專利名稱：用于保護控制功率放大器的電位檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率放大器，特別涉及針對故障狀態的功率放大器保護。
背景技術：
在功率放大器系統中，最好避免在故障模式操作，這樣的操作可能導致系統(特別是功率晶體管)永久性的損壞。用所設計的保護電路，系統可以修復故障狀態，并重新進入正常操作而不受任何損壞的影響。按常規設計，保護電路保護功率放大器不出現以下的任何故障狀態在輸出端對地、對電源或到其他輸出端的短路；功率輸出過載；電源電壓過載、或電源電壓低；封裝過熱。美國專利No.4053996公開了這種保護電路的一個例子。
圖9是顯示用于常規的音頻功率放大器保護的框圖。功率放大器包括輸出模塊2、輸出端3、偏置模塊4、待用端5和保護模塊70。
輸出模塊2包括在電壓為Vcc的電源與地之間的兩個串聯功率晶體管。輸出端3連接在兩個功率晶體管之間。偏置模塊4為其他的電路模塊提供偏置電流，其他電路模塊因此偏置而處于激活狀態，具體是使兩個功率晶體管導通。然后，大量的電流流過功率晶體管和輸出端3，因此，給諸如高音喇叭(沒有顯示)的外部負載供電。
保護模塊70包括保護開關模塊71，ASO(安全工作區)檢測模塊72，和對地短路檢測塊73。保護開關模塊71控制位于輸出模塊2與偏置模塊4之間的保護開關7A的ON/OFF(導通/斷開)狀態，并允許(或者阻止)偏置電流流入(或分別流出)。ASO檢測模塊72設計成能檢測它們的ASO外邊的功率晶體管的工作。這里，ASO外邊的操作是指出現了上述的功率晶體管的故障狀態，例如“對地、對電源、或對其他的輸出端的短路”和“過載”等。ASO檢測模塊72通過功率晶體管的電流、電壓和溫度檢測輸出模塊2的工作。當電流和電壓超過隨溫度變化的ASO的極限時，ASO檢測模塊72輸送信號到保護開關模塊71(為了避免錯誤操作，通常在預定的延時TD后輸送信號)。然后，保護開關模塊71斷開保護開關7A，于是，斷開用于輸出模塊2的偏置電流。因此，功率晶體管不考慮這兩個故障的類型而均被限定在OFF狀態。同時，保護開關模塊71連接對地短路檢測塊73到偏置模塊4。然后，對地短路檢測塊73被激活，并檢測輸出端3的對地電位。輸出端3對地短路的事件中，對地短路檢測塊73連續輸送信號到保護開關模塊71。由此，保護開關模塊71使保護開關7A保持OFF狀態。因此，保護模塊70防止由于過電流使功率晶體管永久損壞。沒有檢測到或消除了對地的短路時，對地短路檢測塊73終止信號輸送。然后，保護開關模塊71導通保護開關7A。由此，允許偏置電流流到輸出模塊2。因此功率晶體管工作，功率放大器恢復正常操作。
在功率放大器的正常工作過程中用于功率晶體管的上述的保護是有效的，因為輸出模塊2的電流和電壓如此之大，以至于ASO檢測模塊72能容易并快捷地檢測ASO外邊的功率晶體管的操作。但是，在如下電壓升高過程(power-up)中，例如，對地短路的故障狀態時輸出端3便會出現問題。
圖10顯示出保護開關7A、保護開關模塊71、ASO檢測模塊72、對地短路檢測塊73和待用端5的電壓VSTB電平的工作時序圖(見圖9)。圖10中，高(或低)電平代表各個電路模塊在激活狀態(或非激活狀態)。這里，用例如微控制器的外部裝置給待用端5加電壓VSTB，在電壓升高的過程中按預定的比率升高其電平。偏置模塊4檢測在電壓升高過程中的電壓VSTB的電平，直到待用端5被充分激活時，也就是說，電壓VSTB的電平達到預定電平VON，才給保護模塊70供給偏置電流。由此，保護模塊70避免由于浪涌電流和突變電壓升高而引起的誤操作。具體地說，音頻功率放大器防止在電壓升高時喇叭播放不希望出現的噪聲(公知的“突然出現的鳴叫噪聲”)。待用端5的配置是現有的功率放大器(具體是音頻功率放大器)的普通元件。
