块14。电压转换模块11与外部电源连接，电压转换模块11可将外部电源输入的第一电压转换为第二电压。该第一电压为50V，该第二电压为5V。因为第一电压为正向的电压，所以第一电压可表示为+50V。因为第二电压为正向的电压，该第二电压可表示为+5V。

请参照图3，该电压转换模块11还包括SCT2A10芯片，该SCT2A10芯片可用于电压转换。SCT2A10芯片包括GND管脚、VIN管脚、EN管脚、RT管脚、SW管脚、BST管脚、NC管脚、FB管脚。VIN管脚连接外部电源，从而VIN管脚可输入第一电压，SW管脚连接，VIN管脚可输入第一电压。GND管脚、EN管脚、RT管脚均接地，该NC管脚悬空。FB管脚与SW管脚连接，SW管脚可用于输出第二电压。

请参照图3，该电压转换模块11包括第二电容C1、第三电容C2，该第二电容C1的容抗为2.2μF，该第三电容C2的容抗为0.1μF，第二电容C1与第三电容C2的最高工作电压均为100V。第二电容C1的一端连接VIN管脚，第二电容C1的另一端接地。第三电容C2的一端连接VIN管脚，第三电容C2的另一端接地，第二电容C1和第三电容C2可用于滤除第一电压的杂波。该电压转换模块11包括第二电阻R3、第三电阻R8、第四电阻R7，该第二电阻R3的阻值为180kΩ。第三电阻R8的阻值为42.2kΩ，第四电阻R7的阻值为510kΩ。第二电阻R3的一端连接VIN管脚，第二电阻R3的另一端连接EN管脚。第三电阻R8的一端连接EN管脚，第三电阻R8的另一端接地。第四电阻R7的一端连接RT管脚，第四电阻R7的另一端接地。该电压转换模块11还包括第四电容C3、第五电容C6，该第四电容C3的容抗为0.1μF，该第五电容C6的容抗为100pF，第四电容C3与第五电容C6的最高工作电压均为10V。第四电容C3的一端连接SW管脚，第四电容C3的另一端连接BST管脚。第五电容C6的一端连接SW管脚，第五电容C6的另一端连接FB管脚。

请参照图3，该电压转换模块11还包括第五电阻R2、第六电阻R1、第七电阻R4。该第五电阻R2的阻值为2kΩ。第六电阻R1的阻值为120kΩ，第七电阻R4的阻值为21kΩ。该第五电阻R2连接于FB管脚和第四电容C3之间，该第六电阻R1连接于FB管脚与SW管脚之间。该第七电阻R4的一端连接第六电阻，该第七电阻R4的另一端接地。

请参照图2，电压转换模块11包括滤波网络单元111，滤波网络单元111连接于电压转换模块11的输出端，滤波网络单元111可用于滤除第二电压的杂波。滤波网络单元111包括电感L1和两个并联连接的第一滤波电容C4和第二滤波电容C5，电感L1串联连接于电压转换模块11的输出端，第一滤波电容C4、第二滤波电容C5并联连接于电压转换模块11的输出端。该电感L1的感抗为47μH，第一滤波电容C4的容抗为0.1μF，该第二滤波电容C5的容抗为22μF。第一滤波电容C4与第二滤波电容C5的最高工作电压均为10V。由于第二电压可存在高频分量或噪声，滤波网络单元111的设置可抑制高频分量和噪声对第二电压的干扰。

