CN201533285U - Ldmos保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种LDMOS保护电路，所述电路包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源。栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定。漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，从而避免LDMOS工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护LDMOS的作用。直流电源为其它三个部分提供直流源。本实用新型有益的效果：该电路能有效可靠保护LDMOS，且具有简单、成本低、易实现等特点。

Description

LDMOS保护电路

技术领域

本实用新型涉及LDMOS大功率放大技术，特别涉及一种LDMOS保护电路，避免LDMOS工作在低漏压时的不稳定状态，具有保护LDMOS功能。

背景技术

由于LDMOS器件具有良好的电学特性和射频表现，并且可以与标准的CMOS工艺完全兼容，因此在射频集成电路中得到了越来越广泛的应用。LDMOS具有如下优点：1.热稳定性好，器件的耐高温特性好；2.频率稳定性高；3.增益高，频带宽，线性度高；4.器件的使用寿命长；5.简单的匹配电路，良好的AGC控制；6.更低的噪音等。自2005年以来，LDMOS器件占据了2GHz以及更宽频率范围的高功率射频放大应用90％的市场。现已广泛应用于移动通信(CDMA、GSM、TD-SCDMA、WCDMA等)、卫星通信、导航及探测、高频通信(集群电台等)、航空管制等众多领域。

LDMOS是专为射频功率放大器设计的改进型N沟道MOSFET，常工作在AB类，它的自热效应会导致静态工作电流的漂移，即在一定的栅压下，当温度升高时，其静态电流升高；当温度降低时，其静态电流降低。一般地，当LDMOS工作温度从20℃升高到100℃时，其静态工作电流变化140％。静态工作电流的变化会影响功率放大器的增益、效率、和线性度等指标，更有甚至会使LDMOS工作在不稳定状态引起自激。因此需要一种偏置电路保持LDMOS静态工作电流的恒定。

移动通信领域LDMOS正常工作时漏压一般为+28V，栅压偏置一般在2～4V范围内，在射频LDMOS功率放大器的设计中，它工作时漏极很大，需要很大的电源滤波电容(电容量可达220uF)，而栅极几乎没有电流，只需要很小的滤波电容(1uF以下)。这样就导致LDMOS上电的瞬间，栅极的充电时间比漏极更短，栅极比漏极更快达到工作电压；LDMOS关电的瞬间，栅极的放电时间比漏极更快，栅极比漏极更快达到低电平。但LDMOS的正确的上电顺序是先漏极后栅极，关电顺序是先栅极后漏极。这样就使得LDMOS的工作特性和设计原理相矛盾。如果LDMOS上电或关电的顺序不对，会导致LDMOS损坏。还有如果LDMOS的漏极供电电源发生故障，也会由于LDMOS的栅压高于漏压而损坏。为了提高LDMOS设计的功率放大器的可靠性，需要有一种简单有效的方法或电路解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是正是要克服上述技术存在的不足，而提供一种LDMOS保护电路，保证LDMOS工作在正确的上电或关电顺序，还可以保证LDMOS在全温范围内工作在恒定的静态电流。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：这种LDMOS保护电路，包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源，栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定；漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，从而避免LDMOS工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护LDMOS的作用。直流电源为LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路三个部分提供直流源。

作为优选，所述的LDMOS放大电路包括LDMOS管Q1，输入隔直电容C1，输出隔直电容C3，栅极厄流电感L1，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电容C4，漏极电源滤波电容C5、C6；LDMOS的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。

作为优选，所述的栅压偏置电路包括三端稳压模块(LDO)U1；直流滤波电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15；电阻R1与U1构成恒流源，恒流值由U1的1与2脚之间的电压和R1的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、D1后，在R3的两端产生不同的电压；可变电位器VR1的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端，用来确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、R6组成直流放大器，放大倍数由R5和R6的阻值确定；肖特基二极管D1的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温度系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电时间常数；LDMOS的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最终输出为VGS。

作为优选，所述的漏压取样比较电路：LDMOS的漏极电压VDS通过取样电阻R10、R11分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端；运算放大器U2B的同相输入端为比较设定值，由电阻R8、R9和直流电源+5V确定，电容C16用于滤波；运算放大器U2B的同相反相比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接VGS；当LDMOS的漏极电压VDS低于设定值时，运算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通过Q2快速放电，LDMOS关闭。

本实用新型有益的效果：本实用新型的LDMOS保护电路具有简单、实用、可靠、成本低等特点，保证LDMOS工作在正确的上电或关电顺序，还可以保证LDMOS在全温范围内工作在恒定的静态电流。

附图说明

附图1是本实用新型的整体框图；

附图2是功率放大电路原理图；

附图3是栅压偏置电路原理图；

附图4是漏压取样比较电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但应理解这些实施例并不是限制本实用新型的范围，在不违背本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本实用新型作出改变和改进以使其适合不同的使用情况，条件和实施方案。

本实用新型针对LDMOS的静态工作特性，从栅极和漏极来实现保护。包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源。栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，此电路还具有栅压温度自动补偿功能，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定。漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，从而避免LDMOS工作在低漏压时不稳定的状态，从而起到保护LDMOS的作用。直流电源为其它三个部分提供直流源。

LDMOS放大电路(图2)，包括LDMOS管Q1，输入隔直电容C1，输出隔直电容C3，栅极厄流电感L1，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电容C4，漏极电源滤波电容C5、C6；LDMOS的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。射频信号通过LDMOS放大电路后实现功率的放大。

