專利名稱：用于衛(wèi)星接收機的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電壓調(diào)整器的保護裝置。


圖1顯示典型的衛(wèi)星接收機的方框圖。接收機系統(tǒng)包括對準衛(wèi)星的室外微波天線85，用來接收來自衛(wèi)星的信號。來自衛(wèi)星的信號被安裝在非常接近于天線的地點的或直接在天線上的傳統(tǒng)的低噪聲塊變換器(LNB)86放大。LNB 86把高頻(典型地在GHz的范圍)的衛(wèi)星信號變換成在幾十MHz范圍的頻率的信號。來自LNB 86的輸出信號通過同軸電纜84被載送到室內(nèi)衛(wèi)星接收機和譯碼器系統(tǒng)83，被譯碼和呈現(xiàn)給監(jiān)視設(shè)備81。
為了給LNB 86供電，并控制LNB 86的極化選擇，在未示出但被包括在衛(wèi)星接收機和譯碼器系統(tǒng)83中的電源產(chǎn)生的直流(DC)輸出電源電壓Vo被復接到同軸電纜84的中心導體。電壓Vo具有可選擇的13V或18V的電平。電源(未示出)可包括串行傳送晶體管。生成類似于電壓Vo的輸出電源電壓的現(xiàn)有技術(shù)電源的來自在題目為“Voltage Regular Having Complementary Type Transistor(具有互補型晶體管的電壓調(diào)整器)”，以Muterspaugh的名義的美國專利No.5,563,500(Muterspaugh專利)中描述。
較低的和較高的輸出電源電壓電平Vo選擇地被使用來控制LNB 86的極化設(shè)置。例如，較低的電壓電平13V選擇右旋圓極化(RHCP)以及較高的電壓電平18V選擇左旋圓極化(LHCP)。
圖1的LNB 86中的電路被設(shè)計來當以較低的輸出供電電平13V和較高的供電電平18V供電時正確地起作用。LNB 86的電流提取量Io對于13V電平或18V電平幾乎是相同的。
圖2示出圖1的衛(wèi)星接收機系統(tǒng)的電源(未示出)的輸出電源電壓Vo與輸出電流IO之間的典型的關(guān)系。當在串行傳送晶體管(未示出)的輸入與輸出主電流導通端之間的電壓差處在最大值和輸出電流處在最大值時，在串行傳送晶體管中將出現(xiàn)最大功耗。這個情形將出現(xiàn)在圖2的6伏電平時。
對于從單個衛(wèi)星接收機對三個或多個衛(wèi)星天線裝置供電的需要，增加衛(wèi)星天線電源的功率要求。當在電源中存在故障情況時，功率驅(qū)動能力的這種增加將導致更大的功率損耗(以熱的形式)。有需要在故障條件期間減小可控制的串行傳送晶體管中產(chǎn)生的熱量。如果在串行傳送晶體管的輸出端處形成短路或其他故障，則可控制的串行傳送晶體管可能損壞。故障條件例如可以是不正確地連線接收儀器的輸出端的結(jié)果。這樣的損壞通常是由串行傳送晶體管的過分的熱耗散或由于超過串行傳送晶體管的電流額定值而引起的。為此，通常提供過載保護，以防止串行傳送晶體管的這樣的損壞。
另一個現(xiàn)有技術(shù)包括雙輸入電源電壓裝置。當選擇18伏的較高的輸出電壓時，在串行傳送晶體管(未示出)的輸入的主電流導通端處形成22伏的較高的輸入電源電壓。另一方面，當選擇13伏的較低的輸出電壓時，在串行傳送晶體管(未示出)的輸入的主電流導通端處形成16伏的較低的輸入電源電壓。由此，當選擇13伏的較低的輸出電壓時，串行傳送晶體管(未示出)中的功耗，有利地被減小。