電壓開始升高時，T0時刻后保護模塊70保持非激活狀態，直到時刻TON待用端5的電位VSTB達到預定電平VON為止。因此，在從T0時刻到TON時刻的時段中ASO檢測模塊72不能檢測ASO外邊的功率晶體管的工作。因此，在一時段PON中，保護開關7A保持ON狀態，所述時段PON是從T0時刻起至從TON時刻再延遲TD結束的時間。例如，電壓升高時在輸出端3的對地的短路事件中，在時段PON內，過量的電流流過功率晶體管，并在功率晶體管中消耗大量的功率。除非在極短的時段內消除這一短路事件，否則這種功耗會導致功率晶體管乃至功率放大器的永久損壞。由于在電壓升高期間保護模塊70不能快速響應故障的發生，因此，很難減少對功率晶體管的永久性損壞的危害。
為了激活保護模塊70，特別是ASO檢測模塊72，在電壓升高的較早階段要求ASO檢測模塊72擴大它的檢測范圍和提高它的檢測精度，由此來確保它在電壓升高期間的可靠性。然而，由于輸出模塊2通常設計成有足夠大的尺寸，以提供足夠的功率，因此要想使它的芯片尺寸最小，需要嚴格限定功率晶體管的ASO。因此，為功率放大器的正常工作，ASO檢測模塊72要求的檢測精度極高。此外，當功率放大器設計成單塊集成電路IC時，要嚴格限定執行ASO檢測模塊72本身可用到的面積。另一方面，由于芯片加工的參數誤差限制了ASO檢測模塊72的設計精度。按常規設計，ASO檢測模塊72的檢測范圍限定為能覆蓋正常工作過程中的功率晶體管的工作范圍，由此確保檢測的高精度。因此ASO檢測模塊72很難達到具有更高檢測精度的更大的檢測范圍，而該更高的檢測精度是適用于在電壓升高期間用于輸出模塊2的可靠保護。
發明內容
本發明的目的是提供一種功率放大器，以在電壓升高期間保護其包括功率晶體管的輸出模塊免受由于故障狀態引起的損壞，而不功率放大器的原有的性能。
按本發明，功率放大器包括用于保護控制的電位檢測器。這里，功率放大器最好包括輸出模塊，包括功率晶體管和連接到負載的輸出端；偏置模塊，包括待用端和被用于偏置功率放大器的其他塊處于激活狀態，具體是，在待用端保持激活狀態時功率晶體管導通；ASO檢測模塊，用于檢測它的ASO(安全工作區域)外邊的功率晶體管的操作，和發送斷開信號；第一故障檢測塊，用于檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態，和發送斷開信號；和保護開關模塊，用于從偏置模塊斷開輸出模塊，和在接收斷開信號期間連接第一故障檢測塊到偏置模塊。
按本發明的電位檢測器最好包括
第二故障檢測塊，用于在電壓升高期間檢測在待用端的電位，和根據達到閾值電平的電位的檢測結果，檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態；和斷開信號發生模塊，當第二故障檢測塊檢測功率晶體管和輸出端之一的故障狀態時，發送斷開信號。
在功率放大器電壓升高期間直到待用端被激活，偏置模塊不會偏置ASO檢測模塊處于激活狀態。電位檢測器本身檢測待用端的電位，因此，它在比ASO檢測模塊啟動更早的階段啟動，于是，能在比ASO檢測模塊的檢測更早的階段檢測故障狀態。在故障狀態事件中，例如，在輸出端對地的短路狀態下，在電壓升高期間，電位檢測器能用斷開信號激活保護開關模塊，然后，在電壓升高的較早階段從偏置模塊斷開功率晶體管。因此，功率放大器能保護輸出模塊免受由于電壓升高期間的故障狀態引起的永久損壞。
按本發明的電位檢測器還包括恢復模塊，用于在電壓升高過程中檢測待用端的電位，和根據達到第二閾值電平的電位的檢測結果，使斷開信號發生模塊終止斷開信號發送。