栅极偏置电路(图3)，包括三端稳压模块(LDO)U1；直流滤波电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15；电阻R1与U1构成恒流源，恒流值由U1的1与2脚之间的电压和R1的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、D1后，在R3的两端产生不同的电压；可变电位器VR1的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端(3脚)，用来确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、R6组成直流放大器，放大倍数由R5和R6的阻值确定；肖特基二极管D1具有负温度特性，当温度升高时，它所产生的压降减少，当温度升高时，它所产生的压降升高，它的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温度系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电时间常数；LDMOS的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最终输出为VGS。

漏压取样比较电路(图4)，其特征在于：LDMOS的漏极电压VDS通过取样电阻R10、R11分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端(6脚)；运算放大器U2B的同相输入端(5脚)为比较设定值，由电阻R8、R9和直流电源+5V确定，电容C16起滤波作用，使设定值不会有大的波动；运算放大器U2B的同相反相比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接VGS；当LDMOS的漏极电压VDS低于设定值时，运算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通过Q2快速放电，这样LDMOS的栅极电压约为零，LDMOS关闭。当LDMOS的漏极电压VDS高于设定值时，运算放大器U2B输出低电平，Q2关闭，这样LDMOS的栅极电压VGS通过R7和C15形成的充电电路充电，达到LDMOS所需要的栅极偏置值，LDMOS导通。

栅极温度补偿原理：

三端稳压模块U1(比如LT117-3.3)，它的1和2脚之间输出一个输出一个几乎不随温度变化的恒定电压3.3V，构成的恒流源电流I

I＝3.3/R1

此电流通过R2、R3、R4和D1后在R3两端形成两个电压值给电位器VR1，VR1的2脚最大输出电压为Vmax

Vmax＝I*(R3+R4)+Vd，其中Vd为二极管D1的压降，常温下通常为0.7伏VR1的2脚最小输出电压为Vmin

Vmin＝I*R3+Vd

VR1的2脚输出电压通过由U2A、R5、R6组成的直流放大器后，可以确定LDMOS的栅极电压VGS的范围，VGS的最大电压为VGSmax

VGSmax＝Vmax*(R5+R6)/R5

VGS的最小电压为VGSmin

VGSmin＝Vmin*(R5+R6)/R5

从上面的公式可以看出，LDMOS的栅极电压VGS和二极管D1的压降Vd有关联，而Vd是负温度系数。也即是说，当温度升高时，Vd下降，VGS也下降；当温度降低时，Vd上升，VGS也上升。VGS随温度的变化量与Vd随温度的变化量是反比例关系，这个比例系数可以通过调整R3、R4、R5、R6的阻值得到。LDMOS的栅极偏置和温度是反比例关系，而此电路输出VGS随温度也是反比例关系。在射频LDMOS功率放大器PCB的设计中，二极管D1要尽可能靠近LDMOS，这样温度补偿的效果才能达到最佳。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种LDMOS保护电路，其特征在于：包括LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路和直流电源，栅压偏置电路用于调整设定LDMOS的栅极电压，使LDMOS在工作温度范围内的静态电流恒定；漏压取样比较电路用来取样LDMOS的漏极电压，并与LDMOS所需要的最低工作漏极电压进行比较后产生一个高低电平控制栅压偏置电路是否输出到LDMOS的栅极，直流电源为LDMOS放大电路、栅压偏置电路、漏压取样比较电路三个部分提供直流源。

2.根据权利要求1所述的LDMOS保护电路，其特征在于：所述的LDMOS放大电路包括LDMOS管Q1，输入隔直电容C1，输出隔直电容C3，栅极厄流电感L1，漏极厄流电感L2，栅极射频信号旁路电容C2，漏极射频信号旁路电容C4，漏极电源滤波电容C5、C6；LDMOS的栅极偏置电压为VGS，漏极电压为VDS。

3.根据权利要求1所述的LDMOS保护电路，其特征在于：所述的栅压偏置电路包括三端稳压模块(LDO)U1；直流滤波电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15；电阻R1与U1构成恒流源，恒流值由U1的1与2脚之间的电压和R1的阻值确定；恒流源通过R2、R3、R4、D1后，在R3的两端产生不同的电压；可变电位器VR1的1和3脚分别连接电阻R3的两端，2脚连接运算放大器U2A的正相输入端，用来确定LDMOS的静态工作电流；运算放大器U2A和电阻R5、R6组成直流放大器，放大倍数由R5和R6的阻值确定；肖特基二极管D1的温度系数通过直流放大器变换后形成新的温度系数正好补偿LDMOS的温度特性；电阻R7和电容C15组成充电电路，它们的值确定充电时间常数；LDMOS的栅极偏置电压范围由R3两端的电压和直流放大器确定；偏置电路的最终输出为VGS。

4.根据权利要求1所述的LDMOS保护电路，其特征在于：所述的漏压取样比较电路：LDMOS的漏极电压VDS通过取样电阻R10、R11分压后输入到运算放大器U2B的反相输入端；运算放大器U2B的同相输入端为比较设定值，由电阻R8、R9和直流电源+5V确定，电容C16用于滤波；运算放大器U2B的同相反相比较后由7脚输出一个高低电平到N沟道FET管Q2的栅极，Q2的源极接地，Q2的漏极接VGS；当LDMOS的漏极电压VDS低于设定值时，运算放大器U2B输出高电平，Q2导通，VGS通过Q2快速放电，LDMOS关闭。

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