體現(xiàn)本發(fā)明的特征的電源包括上述的雙輸入電源電壓裝置。比較器感知由串行傳送晶體管產(chǎn)生的輸出電壓的幅度。當由于過流條件，輸出電壓變?yōu)榈陀趨⒖奸撝惦娖綍r，任何試圖選擇18V的較高的輸出電壓自動過載，代之以在串行傳送晶體管(未示出)的輸入主電流導通端處形成較低的輸入電源電壓。這個行動有利地減小串行傳送晶體管耗散的功率的最大量。
發(fā)明概要實現(xiàn)本發(fā)明的一個方面的、用于通信設(shè)備的電源包括第一控制信號源，它表示何時要選擇第一天線信號和何時要選擇第二天線信號。功率晶體管響應于第一控制信號，用于以按照第一控制信號選擇的數(shù)值生成輸出電源電壓。輸出電源電壓被耦合到通信設(shè)備的一級，當生成輸出電源電壓的第一值時選擇第一天線信號，以及當生成輸出電源電壓的第二值時選擇第二天線信號。開關(guān)響應于第一控制信號，以及開關(guān)被耦合到功率晶體管的輸入端，用于當選擇第一天線信號時以開關(guān)的第一切換狀態(tài)選擇在輸入端處形成的第一輸入電源電壓。當選擇第二天線信號時，在開關(guān)的第二切換狀態(tài)下，選擇在輸入端處形成的第二輸入電源電壓。故障檢測器被耦合到開關(guān)，用于當選擇第二天線信號和出現(xiàn)故障條件時，改變開關(guān)的切換狀態(tài)，選擇在輸入端處形成的、不同于第二輸入電源電壓的、輸入電源電壓。
附圖簡述圖1顯示典型的衛(wèi)星接收機系統(tǒng)；圖2顯示在圖1的衛(wèi)星接收機系統(tǒng)的電源的輸出電源電壓與輸出供電電流之間的典型的關(guān)系；圖3顯示可被合并到圖1的衛(wèi)星接收機系統(tǒng)的、體現(xiàn)本發(fā)明的特性的電源調(diào)整器；圖4顯示用于描述由硬件技術(shù)提供保護的、圖3的電源調(diào)整器的運行模式的流程圖；圖5顯示用于描述由軟件和硬件技術(shù)提供保護的、圖3的電源調(diào)整器的運行模式的流程圖；以及圖6顯示圖3所示的電源調(diào)整器的替換實施例。
優(yōu)選實施例詳細描述圖3示出實現(xiàn)本發(fā)明的特征的電源調(diào)整器10，它用來給圖1的低噪聲塊變換器(LNB)86供電。圖3的電源調(diào)整器10在輸出端16提供調(diào)整的輸出電壓Vo。輸出端16經(jīng)由圖1的同軸電纜84被耦合到LNB86。圖3的串行傳送晶體管Q1的發(fā)射極被加以高于在端子16形成的調(diào)整的輸出電壓Vo的輸入電壓VIN。晶體管Q1的集電極經(jīng)由電流傳感電阻20耦合到端子16。
LNB電壓控制電路7感知輸出電壓Vo和控制用于調(diào)整輸出電壓Vo的功率晶體管Q1。輸出電壓電平Vo由控制端53處的二電平或二進制控制信號23c進行選擇。
在不存在故障的條件下，輸出電壓Vo的穩(wěn)態(tài)電平例如大于10V。所以，實現(xiàn)本發(fā)明的特征的、具有相應的參考電壓22a的比較器22在TRUE(真實)狀態(tài)下產(chǎn)生輸出信號23a。參考電壓22a確定比較器22的閾值電平。因此，由AND門(與門)23產(chǎn)生的信號23c是與由微處理器41產(chǎn)生的輸出信號23b處在相同的狀態(tài)。因此，信號23可以按照微處理器41的信號23c選擇性地假設(shè)為TRUE(真實)狀態(tài)，用于選擇18V的輸出電壓Vo，或為FALSE(虛假)狀態(tài)，用于選擇13V的輸出電壓Vo。例如，輸出電壓Vo的較低的電壓電平13V選擇右旋圓極化(RHCP)以及輸出電壓Vo的較高的電壓電平18V選擇左旋圓極化(LHCP)。由此，由圖1的天線85產(chǎn)生的天線信號發(fā)生變化。因此，在圖3的電源調(diào)整器10中執(zhí)行類似于在Muterspaugh專利中描述的調(diào)整。
