[發明專利]一種實現過壓保護的功率放大器

在審

• 申請號: 201710248038.4
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107196613A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 方俊平;劉政清;柯慶福;林甲富
• 申請（專利權）人: 銳迪科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H03F1/52
• 分類號: H03F1/52;H03F1/56;H03F3/19;H03F3/21;H03F3/45
• 代理公司: 上海恒銳佳知識產權代理事務所(普通合伙)31286
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本申請涉及一種功率放大器，特別是涉及一種采用HBT（異質結雙極性晶體管）作為功率管的功率放大器。

背景技術

射頻功率放大器通常采用HBT、CMOS（互補式金屬氧化物半導體晶體管）、HEMT（高電子遷移率晶體管）等作為放大晶體管，稱為功率管。功率管在工作時需要一定的直流電壓和/或直流電流，稱為偏置（biasing）。如果偏置電路為功率管提供的是直流電壓，則稱為電壓偏置方式。如果偏置電路為功率管提供的是直流電流，則稱為電流偏置方式。

2002年9月出版的《IEEE固態電路雜志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits）37卷9期有一篇文章《具有新型線性化偏置電路的PCS/W-CDMA雙頻MMIC功率放大器》（PCS/W-CDMA dual-band MMIC power amplifier with a newly proposed linearizing bias circuit）。這篇文章的第II部分公開了一種具有溫度補償電路的功率放大器，如圖1所示。電阻R與兩個二極管D1、D2、電容Cb和有源驅動管HBT2組成了偏置電路，為功率管HBT1提供電壓偏置。電阻R和兩個二極管D1、D2相串聯，起到溫度補償作用。串聯的兩個二極管D1、D2與電容Cb并聯，電容Cb起到線性化作用。有源驅動管HBT2的發射極用來為功率管HBT1的基極提供偏置電壓。這種功率放大器實現了溫度補償，但沒有實現過壓保護。如果工作電壓Vpd不正常，例如超過了4.6V，有源驅動管HBT2會給功率管HBT1提供一個非常大的電流，進而使得功率管HBT1處于大電流的工作狀態，容易造成器件燒毀。

申請公布號為CN102075148A、申請公布日為2011年5月25日的中國發明專利申請《射頻功率放大器過溫保護電路》中，公開了一種具有過溫保護電路的功率放大器，如圖2所示。所述過溫保護電路包括依次連接的溫度檢測電路、比較器電路、邏輯控制電路和偏置電路。兩個溫度檢測電路分別用來檢測放大級晶體管T3的溫度以及功率放大器芯片的常規溫度，當兩者的溫度差超出閾值時，降低偏置電路所輸出的偏置電壓，以降低功率放大器的放大增益以及輸出功率，從而降低功率放大器的最高溫度，避免器件燒毀。這種功率放大器基于溫度檢測形成一個反饋環路，反饋所需的時間較長。如果工作電壓VCC瞬間增大超出正常范圍，有可能在反饋環路來不及產生保護信號的時候器件已經燒毀了。

授權公告號為CN201887469U、授權公告日為2011年6月29日的中國實用新型專利《射頻功率放大器過壓保護電路》中，公開了一種具有過壓保護電路的功率放大器，如圖3所示。所述過壓保護電路包括依次連接的電壓檢測電路、電壓-電流轉換模塊和偏置電路。電壓檢測電路用來檢測工作電壓VCC。當工作電壓VCC處于正常范圍時，電壓檢測電路的輸出不足以開啟電壓-電流轉換模塊，因此對偏置電路不產生影響。當工作電壓VCC超出正常范圍時，電壓檢測電路的輸出開啟電壓-電流轉換模塊，進而降低偏置電路所輸出的偏置電流，以降低功率放大器的放大增益以及輸出功率，從而避免器件因過流過壓而燒毀。這種功率放大器具有較大的能耗，首先是電壓檢測電路即便在工作電壓VCC正常時也始終工作，這會產生不必要的電流消耗；其次是電壓-電流轉換模塊一旦開啟后也具有比較大的電流消耗。

發明內容

本申請所要解決的技術問題是提供一種能夠實現過壓保護功能的功率放大器。在諸如手機等采用射頻功率放大器的電子設備中，射頻功率放大器的工作電壓往往由鋰電池提供。正常情況下，該工作電壓的范圍是3.0V至4.6V。特殊情況下，例如鋰電池出現故障、非常規地使用電子設備時，該工作電壓會超出正常范圍，本申請就是在這種情況下為功率放大器提供過壓保護功能。

為解決上述技術問題，本申請實現過壓保護的功率放大器包括放大電路、偏置電路和過壓檢測電路。過壓檢測電路檢測工作電壓并控制偏置電路中的驅動管。當工作電壓小于第一閾值時，過壓檢測電路不工作，偏置電路為放大電路中的功率管提供基極偏置。當工作電壓大于或等于第一閾值時，過壓檢測電路工作，并且隨著工作電壓增大過壓檢測電路逐漸關斷偏置電路中的驅動管，偏置電路為放大電路中的功率管提供的基極偏置逐漸降為零。