利用 SuPA（LM32XX）給手持設(shè)備射頻功率放大器供電

7 SuPA 變換器高效率工作機理和效率曲線

SuPA 可以工作在高效省電和低噪音兩種模式，這兩種模式是自動轉(zhuǎn)換的，當(dāng)負(fù)載電流低于 100mA 時，它工作在省電模式(PFM/ECO，開關(guān)頻率會自動降低，減少開關(guān)損耗);當(dāng)負(fù)載電流超過 100mA 時，它工作在低噪音模式(PWM，開關(guān)頻率恒定不變，滿足大負(fù)載電流輸出)，這樣做可以保證 SuPA 在寬范圍內(nèi)的負(fù)載條件下，依然可以保持高效的工作狀態(tài)，達到節(jié)省電能的目的，延長手持設(shè)備的的工作時間。

8 APT 模式的 SuPA 的內(nèi)部電路框圖剖析

以 LM3242 為例做一個詳細(xì)設(shè)計說明，LM3242 是開關(guān)頻率為 6MHz 的面向 3G 和 4G 功放的驅(qū)動電源，輸出電壓從 0.4V 到 3.6V 連續(xù)可調(diào)，帶有 ACB 模式(FB 管腳和 VIN 管腳之間的 MOSFET 承擔(dān)此功能，復(fù)用 FB管腳功能)，最大輸出電流可以支持到 750mA (DC-DC 模式)和 1A(ACB 模式)，支持自動省電和低噪音模式;它的下一代產(chǎn)品 LM3243 可以支持高達 2.5A 的輸出電流，帶有單獨的 ACB 管腳實現(xiàn)主動式輔助電流旁路模式，因此 LM3243 可以支持到 2G/3G/4G 模式，功能更加豐富，適用范圍更寬。

從它的內(nèi)部功能框圖中可以看到，主開關(guān)管 V1 和 V2，承擔(dān)降壓變換功能，符合 Vo=D*Vin，而開關(guān)管 V3，承擔(dān) ACB 功能，F(xiàn)B 管腳被復(fù)用，承擔(dān)電壓反饋和 ACB 能量輸出作用;VCON 管腳是用來接收來自射頻單元或者基帶單元給出的模擬電壓信號，這個信號是由基帶單元和射頻單元的處理芯片將射頻信號信息以及射頻功放的特征信息經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換成的可變電壓信號，這個可變電壓信號被送入 LM3242，使得輸出電壓跟隨這個可變輸入電壓信號，它們可以用數(shù)學(xué)公式描述：Vo=A*VCON，A=2.5，VCON=0.16V~1.44V。

9 APT 模式下 SuPA 的原理圖設(shè)計和關(guān)鍵功率器件設(shè)計：

圖 14 是 LM3242 的典型原理圖，為了清楚闡述功率器件設(shè)計過程，下面將分為兩大部分進行說明。

輸入、輸出電容設(shè)計考慮：

從圖 14 中可以看到輸入電容為 1nF 和 10uF 組合，這樣做的原因是可以濾除不同頻率的噪音，輸入端噪音可以來自兩個部分：第一，來自于輸入端電源總線上的噪音，比如總線還給其他負(fù)載供電，而這些負(fù)載的電源也是來自于 DC-DC 變換器，因此在電源總線就會疊加非常豐富的噪音;第二，來自于 LM3242的自身開關(guān)噪音，它的開關(guān)噪音同樣會疊加在輸入端，因此可能會干擾總線上的其它負(fù)載芯片，所以實際設(shè)計時，入口還會需要更多不同容值的電容才可以滿足濾除不同噪音頻率的要求，比如 10pF 或者 100pF的電容也會用到，不同容值的電容所針對的最佳濾除頻率也是不一樣的，對于大容量的電容來說它可以濾除的頻率范圍相對來說窄一些，因為它的拐點頻率比較低，在拐點頻率之內(nèi)，電容的阻抗是呈下降趨勢，也就是表現(xiàn)的是容性特質(zhì)，但是拐點頻率之上，阻抗是呈上升特性，則表現(xiàn)的是電感特性，因此不再具有濾波作用，這也就是需要搭配不同容值電容的原因所在，因為噪音頻率非常豐富，一種容值的電容是不可能把寬頻帶的噪音全部濾除掉，另外還要注意同等容值、同等耐壓的小尺寸的電容表現(xiàn)出來的容性帶寬更寬一些，這主要是小尺寸的電容它的內(nèi)部寄生電感量更小一些、同時它的有效容量更低一些，因此表現(xiàn)出來的特性就是濾除噪音的帶寬更寬一些，從圖中可以看出小容量但是尺寸更小的 01005 封裝的電容，它可以濾除的噪音頻帶更寬。

從公式中可以看出來，紋波電流越小則電感量就會越大，越小的紋波電流則在輸出電容上產(chǎn)生的紋波電壓就會越小(紋波電壓=輸出電容的 ESR*紋波電流)，但是電感的尺寸會變大，不利于小尺寸設(shè)計，因此在實際設(shè)計時，需要平衡電感量、紋波電流、電感尺寸之間的關(guān)系。在選擇電感時，除了要滿足電感量參數(shù)外，還要考慮電感的可以承受的最大電流，即 IRMS 電流值，同時還要考慮電感的飽和電流值，即 ISAT，如果流過電感的總電流ITOTAL=IDC+IRIPPLE 超過了 ISAT，那就會使得電感飽和而失去了電感特性，即由電感變成了導(dǎo)線，從而造成變換器失效而損壞，通常來說，工程上快速評估可以采取 1.5 倍的 Io 做為一個合適的選取標(biāo)準(zhǔn)，比如輸出負(fù)載電流為1A，那么選擇電感的有效電流 IRMS 為 1.5A 為宜;還要注意的是，盡量選取帶有屏蔽功能的電感，這樣可以減少DC-DC 變換器工作時對外部環(huán)境造成的干擾。