功率放大器的快速保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率放大器的快速保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]功率放大器中的D類放大器，因其輸出級場效應(yīng)管(功率MOSFET)大部分時間處于飽和導通和截止狀態(tài)，故功率損耗比較小，且效率可達90%以上，不存在交越失真等特點，因而被廣泛采用。隨著功率放大器的輸出功率越來越大，其中的功率MOSFET也朝著大功率方向發(fā)展。但功率MOSFET的功率做得越大，整個器件的發(fā)熱密度越高。在較高耗散功率作用下，若功率MOSFET的散熱能力有限，就會使功率MOSFET內(nèi)部芯片因結(jié)溫升高，漏極電流增大，超過其最大額定功率，而造成損壞現(xiàn)象，故對功率放大器中的功率MOSFET保護至關(guān)重要。
[0003]現(xiàn)有的功率放大器保護電路有下面幾種:過壓、過流、過溫、保險絲熔斷等，但這些保護措施都存在反應(yīng)不及時，保護電路動作慢等問題。由于保護動作時間上的差異，反而達不到保護功率MOSFET不被燒毀的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)中功率放大器保護電路動作慢的問題，提供一種功率放大器的快速保護電路。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種D類功率放大器保護電路，包括有PWM輸入和負載，還包括有功放驅(qū)動模塊、功率輸出與取樣模塊和比較模塊，所述功放驅(qū)動模塊的輸入端與PWM輸入相連，所述的功率輸出與取樣模塊的輸入端與功放驅(qū)動模塊的輸出端相連，所述的功率輸出與取樣模塊的輸出端與負載相連，所述的比較模塊的輸入端和輸出端分別和功率輸出與取樣模塊、功放驅(qū)動模塊相連。
[0006]其中經(jīng)調(diào)制后的PWM輸入信號從功放驅(qū)動模塊輸入，經(jīng)功放驅(qū)動模塊分離輸出PWM1、PWM2驅(qū)動信號，該二個信號驅(qū)動功率輸出與取樣模塊中的功率M0SFET，使功率MOSFET導通后輸出功率。功率MOSFET處在導通狀態(tài)時，漏極電流Id在漏源極間的導通電阻Rds(m)上產(chǎn)生漏極電壓V ds;當功放功率連續(xù)輸出后，功率MOSFET結(jié)溫T j將持續(xù)上升，則其相應(yīng)的導通電阻Rds(m)也隨之增大，且導通電阻與功率MOSFET的結(jié)溫T j之間呈線性關(guān)系；由取樣電路通過在功率輸出與取樣模塊上將超過結(jié)溫的電壓U進行取樣，該取樣電壓U輸入比較模塊電路的同相輸入端，再由比較模塊電路將取樣電壓與基準電壓(結(jié)溫允許范圍內(nèi))進行比較，其結(jié)果輸出作為控制信號SD，通過反饋網(wǎng)絡(luò)控制功放驅(qū)動模塊電路的使能端SD，關(guān)閉驅(qū)動電路輸出信號，使功放輸出功率MOSFET截止，功放功率輸出下降至零，從而達到快速保護功率放大器的目的。
[0007]所述功放驅(qū)動模塊電路由74HC00型高速與非門芯片U7、功率MOSFET專用IR2113S型驅(qū)動芯片U9、二極管D4、電阻R11、電容C17、C24、C25組成；其中PWM輸入的信號從高速與非門芯片U7的74HC00型高速與非門芯片U712腳輸入，13腳與12腳相短接，同時12腳通過電阻Rll上拉至+5V的工作電源上，74HC00型高速與非門芯片U7輸出引腳11同時與74HC00型高速與非門芯片U7的1、2腳和IR2113S型驅(qū)動芯片U9的14腳相連，其中74HC00型高速與非門芯片U7的I與2引腳互連；74HC00型高速與非門芯片U7的3腳接至IR2113S型驅(qū)動芯片U9的12腳。