[发明专利]功率放大器的快速保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率放大器的快速保护电路。

背景技术

功率放大器中的D类放大器，因其输出级场效应管(功率MOSFET)大部分时间处于饱和导通和截止状态，故功率损耗比较小，且效率可达90％以上，不存在交越失真等特点，因而被广泛采用。随着功率放大器的输出功率越来越大，其中的功率MOSFET也朝着大功率方向发展。但功率MOSFET的功率做得越大，整个器件的发热密度越高。在较高耗散功率作用下，若功率MOSFET的散热能力有限，就会使功率MOSFET内部芯片因结温升高，漏极电流增大，超过其最大额定功率，而造成损坏现象，故对功率放大器中的功率MOSFET保护至关重要。

现有的功率放大器保护电路有下面几种：过压、过流、过温、保险丝熔断等，但这些保护措施都存在反应不及时，保护电路动作慢等问题。由于保护动作时间上的差异，反而达不到保护功率MOSFET不被烧毁的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中功率放大器保护电路动作慢的问题，提供一种功率放大器的快速保护电路。

本发明所采用的技术方案是：一种D类功率放大器保护电路，包括有PWM输入和负载，还包括有功放驱动模块、功率输出与取样模块和比较模块，所述功放驱动模块的输入端与PWM输入相连，所述的功率输出与取样模块的输入端与功放驱动模块的输出端相连，所述的功率输出与取样模块的输出端与负载相连，所述的比较模块的输入端和输出端分别和功率输出与取样模块、功放驱动模块相连。

其中经调制后的PWM输入信号从功放驱动模块输入，经功放驱动模块分离输出PWM1、PWM2驱动信号，该二个信号驱动功率输出与取样模块中的功率MOSFET，使功率MOSFET导通后输出功率。功率MOSFET处在导通状态时，漏极电流I_d在漏源极间的导通电阻R_ds(on)上产生漏极电压V_ds；当功放功率连续输出后，功率MOSFET结温T_J将持续上升，则其相应的导通电阻R_ds(on)也随之增大，且导通电阻与功率MOSFET的结温T_J之间呈线性关系；由取样电路通过在功率输出与取样模块上将超过结温的电压V_ds′进行取样，该取样电压V_ds′输入比较模块电路的同相输入端，再由比较模块电路将取样电压与基准电压(结温允许范围内)进行比较，其结果输出作为控制信号SD，通过反馈网络控制功放驱动模块电路的使能端SD，关闭驱动电路输出信号，使功放输出功率MOSFET截止，功放功率输出下降至零，从而达到快速保护功率放大器的目的。

所述功放驱动模块电路由74HC00型高速与非门芯片U7、功率MOSFET专用IR2113S型驱动芯片U9、二极管D4、电阻R11、电容C17、C24、C25组成；其中PWM输入的信号从高速与非门芯片U7的74HC00型高速与非门芯片U712脚输入，13脚与12脚相短接，同时12脚通过电阻R11上拉至+5V的工作电源上，74HC00型高速与非门芯片U7输出引脚11同时与74HC00型高速与非门芯片U7的1、2脚和IR2113S型驱动芯片U9的14脚相连，其中74HC00型高速与非门芯片U7的1与2引脚互连；74HC00型高速与非门芯片U7的3脚接至IR2113S型驱动芯片U9的12脚。IR2113S型驱动芯片U9的12脚为高输入端HIN，14脚为低输入端LIN，1脚为低输出端LO，输出PWM2驱动信号，2脚为接地端，3脚为桥式输出功率MOSFET的下臂栅极偏置电压，为+12V；6脚为输出功率MOSFET的浮地端，7为桥式输出功率MOSFET的上臂栅极偏置电压，8脚为高输出端HO，输出PWM1驱动信号，11脚为IR2113S型驱动芯片U9的工作电源+5V，15脚为接地端，13为IR2113S型驱动芯片U9的使能端(接控制信号SD)，控制驱动芯片信号输出的关闭或打开。当该使能端输入高电平时，驱动器即关闭，驱动器的高、低输出端均为零(即无驱动信号输出)；电容C17、C25为滤波电容，其中电容C17一端接地，另一端接+5V工作电源，而电容C25一端接地，另一端接IR2113S型驱动芯片U9的3脚+12V，二极管D4的正端接IR2113S的3脚，其负极和电容C24的一端同时接IR2113S型驱动芯片U9的7脚，为桥式输出功率MOSFET的上臂栅极提供偏置电压。电容C24的另一端接地，C24为自举电容。