请参照图2，驱动模块12包括LMV321芯片。LMV321芯片包括IN+管脚、IN-管脚、VCACA+管脚、OUAT管脚，IN+管脚、IN-管脚均与SCT2A10芯片的SW管脚连接，IN+管脚和IN-管脚均接收第二电压。该VCACA+管脚用于输入第二电压，从而第二电压可为LMV321芯片提供电能。该驱动模块12还包括第八电阻R11、第九电阻R13，第八电阻R11的阻值为1.5kΩ，第九电阻R13的阻值为1.1kΩ。第八电阻R11的一端连接SW管脚，第八电阻R11的另一端连接于第九电阻R13和滤波单元111之间，第九电阻R13与IN-管脚连接。该驱动模块12还包括第六电容C9、第七电容C10、第十电容C14，该第六电容C9和第七电容C10均并联连接于第八电阻R11的一端，第十电容C14与VCACA+管脚并联连接。该驱动模块12包括第十电阻R15、第十一电阻R16、第十二电阻R19，第十电阻R15的阻抗为2kΩ。第十一电阻R16的阻抗为1.1kΩ，第十二电阻R19的阻抗为1.5kΩ。该第十电阻R15、第十一电阻R16与IN+管脚串联连接。第十二电阻R19的一端连接于第十电阻R15和第十一电阻R16之间，第十二电阻R19的另一端接地。该驱动模块12还包括稳压二极管D1和第二十四电阻R14，第二十四电阻R14的阻值为5.1kΩ。该第二十四电阻R14连接VCACA+管脚，稳压二极管D1与该第二十四电阻R14并联连接。

请参照图2，基于第二电压，电压产生模块13可生成驱动电压，电压产生模块13把驱动电压输出至对应功率放大器的输入端。该电压产生模块13包括LM2776芯片，LM2776芯片包括EN管脚、VIN管脚、VOUT管脚，该EN管脚与VCACA+管脚连接。VIN管脚连接SW管脚，从而VIN管脚接收第二电压，VOUT管脚输出驱动电压于功率放大器的输入端。

请参照图2，电压产生模块13包括第十三电阻R22、第八电容C15、第九电容C17，该第十三电阻的阻值为1kΩ，该第十三电阻R22连接于EN管脚与VCACA+管脚之间。第八电容C15与VIN管脚并联连接，第八电容C15的容抗为2.2μF，第八电容C15最大工作电压为16V。第九电容C17的容抗为2.2μF，第九电容C17的最大工作电压为16V。该第九电容C17可用于滤除杂波，从而使得驱动电压的纹波小于2mV，保证了功率放大器输入端供电的纯净。

请参照图2，电压产生模块13包括指示电路单元133，指示电路单元133的一端连接VOUT管脚，指示电路单元133的另一端接地。指示电路单元133包括第十四电阻R25和发光二极管D2，该第十四电阻R25的阻值为2kΩ。当VOUT管脚输出的驱动电压为负向的电压时，该发光二极管D2会发光，从而指示电路单元133可指示驱动电压是否为负向的预设电压。

请参照图2，电压产生模块13包括稳压单元132，稳压单元132的一端连接VOUT管脚，稳压单元132的另一端连接功率放大器的输入端，稳压单元132可用于对输出的驱动电压进行稳压操作。稳压单元132包括电位器RP2、LMV 321芯片、第十五电阻R18、第十六电阻R26、第十七电阻R24、第十八电阻R23、第十九电阻R20。第十五电阻R18的阻值为2kΩ，第十六电阻R26的阻值为2kΩ。第十七电阻R24的阻值为10kΩ，第十九电阻R20为10kΩ。电位器RP2、第十五电阻R18和第十六电阻R26可用于调节电压，稳压单元132的LMV 321芯片可作为电压跟随器，电位器RP2和稳压单元132的LMV 321芯片可对驱动电压进行稳压操作。因此，功率放大器输入端输入的驱动电压也较为稳定。

请参照图2，驱动模块12还包括反馈单元121，反馈单元121的一端连接IN-管脚，反馈单元121的另一端连接电压产生模块13的输出端。反馈单元121可把驱动电压反馈于LMV321芯片。

请参照图2，电压产生模块13包括滤波单元132，滤波单元132可对反馈单元反馈的驱动电压进行滤波。滤波单元132包括第三滤波电容C13和第一电阻R12，第一电阻R12的阻值为3kΩ，第一电阻R12与IN-管脚串联连接，第三滤波电容C13与IN-管脚并联连接。IN-管脚输入驱动电压，驱动电压为负向的电压。该驱动电压为5V，因为驱动电压为负向的电压，所以驱动电压可表示为-5V。