在電壓升高過程中，電位檢測器檢測故障狀態和激活保護開關模塊時，保護開關模塊連接第一故障檢測塊到偏置模塊，然后激活第一故障檢測塊。當檢測的故障狀態確實發生和持續的情況下，第一故障檢測塊可靠地檢測故障狀態，使保護開關模塊保持輸出模塊從偏置模塊斷開。另一方面，電位檢測器檢測的故障狀態不是實際狀態，或者已經消除時，第一故障檢測塊不檢測故障狀態。而且，在待用端的電位達到第二閾值電平時，電位檢測器釋放保護開關模塊，而不管是否出現故障。因此，功率放大器快速地恢復正常工作。因此，電位檢測器避免了影響功率放大器的原有性能。
本發明的新的特征由所附的權利要求書具體限定，通過以下結合附圖對本發明構成和內容的詳細描述，可以更好地理解本發明的其他目的和特征。
圖1是按本發明實施例的顯示了功率放大器10的BTL(BalancedTransformer Less，橋式推挽放大電路)結構的框圖；圖2是顯示了功率放大器10的結構框圖，該功率放大器針對用于輸出模塊2的保護；
圖3是顯示了功率晶體管典型ASO的集電極電流Ic與集電極-發射極電壓VCE之間的關系曲線圖；圖4是顯示了功率放大器10的電位檢測器8的優選實施例的電路圖；圖5是顯示了在正常工作中用于功率放大器10的保護的流程圖；圖6是顯示了電壓升高過程中用于功率放大器10的保護的第一部分的流程圖；圖7是顯示了電壓升高過程中功率放大器10的保護的第二部分的流程圖；圖8是電壓升高過程中的時序圖，顯示了功率放大器10中的保護開關7A，保護開關模塊71，ASO檢測模塊72，和第一對地短路檢測塊73的工作，和分別由第一對地短路檢測塊73和電位檢測器8發送的兩個斷開信號Sc1和Sc2和在待用端5的電位VSTB的變化電位；圖9是顯示了用于常規音頻功率放大器的保護的框圖；圖10是電壓升高過程中的時序圖，顯示了在圖9所示的常規音頻功率放大器中的保護開關7A、保護開關模塊71、ASO檢測模塊72和對地短路檢測塊73和在待用端5的電位VSTB的工作電位。
在一些或全部附圖中會用圖解方式進行說明，不需要指出實際相關尺寸或者器件位置。
具體實施例方式
以下參見附圖詳細說明本發明的最佳實施例。
圖1顯示了按本發明實施例的功率放大器10的橋式推挽放大電路BTL結構。功率放大器10優選為用于驅動高音喇叭Sp的音頻功率放大器。功率放大器10包括輸入端1、輸出模塊2、第一輸出端3A和第二輸出端3B、偏置模塊4、待用端5、靜噪端6和保護模塊7。
輸入端1從例如微控制器的外部裝置接收音頻信號VIN。輸出模塊2包括第一和第二運算放大器2A和2B，緩沖器21A和反相器21B。音頻信號VIN通過緩沖器21A和反相器21B，和分別反相進入第一和第二運算放大器2A和2B。第一和第二運算放大器2A和2B是推挽型運算放大器，也就是說，它們中的每個運算放大器包括在電壓為Vcc的電源與地之間的一對串聯連接的功率晶體管。在每對功率晶體管中間的第一和第二輸出端3A和3B跨接在高音喇叭Sp上。第一和第二運算放大器2A和2B將音頻信號VIN轉換成分別在第一和第二輸出端3A和3B的極性相反的一對輸出電壓VOUT和-VOUT。然后，兩個輸出電壓VOUT加到高音喇叭Sp上。
偏置模塊4給其他的電路模塊提供偏置電流，由此偏置其他的電路模塊處于激活狀態，具體是使功率晶體管導通。偏置模塊4檢測待用端5和靜噪端6的狀態，并開始(或終止)在待用端(或分別在靜噪端6)激活偏置。這里，用例如微控制器的外部裝置分別控制在待用端5和靜噪端6的電位VSTB和VMT。例如，在待用端5的電位VSTB分別按操作和待用模式設置在0V和+5V。特別地，在電壓升高過程中，在待用端5的電位VSTB按預定比率升高。根據檢測達到預定電平VON的電位VSTB，偏置模塊4向保護模塊7供給偏置電流。因此保護模塊7避免了由于浪涌電流和突變電壓的升高而產生誤動，特別地防止了在電壓升高時高音喇叭Sp播放“突然的鳴叫噪聲”。