圖3也顯示雙輸入電源電壓裝置200，用于生成為LNB電源調(diào)整器10供電的輸入電壓VIN。當選擇18V的較高的輸出電壓電平Vo時，作為開關(guān)工作的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)51被信號23c接通，從輸入電源電壓301提供22伏的輸入電壓到晶體管Q1的發(fā)射極。另一方面，當選擇13伏的較低的輸出電壓電平Vo時，MOSFET51被信號23c關(guān)斷。因此，約16伏的輸入電壓VIN經(jīng)由二極管21的陽極加到晶體管Q1的發(fā)射極。因此，二極管21和MOSFET 51形成用于雙電壓電源的輸入電壓選擇開關(guān)。
在正常工作時，電源調(diào)整器10從約22伏的輸入電壓VIN生成18伏的輸出電壓Vo。同樣，電源調(diào)整器10從約16伏的輸入電壓VIN生成13伏的輸出電壓Vo。
類似于圖1的LNB 86，LNB包括內(nèi)部電源調(diào)整器(未示出)，用于從13V電平或18V電平的電壓Vo生成5V的內(nèi)部電源電壓(未示出)。內(nèi)部電源調(diào)整器(未示出)需要6V的最小輸入電源電壓，用于產(chǎn)生5V電平，能夠提供最大需要的LNB工作電流。因此，當至少6伏電平的電壓Vo加到LNB 86時，可以產(chǎn)生最大的LNB工作電流。為了確保正確的加電運行，圖3的電源調(diào)整器10被設(shè)計成當輸出電源電壓Vo等于或大于6伏時提供輸出電流Io的最大電流電平。正如前面解釋的，輸出電源電壓Vo與輸出電流Io之間的關(guān)系示于圖2。
在正常運行時(非電流極限值)，在功率晶體管Q1的發(fā)射極與集電極之間的電壓降處在正常的安全電平范圍內(nèi)。當例如太低的阻抗被連接到輸出端1 6時則發(fā)生故障條件。因此，由于電流限制，電源電流Io使得在端子16處的電壓Vo降低到6到10伏的輸出電平，正如圖2所示的6伏電平。
圖3的晶體管Q1的最大功耗出現(xiàn)在電壓Vo等于6伏和輸出電流Io處在電流極限電平時。如果不阻止這一情形出現(xiàn)，當22伏的輸入電壓VIN被耦合到晶體管Q1的發(fā)射極時，輸出電壓Vo的降低會使在功率晶體管Q1的發(fā)射極與集電極之間形成的電壓降變得過大。在這樣的故障條件下產(chǎn)生的額外熱量會過早地對功率晶體管Q1產(chǎn)生永久性損害。
在實現(xiàn)本發(fā)明的特征時，當電壓Vo低于約10V的閾值電平時，正如圖4的流程圖的步驟91所示的，圖3的比較器22的輸出信號23a處在低電平狀態(tài)。當比較器22的輸出信號23a處在低狀態(tài)時，它通過與門23的運行，使選擇信號23b的運行過載。由此，迫使電源調(diào)整器10工作在13V模式下，這時輸出電壓Vo是13V，正如圖4的流程圖的步驟92所表示的，而不管微處理器41產(chǎn)生的選擇信號23b是多少。
正如前面解釋的，當選擇輸出電壓Vo的13伏的較低的電平時，MOSFET 51被信號23b關(guān)斷，經(jīng)由二極管21在功率晶體管Q1的發(fā)射極提供約16伏的輸入電壓VIN。這個行動有利地減小功率晶體管Q1需要耗散的功率量。由電壓22a確定的閾值電平優(yōu)選地被選擇為低于輸出電壓Vo的13V的較低的電壓電平和高于6伏。
