基于多核處理架構(gòu)的功放實時保護電路設(shè)計

　　摘要：針對寬帶射頻大功率放大器容易損壞的現(xiàn)象，分析了其故障原因和現(xiàn)有功放保護電路設(shè)計的不足。在此基礎(chǔ)上，提出了功放實時保護技術(shù)的思路，并據(jù)此設(shè)計了一種以多核單片機和高速CPLD、多通道AD檢測芯片等為核心構(gòu)成的新型實時保護電路。該系統(tǒng)對與功放工作狀態(tài)密切相關(guān)的各種因素進行實時并行監(jiān)視處理，從而及時的對功放做出預(yù)防性保護。電路結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本較低，對于提高功放等射頻大功率設(shè)備的可靠性有重大意義。

　　引言

　　在國防、通信等相關(guān)領(lǐng)域中，寬帶射頻大功率放大器是發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分。相關(guān)領(lǐng)域中往往需要用到由多個功率管合成輸出組成的幾百瓦乃至數(shù)千瓦等級的功放。如此大的功率等級必然對供電、散熱都有很強的要求，加上復(fù)雜的合成、匹配電路，這其中任意一環(huán)的故障往往就會引起價值昂貴的功放不可逆的損壞，通常表現(xiàn)為無功率輸出或者功率達不到額定值，從而影響整個發(fā)射系統(tǒng)的性能，甚至使發(fā)射系統(tǒng)癱瘓，造成較大經(jīng)濟損失。因此，寬帶射頻大功率放大器必須具備完善有效的保護電路。

　　現(xiàn)有的功放保護電路雖然也具備了完善的各種故障的保護功能，諸如駐波保護、過流保護、過熱保護、過欠壓保護、過激勵保護等，但是，這種電路的保護響應(yīng)是滯后的，只能在故障已經(jīng)發(fā)生后發(fā)現(xiàn)故障，再做出防止故障進一步擴大的相應(yīng)保護措施，諸如斷電、停止發(fā)射等，從本質(zhì)上看是一種事后彌補行為。而此時，功放往往已經(jīng)發(fā)生了不可逆的損壞。以發(fā)射機系統(tǒng)中常見的駐波故障(通常由于功放輸出端開路造成)為例，當(dāng)發(fā)生輸出開路等情況時，首先要等待耦合檢波電路對發(fā)生的變化做出響應(yīng)并傳給控制板，然后控制電路再據(jù)此作出判斷，并進行相應(yīng)的處理，如切斷功放模塊的偏置電壓供電等。從發(fā)生開路到功放最終退出發(fā)射工作狀態(tài)，這段保護響應(yīng)時間可能要數(shù)十μs，然而“脆弱”的功率管對于駐波狀態(tài)下反向大功率的承受時間往往是非常短暫的，甚至不足這數(shù)十μs。實際工作中發(fā)現(xiàn)，等真正保護時，很多功率管已經(jīng)發(fā)生了或大或小的損傷。其它各種故障保護的情況也類似。因此，很有必要對現(xiàn)有功放控制保護電路作出從設(shè)計理念到具體實現(xiàn)的徹底改變，實現(xiàn)真正的保護功放不受傷。

　　方案設(shè)計

　　新的實時保護電路設(shè)計的出發(fā)點就是要防患于未然，能夠在故障發(fā)生前根據(jù)監(jiān)測到的參數(shù)變化趨勢作出合理判斷并采取相應(yīng)措施。為此，對可能造成大功率功放損壞的幾個主要原因的相關(guān)檢測量作出歸納和整理，如圖1所示?！　?/p>

　　傳統(tǒng)的保護電路只是在檢測量已經(jīng)發(fā)生了標(biāo)志著故障的巨大改變后才做出響應(yīng)，而對這中間的變化過程是不問的。因此如果我們能夠?qū)ι鲜鰠?shù)進行實時檢測比較，就有可能及時發(fā)現(xiàn)故障趨勢，從而在造成不可逆的損傷性故障之前提前采取相應(yīng)預(yù)防措施。

　　還是以大駐波為例。大駐波狀態(tài)的判定是由上述正反向功率檢波電壓的比值決定的。如果能夠?qū)崟r獲取這個比值，并與前一次測量的結(jié)果進行比較而不是只與一個預(yù)設(shè)的固定門限比較，就有可能在發(fā)生駐波值突然異常升高，意味著有可能發(fā)生大駐波狀況的前夕及時發(fā)現(xiàn)故障趨勢并作出反應(yīng)，采取降額或者停止發(fā)射等方式應(yīng)對，爭取到寶貴的數(shù)十μs時間，從而達到保護功放的目的。其軟件循環(huán)流程如圖2所示?！　?/p>