保護模塊7檢測輸出模塊2的故障狀態。故障狀態例如包括在輸出端3A和3B之一的對地、對電源或對其他輸出端的短路；功率輸出過載；電源的過壓或低電壓；封裝過熱。根據故障狀態的檢測，保護模塊7斷開保護開關7A，由此從偏置模塊4斷開輸出模塊2。因此，防止輸出模塊2在故障狀態下保持導通狀態，防止由于故障狀態引起永久性損壞。與現有技術相反，正如以下要說明的，保護模塊7本身檢測待用端5的狀態，由此在功率放大器10的電壓升高過程中保護輸出模塊2。
圖2顯示出針對保護輸出模塊2的功率放大器10的結構。保護模塊7包括保護開關模塊71、ASO檢測模塊72、第一對地短路檢測塊73和電位檢測器8。
保護開關模塊71控制設置在輸出模塊2與偏置模塊4之間的保護開關7A的ON/OFF狀態，并允許(或禁止)偏置電流流入(或分別流回)。特別地，是根據接收由保護模塊7中的其他電路模塊發送的斷開信號Sc，保護開關模塊71斷開保護開關7A，和發送啟動信號Ss到第一對地短路檢測塊73。而且，在暫停斷開信號Sc時，保護開關模塊71導通保護開關7A。
ASO檢測塊72檢測它的ASO外邊的功率晶體管的工作。由于輸出模塊2設計成在確定的ASO中工作，所以，ASO外邊的工作指示功率放大器的故障狀態的存在。圖3顯示了功率晶體管典型ASO的集電極電流Ic與集電極-發射極電壓VCE之間的關系曲線圖(如果是MOSFET，分別是漏電流與漏-源電壓)。曲線C代表ASO的極限，例如，它由集電極電流Ic的上限、集電極-發射極電壓VCE，和抑制功率晶體管中的結點處的溫升所能允許的功耗確定的。ASO檢測模塊72檢測功率晶體管的電流、電壓和溫度。當電流和電壓超過ASO的極限時(其取決于溫度)，通常在預定的延遲TD之后，ASO檢測模塊72發送斷開信號Sc到保護開關模塊71以避免誤操作。
根據接收由保護開關模塊71發送的開始信號Ss，第一對地的短路檢測塊73連接到偏置模塊4。然后，第一對地的短路檢測塊73被激活和檢測輸出端3相對地的電位。如果在輸出端3發生對地短路的情形，第一對地的短路檢測塊73連續發送斷開信號Sc到保護開關模塊71。當沒有檢測到或消除了對地的短路時，第一對地的短路檢測塊73終止斷開信號Sc的發送。
ASO外邊的檢測操作指示功率晶體管的故障狀態的發生。但是，ASO檢測模塊72不確定故障狀態的類型。第一對地的短路檢測塊73針對于防止在輸出端3的對地的短路而提供可靠的保護。針對于其他類型的故障狀態二提供可靠保護的其他故障檢測塊可以包括在保護模塊7中。其他的故障檢測塊可以用ASO檢測模塊72激活，并利用保護開關模塊71以與上述描述的第一對地的短路檢測塊73的方式類似的方式進行各個保護。
電位檢測器8包括第二對地的短路檢測塊81、恢復模塊82和斷開信號發生模塊83。在功率放大器10的電壓升高過程中，第二對地的短路檢測塊81檢測待用端5的電位VSTB和輸出端3的電位Vout。根據檢測的達到第一閾值電平Vth1的電位VSTB和在輸出端3的對地的短路，第二對地的短路檢測塊81激活它的輸出到斷開信號發生模塊83。在功率放大器10電壓升高過程中，恢復模塊82檢測待用端5的電位VSTB。根據檢測的達到超過第一閾值電平Vth1的第二閾值電平Vth2(Vth2＞Vth1)的電位VSTB，恢復模塊82激活它的輸出到斷開信號發生模塊83。基于從第二對地的短路檢測塊81輸入的激活作用，斷開信號發生模塊83發送斷開信號Sc，另一方面，基于從恢復模塊82輸入的激活作用，終止斷開信號的發送。
通過斷開信號Sc的發送，電位檢測器8激活保護開關模塊71的反應時間主要由待用端5的電位VSTB從0V升高到第一閾值電平Vth1所需要的時間確定。與現有技術相反，設置第一閾值電平Vth1低于ASO檢測模塊72開始的電平VON，能在功率放大器10電壓升高過程的較早階段實現對地短路的快速檢測。
