利用 SuPA（LM32XX）給手持設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(xiàn)

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(dòng)轉換的，當負載電流低于 100mA 時(shí)，它工作在省電模式(PFM/ECO，開(kāi)關(guān)頻率會(huì )自動(dòng)降低，減少開(kāi)關(guān)損耗);當負載電流超過(guò) 100mA 時(shí)，它工作在低噪音模式(PWM，開(kāi)關(guān)頻率恒定不變，滿(mǎn)足大負載電流輸出)，這樣做可以保證 SuPA 在寬范圍內的負載條件下，依然可以保持高效的工作狀態(tài)，達到節省電能的目的，延長(cháng)手持設備的的工作時(shí)間。

8 APT 模式的 SuPA 的內部電路框圖剖析

以 LM3242 為例做一個(gè)詳細設計說(shuō)明，LM3242 是開(kāi)關(guān)頻率為 6MHz 的面向 3G 和 4G 功放的驅動(dòng)電源，輸出電壓從 0.4V 到 3.6V 連續可調，帶有 ACB 模式(FB 管腳和 VIN 管腳之間的 MOSFET 承擔此功能，復用 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(dòng)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(shí)現主動(dòng)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。

從它的內部功能框圖中可以看到，主開(kāi)關(guān)管 V1 和 V2，承擔降壓變換功能，符合 Vo=D*Vin，而開(kāi)關(guān)管 V3，承擔 ACB 功能，FB 管腳被復用，承擔電壓反饋和 ACB 能量輸出作用;VCON 管腳是用來(lái)接收來(lái)自射頻單元或者基帶單元給出的模擬電壓信號，這個(gè)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(guò)計算轉換成的可變電壓信號，這個(gè)可變電壓信號被送入 LM3242，使得輸出電壓跟隨這個(gè)可變輸入電壓信號，它們可以用數學(xué)公式描述：Vo=A*VCON，A=2.5，VCON=0.16V~1.44V。

9 APT 模式下 SuPA 的原理圖設計和關(guān)鍵功率器件設計：

圖 14 是 LM3242 的典型原理圖，為了清楚闡述功率器件設計過(guò)程，下面將分為兩大部分進(jìn)行說(shuō)明。

輸入、輸出電容設計考慮：

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(lái)自?xún)蓚€(gè)部分：第一，來(lái)自于輸入端電源總線(xiàn)上的噪音，比如總線(xiàn)還給其他負載供電，而這些負載的電源也是來(lái)自于 DC-DC 變換器，因此在電源總線(xiàn)就會(huì )疊加非常豐富的噪音;第二，來(lái)自于 LM3242的自身開(kāi)關(guān)噪音，它的開(kāi)關(guān)噪音同樣會(huì )疊加在輸入端，因此可能會(huì )干擾總線(xiàn)上的其它負載芯片，所以實(shí)際設計時(shí)，入口還會(huì )需要更多不同容值的電容才可以滿(mǎn)足濾除不同噪音頻率的要求，比如 10pF 或者 100pF的電容也會(huì )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(lái)說(shuō)它可以濾除的頻率范圍相對來(lái)說(shuō)窄一些，因為它的拐點(diǎn)頻率比較低，在拐點(diǎn)頻率之內，電容的阻抗是呈下降趨勢，也就是表現的是容性特質(zhì)，但是拐點(diǎn)頻率之上，阻抗是呈上升特性，則表現的是電感特性，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出來(lái)的容性帶寬更寬一些，這主要是小尺寸的電容它的內部寄生電感量更小一些、同時(shí)它的有效容量更低一些，因此表現出來(lái)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(lái)，紋波電流越小則電感量就會(huì )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(huì )越小(紋波電壓=輸出電容的 ESR*紋波電流)，但是電感的尺寸會(huì )變大，不利于小尺寸設計，因此在實(shí)際設計時(shí)，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(shí)，除了要滿(mǎn)足電感量參數外，還要考慮電感的可以承受的最大電流，即 IRMS 電流值，同時(shí)還要考慮電感的飽和電流值，即 ISAT，如果流過(guò)電感的總電流ITOTAL=IDC+IRIPPLE 超過(guò)了 ISAT，那就會(huì )使得電感飽和而失去了電感特性，即由電感變成了導線(xiàn)，從而造成變換器失效而損壞，通常來(lái)說(shuō)，工程上快速評估可以采取 1.5 倍的 Io 做為一個(gè)合適的選取標準，比如輸出負載電流為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(shí)對外部環(huán)境造成的干擾。