请参照图2，LMV321芯片可比较IN+管脚和IN-管脚输入电压的大小，基于比较结果，OUAT管脚输出控制信号。当IN+管脚输入的电压大于IN-管脚输入的电压时，OUAT管脚输出高电平的控制信号于信号产生模块14。从而第一三极管Q2与第一MOS管Q1处于导通状态，功率放大器的控制端接收到驱动信号。当IN+管脚输入的电压小于或等于IN-管脚输入的电压时，OUAT管脚输出低电平的控制信号于信号产生模块14。从而第一三极管Q2与第一MOS管Q1处于关闭状态，功率放大器的控制端未能接收到驱动信号。

请参照图2，信号产生模块14包括第一三极管Q2和第一MOS管Q1，第一三接管Q2的基极连接OUAT管脚，第一三极管Q2的集电极连接第一MOS管Q1的栅极，第一三极管Q2的发射极接地。第一MOS管Q1的漏极连接外部电源，第一MOS管Q1的源极连接功率放大器的输入端。信号产生模块14可通过第一MOS管的漏极接收第一电压，信号产生模块14可通过第一三接管Q2的基极接收控制信号。基于控制信号以及第一电压，信号产生模块14可生成驱动信号。并且通过第一MOS管Q1的源极，信号产生模块14可把驱动信号输出至对应功率放大器的控制端。

请参照图2，信号产生模块14还包括第十电容C7、第十一电容C8、第十二电容C11、第十三电容C12。第十电容C7的容抗为22μF，第十电容C7的最大工作电压为65V，第十电容C7并联连接于第一MOS管Q1的漏极。第十二电容C11的容抗为2.2μF，第十二电容C11的最大工作电压为100V，第十电容C7并联连接于第一MOS管Q1的源极。

请参照图2，信号产生模块14还包括第二十电阻R9、第二十一电阻R10、第二十二电阻R5、第二十三电阻R6。该第二十电阻R9的阻值为5.1kΩ，第二十一电阻R10的阻值为10kΩ，第二十电阻R9与第二十一电阻R10串联连接于外部电源与第一三极管Q2的集电极之间。第二十二电阻R5的阻值为18kΩ，第二十三电阻R6的阻值为18kΩ，该第二十二电阻R5与第二十三电阻R6均并联于第一MOS管Q1的源极。

请参照图3，LM2776芯片还包括C1+管脚、C1-管脚，电压产生模块13包括延时能量存储单元131，延时能量存储单元131包括第一电容C16，第一电容C16的一端连接C1+管脚，第一电容C16的另一端连接C1-管脚。该延时能量存储单元131可通过第一电容C16对驱动电压进行延时操作。

请参照图2和图3，该功率放大器可为GaN功率放大器，该功率放大器使用时，用户应先在功率放大器的输入端加上负向的电压，再从加正向的电压功率放大器的控制端。若用户加电时序错误，功率放大器容易被损坏。当功率放大器启动时，外部电源输出第一电压。电压产生模块13通过第二电压生成驱动电压，电压产生模块13将驱动电压输出至延时能量存储单元131和对应功率放大器的输入端，延时能量存储单元131对驱动电压进行存储操作。随后，驱动模块12通过驱动电压与第二电压生成控制信号，驱动模块12把控制信号传输于信号产生模块14。信号产生模块14通过控制信号和第一电压生成驱动信号，信号产生模块14把驱动信号输出至对应功率放大器的控制端。因此，驱动信号驱动功率放大器控制端的时间晚于驱动电压驱动功率放大器输入端的时间。当功率放大器关闭时，外部电源停止输出第一电压。基于延时能量存储单元131的能量释放操作，延时能量存储单元131可以维持驱动电压，因此，驱动信号停止驱动功率放大器控制端的时间早于驱动电压停止驱动功率放大器输入端的时间。由于功率放大器偏置保护电路设置有延时能量存储单元131，驱动电压滞后于驱动信号关闭，从而避免功率放大器被损坏。

