功放设计中的检测及保护电路

以上是一个完整、系统的保护电路模型，即按该模型去设计保护电路能够达到目的，但是实际应用中很多并非有一个如上完整的模型而只有其中几部分，甚至有时只是单个器件构成。比如限幅器件的本身特性就包含了状态检测、判断比较、执行保护，只不过是这些过程不是靠其他器件完成，而是靠器件本身的特性完成的。类似的器件还有钳位二极管、压敏电阻、PPTC(polymeric positivetemperature coeffic-ient)自恢复电流保护器件等。

4 功放的状态监测
功率放大器的状态监测是功放保护设计的一个非常重要的环节，能否正确、有效、及时检测出状态变化，是能否有效进行保护的关键。
4．1 状态监测分类
功率放大器有很多状态，但根据系统保护设计方面的需求，并非对每个状态进行状态监测，而是对一些关键状态进行检测。根据监测的状态的不同，将状态监测分类为：
(1)激励状态监测，监测输入功率变化；
(2)电流流状态监测，监测功放的工作电流变化；
(3)电压状态监测，监测功率放大器的功率管或者其他电路的某些电压变化；
(4)匹配配状态监测，监测功放输出负载匹配情况；
(5)增益状态监测，监测整个功放的增益变化；
(6)输出功率状态监测，监测功放的输出功率变化；
(7)温度／热状态检测，监测功率的温度和热变化。
4．2 状态监测的检测电路
功率放大器的状态监测是通过各种检测电路实现的，实现上述状态监测的检测电路有：
(1)功率检测电路。功率检测电路可用作激励状态监测、匹配状态监测、输出功率状态监测、增益状态检测的基本检测单元；
而功率检测电路根据要检测的功率类型不同可分为：a．峰值功率检测电路，反映载波包络变化的功率检测电路。目前比较成熟的峰值检波电路模块有AD公司的AD8313、AD8307等。AD8313的典型应用电路，如图2所示；b．平均功率检测电路，反映载波平均功率变化的功率检测电路。平均功率检测电路一般在峰值功率检测的基础上加上平滑滤波电路即可；c．RMS功率检测电路，反映载波均方差功率变化的功率检测电路。对于如CDMA等变包络调制功率信号，RMS功率检测电路能够真实的反映其功率变化。目前应用比较多的电路是基于AD公司的AD8361、AD8362等电路。
根据检测电路输入和输入的对应关系，可将功率检测电路分为：a．对数功率检测电路，即检波输出电平与输入功率的对数呈线性变化关系的功率检测电路。该电路适于检测dB变化要求情况：b．线性功率检测电路，即检波输出电平与输入功率呈线性变化关系的功率检测电路。该电路适于检测W变化要求的情况。

(2)电压取样电路。电压取样电路可作为电流状态监测、电压状态监测的基本电路。
(3)电流检测电路。或者电路是检测电流变化的基本电路。可以用电流检测进行电流状态监测。目前电流检测电路应用比较多的是霍尔电路，尤其是大电流检测。
(4)温度检测电路。检测温度变化，是温度／热监测基本电路。
由于不同的状态监测对检测电路的要求是不一样的，或者同一状态检测不同的系统对检测电路的要求也不一样。明确对相应检测电路的要求是进行检测电路设计的前提。对检测电路的共同要求主要有精度、准确度、线性、动态、响应时间、噪声性能、抗干扰性、灵敏度、可靠性、一致性。
4．3 状态的比较判断
比较判断是保护电路设计一个比较重要的部分，尤其是闭环保护电路。其功能是将监测的状态数据与预置的门限数据进行比较，根据比较结果输出命令去保护执行装置、显示告警装置或者直接通过通信口上报后台。比较判断根据电路实现形式的不同分为硬件判断和软件判断两种形式。根据门限可变与否可将比较判断分为固定门限比较判断，可调门限比较判断。
4．4 保护执行装置
保护执行装置是功率放大器保护电路中的保护执行者，它根据来自比较判断的命令，做出相应的保护动作：进入保护，解除保护。执行保护的器件和装置主要有如下几类：
(1)开关器件类：用在射频功率放大器的开关主要包括直流开关、射频开关，其作用是通过切断直流电流或射频激励达到保护的目的。
(2)参量限制器件类：用在射频功率放大器的参量限制，主要有限幅器件和限流器件。该类器件是通过限制激励的幅度或者电流强度来达到保护的目的。
(3)参量调整器件类：用在射频功率放大器的参量调整类器件，有电调衰减器、数字衰减器、可变增益放大器。使用该类器件能够将过激励部分调整回安全状态。
(4)组合类器件：将保护执行部分跟功率放大器的其他电路集成在一起，形成一个多功能组合器件。比如LP295l，LP2951如果用在功率放大管的偏置电路上，一方面可以提供稳定的偏压；另外LP2951有一CONTROL端，如果该端输入高电平信号，那么输出电压为零，该功能可以作为保护用。
4．5 保护电路举例分析
下面介绍某功放的保护设计电路，其原理如图3所示。其功能是当输入信号超过一定电平时，将输入信号大幅度衰减，以保证后面的功率放大器不被损害。该电路由如下几部分构成。