通過終止斷開信號Sc的發送，電位檢測器8釋放保護開關模塊71的反應時間主要由待用端5的電位VSTB從第一閾值電平Vth1升高到第二閾值電平Vth2所需要的時間確定。在反應時間內，保護開關模塊71激活第一對地的短路檢測塊73。優化第二閾值電平Vth2，以便即時釋放保護開關模塊71，和通過第一對地的短路檢測塊73的檢測高可靠性。由此，功率放大器10快速恢復正常工作。因此，電位檢測器8避免了影響功率放大器10的原有的性能。
圖4顯示出電位檢測器8的電路的一個優選例。
第二對地的短路檢測塊81包括兩個PNP晶體管Q1和Q2，兩個NPN晶體管Q3和Q4，兩個電阻器R1和R2，和ESD(靜電放電)電阻器RESD。兩個PNP晶體管Q1和Q2的發射極連接到電源。兩個PNP晶體管Q1和Q2的基極相互連接。第一PNP晶體管Q1的集電極經第一電阻器R1接地。第二PNP晶體管Q2的基極和集電極相互連接。因此，兩個PNP晶體管Q1和Q2的發射極電流彼此成鏡像。兩個發射極電流之比基本上等于兩個PNP晶體管Q1和Q2的尺寸之比。第一NPN晶體管Q3的集電極、基極、和發射極分別連接到第二PNP晶體管Q2的集電極、待用端5、和經第二電阻器R2連接到第二NPN晶體管Q4的基極。第二NPN晶體管Q4的基極和發射極相互連接。第二NPN晶體管Q4的集電極經ESD(靜電放電)電阻器RESD連接到輸出端3。ESD(靜電放電)電阻器RESD表示在輸出端3的防止ESD(靜電放電)的保護裝置的電阻，因此，電阻器RESD的電阻值應小于其他電阻器R1和R2的電阻值。
在通常的電壓升高的過程中，輸出端3的電位VOUT平滑升高，因此，在待用端5的電位VSTB比輸出端3的電位VOUT略高或略低。然后，兩個NPN晶體管Q3和Q4都保持OFF狀態，在第一PNP晶體管Q1和第一電阻器R1之間的結點J的電位VJ基本上等于0V。在待用端5的電位VSTB通常高于輸出端3的電位VOUT時，正電壓加到第二NPN晶體管Q4上，然后足夠大的基極電流流過第一NPN晶體管Q3。因此，兩個NPN晶體管Q3和Q4都導通，然后，在第一PNP晶體管Q1和第一電阻器R1之間的結點J的電位VJ升高，待用端5與輸出端3之間的電壓VSTB-VOUT用以下的等式(1)給出VSTB-VOUT=VBE3+VBC4+A2A1R2+RESDR1VJ,---(1)]]>
式中，VBE3是ON狀態中的第一NPN晶體管Q3的基極-發射極電壓，VBC4是ON狀態中的第二NPN晶體管Q4的基極-集電極電壓，A1/A2是兩個PNP晶體管Q1和Q2的尺寸比。(3個電阻器R1、R2和RESD的電阻值用相同的參考符號指示。)恢復模塊82包括兩個NPN晶體管Q5和Q6，和兩個電阻器R3和R4。第三NPN晶體管Q5的集電極、基極和發射極分別連接到電源、待用端5和經兩個串聯電阻器R3和R4接地。第四NPN晶體管Q6的集電極、基極和發射極分別連接到第一PNP晶體管Q1與第一電阻器R1之間的結點J、兩個電阻器R3和R4之間的結點和接地。
電壓升高過程中，待用端5的電位VSTB和第三NPN晶體管Q5的基極電流升高。第三NPN晶體管Q5由于有足夠大的基極電流而導通時，第四NPN晶體管Q6也由于基極電流明顯增大而導通。然后，第一PNP晶體管Q1與第一電阻器R1之間的結點J處的電位VJ下降到0V。這時，待用端5的電位VSTB用以下的等式(2)給出VSTB=VBE5+R3+R4R4VBE6---(2)]]>式中，VBE5和VBE6分別是ON狀態中的兩個NPN晶體管Q5和Q6的基極-發射極電壓。(用相同的參考符號指示兩個電阻器R3和R4的電阻值)斷開信號發生模塊83包括第五NPN晶體管Q7。第五NPN晶體管Q7的集電極、基極、和發射極分別連接到保護開關模塊71(見圖2)，第一PNP晶體管Q1與第一電阻器R1之間的結點J和地。而且，第五NPN晶體管Q7的集電極拉升到預定的正電位(沒有顯示)。當結點J的電位VJ升高時，第五NPN晶體管Q7由于它的基極電流明顯增大而導通。然后，第五NPN晶體管Q7的集電極-發射極電壓下降。保護開關模塊71檢測由于斷開信號Sc的激活的電壓降。當結點J的電位VJ下降時，第五NPN晶體管Q7斷開。然后第五NPN晶體管Q7集電極的電位拉升到原有的高電平。保護開關模塊71檢測由于斷開信號Sc的去除的電位拉升。