IR2113S型驅(qū)動芯片U9的12腳為高輸入端HIN, 14腳為低輸入端LIN，I腳為低輸出端L0，輸出PWM2驅(qū)動信號，2腳為接地端，3腳為橋式輸出功率MOSFET的下臂柵極偏置電壓，為+12V ；6腳為輸出功率MOSFET的浮地端，7為橋式輸出功率MOSFET的上臂柵極偏置電壓，8腳為高輸出端HO，輸出PWMl驅(qū)動信號，11腳為IR2113S型驅(qū)動芯片U9的工作電源+5V，15腳為接地端，13為IR2113S型驅(qū)動芯片U9的使能端(接控制信號SD)，控制驅(qū)動芯片信號輸出的關(guān)閉或打開。當該使能端輸入高電平時，驅(qū)動器即關(guān)閉，驅(qū)動器的高、低輸出端均為零(即無驅(qū)動信號輸出)；電容C17、C25為濾波電容，其中電容C17 —端接地，另一端接+5V工作電源，而電容C25 —端接地，另一端接IR2113S型驅(qū)動芯片U9的3腳+12V，二極管D4的正端接IR2113S的3腳，其負極和電容C24的一端同時接IR2113S型驅(qū)動芯片U9的7腳，為橋式輸出功率MOSFET的上臂柵極提供偏置電壓。電容C24的另一端接地，C24為自舉電容。
[0008]所述功率輸出與取樣模塊電路由IRFB4019PBF功率MOSFET的Q4、Q5，電阻R21、R22，電容C23、C26組成。由功放驅(qū)動模塊輸出的PWM驅(qū)動信號，分離為PWMl輸入和PWM2輸入二路，分別接至橋式功放電路中的功率M0SFETQ4、Q5的柵極，Q4的漏極接+48V電源，其源極接浮地端。Q5的漏極接浮地端，其源極接地端。電阻R21的一端接Q4的源極S，另一端與電容C23相連，電容C23的另一端接+48V電源；電阻R22的一端接Q5的漏極D，另一端與電容C26相連，電容C26的另一端接地。橋式驅(qū)動電路以相反的相位驅(qū)動兩個功率M0SFET，控制其以相應(yīng)的頻率飽和導通或截止，使功率MOSFET —個導通時另一個截止。采用PWM方式驅(qū)動是為了使功率MOSFET盡可能地改變工作狀態(tài)，減少其處于線性放大區(qū)的時間，從而減少熱損耗，提高效率；取樣電路從功率輸出與取樣模塊的電路上的Q5功率MOFET漏源極間進行電壓取樣。將過溫功率MOSFET的導通電阻Rds(m)等效為Rds+AR，其中Rds為功率MOSFET允許結(jié)溫時的導通電阻，而AR為超過允許結(jié)溫的導通電阻增量。功率MOSFET器件的散熱能力通常用熱阻來表示，熱阻越小，則散熱能力越好；熱阻越大，則表示熱傳導越困難，功率MOSFET上所產(chǎn)生的熱量就越高，所以可以根據(jù)熱阻值的大小來判斷功率MOSFET的發(fā)熱狀態(tài)；因功耗是產(chǎn)生熱量的直接原因，功耗大的功率MOSFET芯片，發(fā)熱量也一定大；因此，在功放輸出端的Q5導通，功放功率正常輸出時，Q5的漏源極間電阻Rds(m)上流過額定電流Id，同時產(chǎn)生漏極電壓Vds;當功放功率連續(xù)輸出后，其結(jié)溫T 升至超過額定值時，導通電阻Rds(m)與漏極電流也同時增大(RdJP Id成為Rds+AR和Id')，導致功耗大大增加，Q5的漏極電壓Vds也增大至Vds'。故將該漏極電壓Vds'進行取樣，作為保護功放電路的控制信號。