代替使用與門23來使得該選擇過載，還可以使用軟件保護，如圖5的流程圖所示。在這樣的替換安排中，圖3的信號23a被耦合到微處理器41，如虛線所示。微處理器41的信號23b被傳送到端子53。微處理器41監(jiān)視信號23a。當比較器22的輸出信號23a處在表示故障條件的低電平狀態(tài)時，如在圖5的步驟111中確定的，圖3的微處理器41無條件地生成低電平狀態(tài)的信號23a。所以，迫使電源調(diào)整器10工作在13V模式下，正如前面描述的，正如圖5的步驟112顯示的。當故障條件消失時，正如圖5的步驟113顯示的，正常運行步驟114可以繼續(xù)進行。另一方面，如果故障持續(xù)，時間間隔定時器步驟115將保持13伏模式。如果在步驟111未檢測到故障，則在步驟116，圖3的微處理器41有選擇地生成低電平或高電平信號23b。高電平的圖3的信號23b將使得電源調(diào)整器10工作在18伏模式，其中輸出電壓Vo是18V，以前面描述的方式，正如圖5的步驟117中描述的。
圖6示出實現(xiàn)本發(fā)明特征的電源調(diào)整器10’，被用來給圖1的LNB 86供電。圖3和6上類似的符號表示類似的項目或功能。
圖6的電源調(diào)整器10’有額外的優(yōu)點，例如，以較低的成本用較少的元件工作，并可防止功率晶體管Q1’受到過分熱耗散的熱損害。這些優(yōu)點是通過消除雙輸入電源電壓，代之以切換功率電阻310’與功率晶體管Q1’的串聯(lián)耦合而達到的。電阻310’被耦合在主電流導通端51a’和主電流導通端51b’之間。圖3與6的裝置之間的差別將詳細地加以描述，而其余的操作基本上是相同的。
為了節(jié)省花費，提供單個輸入電源電壓301，即22伏電源。功率電阻310’被用于在選擇較低的13伏輸出電壓Vo時，吸收在較低的13伏模式中生成的附加熱量。功率電阻310’例如可以通過使用被耦合在MOSFET 51’的主電流導通端51a’和51b’之間和具有9歐姆的等效值的兩個電阻而被實施。正如前面解釋的，在故障條件下以及當選擇較低的13伏的輸出電壓電平Vo時，圖3的電路10采用二極管21和MOSFET51來將電壓VIN切換到16伏電平。而在圖6的實施例中，在故障條件下以及當選擇較低的13伏的輸出電壓電平Vo時，MOSFET 51’使功率晶體管310’與晶體管Q1’串聯(lián)耦合。
當LNB電源處在13伏模式時，也就是當選擇較低的13伏的輸出電壓電平Vo和對于電源要求高的電流電平時，主要的熱量由功率晶體管Q1’耗散。這個熱耗散負擔有利地由功率電阻310’分享。功率電阻310’是否接在電路中，取決于MOSFET 51’是接通還是關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種用于通信設(shè)備的電源，包括第一控制信號源，它表示何時要選擇第一天線信號和何時要選擇第二天線信號；響應于所述第一控制信號的功率晶體管，用于以按照第一控制信號選擇的數(shù)值生成輸出電源電壓，所述輸出電源電壓被耦合到通信設(shè)備的一級，當生成輸出電源電壓的第一值時，選擇所述第一天線信號，并當生成輸出電源電壓的第二值時，選擇所述第二天線信號；開關(guān)，響應于第一控制信號并被耦合到功率晶體管的輸入端，用于當選擇所述第一天線信號時以所述開關(guān)的第一切換狀態(tài)選擇在所述輸入端處形成的第一輸入電源電壓，并在當選擇所述第二天線信號時，在所述開關(guān)的第二切換狀態(tài)下，選擇在所述輸入端處形成的第二輸入電源電壓；以及故障檢測器，被耦合到所述開關(guān)，用于當選擇所述第二天線信號和出現(xiàn)故障情況時，改變所述開關(guān)的切換狀態(tài)，選擇在所述輸入端處形成的、不同于所述第二輸入電源電壓的、輸入電源電壓。
