[发明专利]一种用于数字电视功率放大器的功率过冲保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率过冲保护电路，更具体说，它涉及一种用于数字电视功率放大器的功率过冲保护电路。

背景技术

在中等功率（百瓦量级）和大功率（若干千瓦量级）数字电视无线发射系统中，射频功率放大器处于高能、高热的工作状态，是故障率较高的部件之一。一旦射频功率放大器发生故障，发射功率会下降甚至消失，导致劣播或停播事故。射频功率放大器中，末级大功率晶体管是最容易损坏的部件。造成大功率晶体管损坏的主要原因包括：过热、过激励、过载。

由于散热系统故障导致晶体管过热的时间一般为秒的量级，通过监测散热系统工作状态和关键部位的温度，较容易实现保护功能。过激励和过载都会导致器件内部半导体结构发生过压击穿，作用的机理有两类：一是瞬时的射频电压超过半导体结构（如栅极-源极或漏极-源极）的耐压值，并持续一定的时间；二是由于漏极功率的突变导致漏极-栅极之间产生高幅度电压，将栅极-源极击穿，损害发生的时间从纳秒至微秒不等。

针对末级大功率晶体管的保护措施如专利US6,424,216B1(B2)，US7,486,144B2和US7,352,240B2等。其中关于过激励和过载的防护多采用平均功率检测和峰值功率(电压)检测，检测值一旦超限则给出保护信号，由执行机构切断大功率晶体管的栅压或降低其激励功率，达到保护功率管的目的。上述措施在数字电视广播发射功放中应用时需要面对如下的困难：

地面数字电视广播标准多采用扩频通信的机理，其频谱在通带内类似白噪声，时域包络也是呈随机分布的特征。平均功率检测需要较长的统计时间才能获得平稳的检测结果，以中国地面数字电视国家标准(CTTB)为例，一个信号帧最长为625uS，平均功率检测的统计时间不应低于5～10个信号帧，即3～6mS，远大于过载或过激励损害发生的时间。

另外，数字电视广播的激励器都是采用幅度-相位联合调制，大多数情况还会采用正交频分复用(OFDM)的调制方式，具有较高的峰值平均功率比(PAPR)。信号的幅度按一定的规律随机分布，峰值越高出现的概率越小，持续时间越短。这种特征给峰值功率检测和保护门限的确定带来困难。随机分布的幅度容易造成误保护。

对于CTTB标准，不同帧头模式的平均功率随时间的变化特性是不同的，如图1所示，在帧头(11)长度是420（55.6us）和945（125us）两种模式下，帧头的平均功率比帧体(12)高3dB，导致短时内信号功率是不平稳的，而帧头长度为595（78.7us）时帧头和帧体平均功率相同。上述特性会影响峰值功率保护门限的选取：如果以帧头期间的电平标准作为门限，则有可能帧体期间平均功率增大超过3dB时才启动保护，失去保护的意义。如果以帧体期间的电平作为门限，则帧头出现时容易触发误动作。所以对于数字电视广播标准，采用已有的过激励或过载保护方案较难实现准确有效的保护。

随着大功率晶体管工艺技术的进步，抗失配性能上可以保证在超过45:1的负载电压驻波比条件下晶体管安全工作。因此瞬时射频电压击穿的情况会大幅减少，防护的重点是针对过激励或过载造成漏极功率突变导致电压击穿的情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种针对数字电视广播标准，尤其是中国地面数字电视广播标准的保护效果好，不易误触发的用于数字电视功率放大器的功率过冲保护电路。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种用于数字电视功率放大器的功率过冲保护电路，包括功率检测电路和上冲检测电路；功率检测电路的时间常数通过外部分立器件可控，选择时间常数，以保证能够检测出不同模式数字电视信号的功率上冲；所述上冲检测电路包括具有高通特性的反相放大器、滞回比较器、参考电压源和复位电路。具有高通特性的反相放大器利用高通网络滤除功率检测信号中的低频分量，并通过钳位二极管消除负向的功率变化，只将功率上冲量放大；所述滞回比较器，输入信号是所述具有高通特性的反相放大器放大的输出，当上冲量幅度超过门限后会触发滞回比较器使其翻转，给出过冲指示信号，并将状态锁定；通过所述复位电路可以将所述滞回比较器的输出信号清除，实现复位功能；所述电压参考源为所述具有高通特性的反相放大器和所述滞回比较器提供参考电压。

作为优选：采用对数线性的平均功率检波器实现所述功率检测电路，通过改变外接于输出端的滤波电容调整检波时间常数。

作为优选：采用电压线性的平均功率检波器实现所述功率检测电路，通过改变外接于输出端的滤波电容调整检波时间常数。