[0009]所述比較模塊的電路由運算放大器LM324、電阻Rl、R2、R3、電容Cl組成。運算放大器LM324的4腳接電源+12V，同時接電容Cl，Ul的11腳接地，反相輸入端2腳接電阻R2，R2的另一腳接基準電壓Vds，運算放大器LM324的同相輸入端3腳經(jīng)電阻Rl接取樣電壓Vdsr，U1的輸出端I腳經(jīng)電阻R3接控制信號SD，電容Cl的另一腳接地。將功率MOSFET上超過結(jié)溫狀態(tài)的導通電阻Rdsten)上電壓Vds'作為取樣信號，輸入至比較器的同相輸入端，由比較器將該電壓與功率MOSFET上結(jié)溫正?？刂品秶鷥?nèi)的漏極電壓(作為基準電壓)Vds進行比較，比較結(jié)果輸出作為功放電路保護的控制信號SD。如功率MOSFET過熱(超過了結(jié)溫)，則比較模塊的電路輸出高電平，控制功放驅(qū)動模塊的IR2113S型驅(qū)動芯片U9使能端(SD)，將功放驅(qū)動器關(guān)閉，使功放輸出級的功率MOSFET截止，功放輸出降至零，達到了快速保護功率放大器的目的。如功放結(jié)溫在正?？刂品秶鷥?nèi)，比較模塊的電路則輸出低電平，使功放電路繼續(xù)輸出功率。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在D類功率放大器的大功率驅(qū)動使用中，保護效果尤為顯著。當功放輸出過功率，結(jié)溫超過額定值時，保護電路立即能動作，使功放驅(qū)動模塊的電路快速關(guān)閉，功放功率輸出降為零，達到快速、實時保護功放的目的。且該電路具有結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，響應(yīng)速度快等特點。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的電原理框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的功放驅(qū)動模塊I電原理圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的功率輸出與取樣模塊2電原理圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的比較模塊3電原理圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的功放電原理圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本實施例所述的一種D類功率放大器保護電路，包括有PWM輸入和負載，還包括有功放驅(qū)動模塊1、功率輸出與取樣模塊2和比較模塊3，所述功放驅(qū)動模塊的輸入端與PWM輸入相連，所述的功率輸出與取樣模塊的輸入端與功放驅(qū)動模塊的輸出端相連，所述的功率輸出與取樣模塊的輸出端與負載相連，所述的比較模塊的輸入端和輸出端分別和功率輸出與取樣模塊、功放驅(qū)動模塊相連。
[0017]其中經(jīng)調(diào)制后的PWM輸入信號從功放驅(qū)動模塊輸入，經(jīng)功放驅(qū)動模塊分離輸出PWM1、PWM2驅(qū)動信號，該二個信號驅(qū)動功率輸出與取樣模塊中的功率M0SFET，使功率MOSFET導通后輸出功率。功率MOSFET處在導通狀態(tài)時，漏極電流Id在漏源極間的導通電阻Rds(m)上產(chǎn)生漏極電壓V ds;當功放功率連續(xù)輸出后，功率MOSFET結(jié)溫T j將持續(xù)上升，則其相應(yīng)的導通電阻Rds(m)也隨之增大，且導通電阻與功率MOSFET的結(jié)溫T j之間呈線性關(guān)系；由取樣電路通過在功率輸出與取樣模塊上將超過結(jié)溫的電壓U進行取樣，該取樣電壓U輸入比較模塊電路的同相輸入端，再由比較模塊電路將取樣電壓與基準電壓(結(jié)溫允許范圍內(nèi))進行比較，其結(jié)果輸出作為控制信號SD，通過反饋網(wǎng)絡(luò)控制功放驅(qū)動模塊電路的使能端SD，關(guān)閉驅(qū)動電路輸出信號，使功放輸出功率MOSFET截止，功放功率輸出下降至零，從而達到快速保護功率放大器的目的。
[0018]所述功放驅(qū)動模塊電路由74HC00型高速與非門芯片U7、功率MOSF