2.按照權(quán)利要求1的電源，其中所述輸出電源電壓在所述功率晶體管的第一主電流導通端處形成，以及每個所述第一和第二輸入電源電壓在所述功率晶體管的第二主電流導通端處有選擇地形成，以形成串行傳送晶體管。
3.按照權(quán)利要求2的電源，其中在正常工作時，當選擇所述第一天線時，生成所述輸出電源電壓的較小的幅度，并且比起所述第二輸入電源電壓具有更小的幅度的所述第一輸入電源電壓被選擇成在所述功率晶體管的所述輸入端處形成，以減小在所述功率晶體管的所述第一和第二主電流導通端之間的電壓差。
4.按照權(quán)利要求2的電源，其中在正常運行時，當選擇所述第二天線時，生成所述輸出電源電壓的較大的幅度，并且比起所述第一輸入電源電壓具有更大的幅度的所述第二輸入電源電壓被選擇成在所述功率晶體管的所述輸入端處形成，以及其中當所述故障情況發(fā)生時，不是所述第二輸入電源電壓而是所述第一輸入電源電壓被選擇成在所述功率晶體管的所述輸入端處形成，以減小在所述功率晶體管的所述第一和第二主電流導通端之間的電壓差。
5.按照權(quán)利要求2的電源，還包括被耦合到功率晶體管的調(diào)整器，用于以負反饋的方式調(diào)整輸入電源電壓。
6.按照權(quán)利要求1的電源，其中所述故障檢測器包括比較器，該比較器根據(jù)所述輸出電源電壓，生成第二控制信號，該第二控制信號被耦合到所述開關(guān)，在所述輸出電源電壓處在正常工作值范圍以外時改變所述開關(guān)的切換狀態(tài)。
7.按照權(quán)利要求6的電源，其中每個所述第一和第二控制信號經(jīng)由執(zhí)行邏輯功能的級被耦合到所述開關(guān)。
8.按照權(quán)利要求6的電源，其中所述第一控制信號是在微處理器中根據(jù)所述第二控制信號生成的。
9.按照權(quán)利要求1的電源，其中所述開關(guān)包括第二晶體管，其中功率晶體管被耦合在所述晶體管的一對主電流導通端之間，并且其中當所述第二晶體管處在導通切換狀態(tài)時，所述電阻被旁路并且在所述輸入端處形成的電壓高于當所述第二晶體管處在非導通切換狀態(tài)和所述電阻耗散功率時形成的電壓。
全文摘要
用于衛(wèi)星接收機系統(tǒng)的電源(10)包括雙輸入電源電壓裝置(200)。當選擇較高的輸出電壓時，較高的電源輸入電壓源被耦合到串行傳送晶體管(Q1)的輸入的主電流導通端。另一方面，當選擇較低的輸出電壓時，較低的電源輸入電壓源被耦合到串行傳送晶體管的輸入的主電流導通端。比較器(22)感知由串行傳送晶體管產(chǎn)生的輸出電壓(16)的幅度。當由于過流條件，輸出電壓低于參考閾值電平(22a)時，較高的輸出電壓的任何選擇被自動過載，代之以較低的電源輸入電壓源被耦合到串行傳送晶體管的輸入主電流導通端。
文檔編號H04B1/18GK1643800SQ03807325
公開日2005年7月20日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者J·J·費茨帕特里克, S·V·萊利, A·E·鮑耶爾, J·J·庫爾蒂斯三世, R·A·皮特施 申請人:湯姆森許可公司