在经典电路中，电路需要两路电源对功率放大器进行供电，用户的上电顺序容易错误，导致功率放大器容易被损坏。该功率放大器偏置保护电路仅需要一路上电，即用户通过外部电源对该功率放大器偏置电路供电，功率放大器接收到驱动电压和驱动，功率放大器便可正常工作。而且经典电路的电荷泵芯片LTC1261CS8-4和电压跟随器的运放LM7321MF的成本都很高，且电荷泵芯片LTC1261CS8-4带载能力比较差，电荷泵芯片LTC1261CS8-4输出负压只有-4.0V，电荷泵芯片LTC1261CS8-4输出的电流15mA。而该功率放大器偏置保护电路的负向的驱动电压由LM2776芯片产生，LM2776芯片最小可以输出-5.5V电压，LM2776芯片输出的电流最大可达200mA。相对于经典电路，该功率放大器偏置保护电路LM2776芯片输出电压和电流的效果更好，更符合实际所需要的电压和电流的要求。

本发明的工作原理为：当功率放大器启动时，用户开启外部电源，外部电源输出第一电压，SCT2A10芯片的接收该第一电压。然后，SCT2A10芯片将第一电压转换为第二电压，SCT2A10芯片通过SW管脚将该第二电压输出。为了滤除第一电压的杂波，电压转换模块11的输出端连接有滤波网络单元111。电压产生模块13的LM2776芯片接收该第二电压，该LM2776芯片把接收到的第二电压转换为驱动电压，LM2776芯片将驱动电压输出至延时能量存储单元131和功率放大器偏置保护电路的输入端。为了滤除驱动电压的杂波，电压产生模块13的输出端设置有滤波单元122。为了指示驱动电压是否为预设电压，电压产生模块13的输出端设置有指示电路单元133。

同时，驱动模块12的LMV321芯片的IN+管脚和IN-管脚接收第二电压，LM2776芯片通过反馈单元121把驱动电压反馈于IN-管脚。LMV321芯片比较IN+管脚和IN-管脚输入电压的大小，当IN-管脚输入的电压小于IN+管脚时，LMV321芯片输出高电平的控制信号于第一三极管Q2的基极。从而该第一三极管Q2导通，进而使得第一MOS管Q1导通。由于第一MOS管Q1的栅极接收第一电压，此时，信号产生模块14基于控制信号以及第一电压生成驱动信号，信号产生模块14将该驱动信号输出至对应功率放大器的控制端。因此，驱动信号驱动功率放大器控制端的时间晚于驱动电压驱动功率放大器输入端的时间，避免了驱动电压的波动对功率放大器的影响，从而达到了保护功率放大器的作用。

当功率放大器关闭时，用户关闭外部电源，从而外部电源停止输出第一电压。因此，信号产生模块14不能基于控制信号以及第一电压生成驱动信号。此时延时能量存储单元131可进行能量释放操作，延时能量存储单元131可以维持驱动电压，延时能量存储单元131把驱动电压输出至输入端。因此，驱动信号停止驱动功率放大器控制端的时间早于驱动电压停止驱动功率放大器输入端的时间，避免了驱动电压的波动对功率放大器的影响，从而达到了保护功率放大器的作用。

本发明提供一种功率放大器偏置保护电路10，当功率放大器启动时，电压转换模块11将外部电源输入的第一电压转换为第二电压。电压产生模块13通过第二电压生成驱动电压，电压产生模块13将驱动电压输出至延时能量存储单元131和对应功率放大器的输入端，延时能量存储单元13对驱动电压进行存储操作。随后驱动模块通过驱动电压与第二电压生成控制信号，驱动模块12把控制信号传输于信号产生模块14。信号产生模块14通过控制信号和第一电压生成驱动信号，信号产生模块14把驱动信号输出至对应功率放大器的控制端。因此，驱动信号驱动控制端的时间晚于驱动电压驱动输入端的时间。当功率放大器关闭时，延时能量存储单元131可进行能量释放操作，从而延时能量存储单元131可以维持驱动电压。因此，驱动信号停止驱动控制端的时间早于驱动电压停止驱动输入端的时间。功率放大器接收驱动信号和驱动电压的顺序符合功率放大器正常工作的上电顺序和下电顺序，因此，本电路可对功率放大器起保护作用。有效解决了现有的功率放大器容易被损坏的技术问题。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。