在電壓升高過程中，如果有輸出端3對地短路發生，輸出端3的電位VOUT保持在基本上等于0V的低電平，而待用端5的電位升高。這種情況下，斷開信號Sc激活，即，第五NPN晶體管Q7的導通要求在待用端5的電位VSTB超過第一閾值電平Vth1，它根據等式(1)，由以下的等式(3)給出
VSTB≥Vth1=VBE3+VBC4+A2A1R2+RESDR1VBE7.---(3)]]>式中VBE7是ON狀態的第五NPN晶體管Q7的基極-發射極電壓。正如從等式(3)所清楚的看到的，可以用兩個PNP晶體管Q1和Q2之間的尺寸比A1/A2和兩個電阻器R1和R2之間的電阻值之比優化激活保護開關模塊71的電位檢測器8的響應時間。ESD電阻器RESD具有如此小的電阻值，以致于它的存在不會對電位檢測器8的響應時間造成影響。
斷開信號Sc失效，即，第五NPN晶體管Q7的斷開要求待用端5的電位VSTB超過第二閾值電平Vth2，它通過上述描述的等式(2)給出VSTB≥Vth2=VBE5+R3+R4R4VBE6>Vth1---(4)]]>從等式(4)容易了解，用兩個電阻器R3和R4之間的電阻值之比能優化電位檢測器8釋放保護開關模塊71的響應時間。
不出現故障的正常工作中，第五NPN晶體管Q7不能激活保護開關模塊71。而且，結點J的電位VJ停留在0V，因此，兩個NPN晶體管Q3和Q4在輸出端3具有高阻抗。這樣，電位檢測器8避免了在正常工作中的功率放大器10的原有性能。
具有上述結構的保護模塊7對功率放大器10執行以下的保護。
圖5顯示出在正常工作中保護功率放大器的流程圖。
《步驟S1》正常工作中，待用端5保持激活，然后，偏置在激活狀態的ASO檢測模塊72檢測功率晶體管的電流、電壓和溫度。
《步驟S2》ASO檢測模塊72根據檢測到的溫度確定ASO極限。檢測到的電流或電壓超過ASO極限的情況下，處理進入到下一步驟S3，否則重復步驟S1。
《步驟S3和S4》等待延遲時間TD后，ASO檢測模塊72發送斷開信號Sc到保護開關模塊71，由此激活保護開關模塊71，而不會由于電流和電壓的突變引起誤操作。
《步驟S5》
保護開關模塊71斷開保護開關7A，由此斷開從偏置模塊4到輸出模塊2的偏置電流。然后，多個功率晶體管都限定在斷開狀態中。
《步驟S6》保護開關模塊71發送開始信號Ss，由此連接第一對地的短路檢測塊73到偏置模塊4。然后，啟動第一對地的短路檢測塊73，和檢測輸出端3相對于地的電位。(與保護模塊7中的其他故障檢測塊一樣)。
《步驟S7》如果輸出端3對地的短路發生，第一對地的短路檢測塊73連續發送斷開信號Sc到保護開關模塊71。(與保護模塊7中的其他故障檢測塊一樣)。由此保護開關模塊71保持保護開關7A在斷開狀態。因此，功率放大器10停止正常工作，功率晶體管避免了由于過電流引起的永久損壞。當沒有檢測到或消除了對地的短路時，處理進入步驟S8。
《步驟S8和S9》第一對地的短路檢測塊73終止斷開信號Sc的發送。(與保護模塊7中的其他故障檢測塊一樣)。然后保護開關模塊71失效，保護開關7A導通。由此允許偏置電流流到輸出模塊2。因此，功率晶體管釋放，功率放大器10恢復正常工作。
圖6和圖7顯示出在電壓升高過程中保護功率放大器10的流程圖。圖8顯示出在電壓升高過程中的保護開關7A、保護開關模塊71、ASO檢測模塊72、和第一對地的短路檢測塊73的工作時序。圖8還顯示出分別由第一對地的短路檢測塊73和電位檢測器8發送的兩個斷開信號Sc1和Sc2以及在待用端5的電位VSTB的時序電位。圖8中，高(或低)電平表示各個模塊的激活(或非激活)狀態。(注意上述的例子和圖4中的電位檢測器8發送的斷開信號Sc2是較不活躍的(active-low))。
如圖8所示，電壓升高開始時，從時刻T0開始，待用端5的電位VSTB從0V按預定的比率升高。偏置模塊4檢測電壓升高過程中的電位VSTB，直到待用端5被激活才給ASO檢測模塊72供給偏置電流，即，電位VSTB達到電平VON。因此，電位直到時刻TON，ASO檢測模塊72才能工作，而就在這個時刻，電位VSTB達到電平VON。另一方面，電位檢測器8在電壓升高時工作，因此，電壓升高過程中，對輸出模塊7執行如下的保護。
《步驟S11和S12》電位電位檢測器8檢測在待用端5的電位VSTB和輸出端3的電位VOUT，直到時刻T1，而就在這一時刻，電位VSTB達到第一閾值電平Vth1時。這里保護開關7A保持在ON狀態。
《步驟S13》在時刻T1，電位VSTB達到第一閾值電平Vth1。在時刻T1，電位檢測器8中的第二對地的短路檢測塊81檢測在輸出端3的對地的短路，處理進入步驟S14，否則進入到步驟S18。
《步驟S14》電位檢測器8發送斷開信號Sc2到保護開關模塊71，即，激活斷開信號Sc，由此激活保護開關模塊71。這里，在一延遲時間后發送斷開信號Sc2用于避免由于電流和電壓的突變引起的誤操作。
《步驟S15》保護開關模塊71斷開保護開關7A，由此斷開從偏置模塊4到輸出模塊2的偏置電流。然后，多個功率晶體管都限定在OFF狀態。
《步驟S16》保護開關模塊71發送開始信號Ss，由此連接第一對地的短路檢測塊73到偏置模塊4。然后，第一對地的短路檢測塊73在時刻T1后立即被激活，然后，檢測輸出端3相對地的電位。
《步驟S17和S18》如果有輸出端3對地的短路發生，第一對地的短路檢測塊73連續發送斷開信號Sc1到保護開關模塊71(見圖8中的實線)。由此，保護開關模塊71保持保護開關7A在OFF狀態。當沒有檢測到或消除了對地的短路時，第一對地的短路檢測塊73終止斷開信號Sc1的發送(見圖8中的虛線)《步驟S19和S20》電位電位檢測器8還檢測在待用端5的電位VSTB，直到時刻T2，而就在這一時刻，電位VSTB達到第二閾值電平Vth2。如圖8的實線指示的，如果在第二對地的短路檢測塊81在步驟S13檢測輸出端3對地的短路，這里，在時刻T1后，電位檢測器8連續發送斷開信號Sc2，保持保護開關7A在OFF狀態中。否則，電位檢測器8終止斷開信號Sc2的發送，然后，保護開關7A保持在OFF狀態，如圖8中的長短虛線指示的。
《步驟S21》在時刻T2，電位VSTB達到第二閾值電平Vth2。然后，電位檢測器8中的恢復模塊82終止斷開信號Sc2的發送，由此釋放保護開關模塊71，而不管是否出現故障。
在步驟S16，如果第一對地的短路檢測塊73被激活，和在步驟S17，檢測在輸出端3對地的短路，第一對地的短路檢測塊73連續發送斷開信號Sc1，如圖8中的實線指示的。因此，時刻T2后，保護開關模塊71保持激活，保護開關7A保持在OFF狀態。因此，在電壓升高過程中，如果有在輸出端3對地的短路發生，電位檢測器8能激活保護開關模塊71，然后，在電壓升高的較早階段從偏置模塊4斷開功率晶體管。特別地，緊隨在時刻T0后的保護開關7A的導通時間PON大大減小，因此，輸出模塊2能防止電壓升高過程中在輸出端3的對地短路引起的永久性損壞。
在步驟S16，如果有第一對地的短路檢測塊73被激活，但是，在步驟S17，沒有檢測到在輸出端3的對地的短路的發生，第一對地的短路檢測塊73不發送如圖8中的虛線指示的斷開信號Sc1。因此，在時刻T2，保護開關模塊71失效，保護開關7A導通。因此，功率放大器10快速恢復正常的電壓升高的操作。因此，電位檢測器8避免了影響功率放大器10原有的性能。
上述的按本發明的實施例中，電位檢測器8包括針對于輸出端3的對地短路保護的第二對地的短路檢測塊81。在電壓升高過程中針對于故障狀態的其他類型的保護的其他故障檢測塊也可以包括在電位檢測器8中。通過檢測在待用端5的電位VSTB，其他故障檢測塊可以自己啟動，并利用在電壓升高的早期階段的保護開關模塊71以與上述的第二對地的短路檢測塊81的方式類似的方式進行各種保護。
以上用按本發明的優選實施例公開的本發明不限制本發明。本行業的技術人員在閱讀了公開的內容后，發現，本發明還有各種變化和改進。由此可以推論，這些變化和改進都落入本發明精神和范圍內。而且，應了解，所附的權利要求書覆蓋這些變化和改進。
權利要求
1.一種電位檢測器，用于功率放大器的保護控制，包括一輸出模塊，包括一功率晶體管和一連接到負載的輸出端；偏置模塊，包括一待用端，并可用于偏置功率放大器的其他電路模塊處于激活狀態，具體是在待用端保持激活狀態時，功率晶體管導通；一安全工作區檢測模塊，用于檢測它的安全工作區外邊的功率晶體管的工作和發送斷開信號；第一故障檢測塊，用于檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態和發送斷開信號；和一保護開關模塊，用于在接收斷開信號期間，從偏置模塊斷開輸出模塊，和連接第一故障檢測塊到偏置模塊；所述的電位檢測器包括第二故障檢測塊，用于檢測在電壓升高過程中待用端的電位和根據檢測達到一閾值電平的電位，檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態；和斷開信號發生模塊，用于在第二故障檢測塊檢測功率晶體管和輸出端其中之一的故障狀態時，發送斷開信號。
2.按照權利要求1的電位檢測器，包括一恢復模塊，用于檢測電壓升高過程中待用端的電位，和根據檢測達到第二閾值電平的電位，使斷開信號發生模塊終止斷開信號的發送。
3.一種功率放大器，包括一輸出模塊，包括功率晶體管和一連接到負載的輸出端；一偏置模塊，包括一待用端，和可用于偏置功率放大器的其他電路模塊處于激活狀態，具體是在待用端保持激活狀態時功率晶體管導通；一安全工作區檢測模塊，用于檢測它的安全工作區外邊的功率晶體管的工作和發送斷開信號；第一故障檢測塊，用于檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態，和發送斷開信號；和一保護開關模塊，用于在接收斷開信號期間，從偏置模塊斷開輸出模塊，和連接第一故障檢測塊到偏置模塊；所述的電位檢測器包括第二故障檢測塊，用于檢測在電壓升高過程中待用端的電位，和根據檢測達到一閾值電平的電位，檢測功率晶體管和輸出端的故障狀態；和一斷開信號發生模塊，用于在第二故障檢測塊檢測功率晶體管和輸出端其中之一的故障狀態時，發送斷開信號。
4.按照權利要求3的功率放大器，其特征是，電位檢測器包括一恢復模塊，用于檢測電壓升高過程中待用端的電位，和根據檢測達到第二閾值電平的電位，使斷開信號發生模塊終止斷開信號的發送。
全文摘要
與只能在供電后操作的常規保護電路不同，通過檢測音頻功率放大器10在電壓升高期間待用端5的電位V
文檔編號H03F1/52GK1684359SQ20041003116
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月13日 優先權日2004年4月13日
發明者黃夏秀, 樋口泰生 申請人:松下電器產業株式會社, 松下亞洲半導體私人有限公司