利用 SuPA（LM32XX）给手持设备射频功率放大器供电

7 SuPA 变换器高效率工作机理和效率曲线

SuPA 可以工作在高效省电和低噪音两种模式，这两种模式是自动转换的，当负载电流低于 100mA 时，它工作在省电模式(PFM/ECO，开关频率会自动降低，减少开关损耗);当负载电流超过 100mA 时，它工作在低噪音模式(PWM，开关频率恒定不变，满足大负载电流输出)，这样做可以保证 SuPA 在宽范围内的负载条件下，依然可以保持高效的工作状态，达到节省电能的目的，延长手持设备的的工作时间。

8 APT 模式的 SuPA 的内部电路框图剖析

以 LM3242 为例做一个详细设计说明，LM3242 是开关频率为 6MHz 的面向 3G 和 4G 功放的驱动电源，输出电压从 0.4V 到 3.6V 连续可调，带有 ACB 模式(FB 管脚和 VIN 管脚之间的 MOSFET 承担此功能，复用 FB管脚功能)，最大输出电流可以支持到 750mA (DC-DC 模式)和 1A(ACB 模式)，支持自动省电和低噪音模式;它的下一代产品 LM3243 可以支持高达 2.5A 的输出电流，带有单独的 ACB 管脚实现主动式辅助电流旁路模式，因此 LM3243 可以支持到 2G/3G/4G 模式，功能更加丰富，适用范围更宽。

从它的内部功能框图中可以看到，主开关管 V1 和 V2，承担降压变换功能，符合 Vo=D*Vin，而开关管 V3，承担 ACB 功能，FB 管脚被复用，承担电压反馈和 ACB 能量输出作用;VCON 管脚是用来接收来自射频单元或者基带单元给出的模拟电压信号，这个信号是由基带单元和射频单元的处理芯片将射频信号信息以及射频功放的特征信息经过计算转换成的可变电压信号，这个可变电压信号被送入 LM3242，使得输出电压跟随这个可变输入电压信号，它们可以用数学公式描述：Vo=A*VCON，A=2.5，VCON=0.16V~1.44V。

9 APT 模式下 SuPA 的原理图设计和关键功率器件设计：

图 14 是 LM3242 的典型原理图，为了清楚阐述功率器件设计过程，下面将分为两大部分进行说明。

输入、输出电容设计考虑：

从图 14 中可以看到输入电容为 1nF 和 10uF 组合，这样做的原因是可以滤除不同频率的噪音，输入端噪音可以来自两个部分：第一，来自于输入端电源总线上的噪音，比如总线还给其他负载供电，而这些负载的电源也是来自于 DC-DC 变换器，因此在电源总线就会叠加非常丰富的噪音;第二，来自于 LM3242的自身开关噪音，它的开关噪音同样会叠加在输入端，因此可能会干扰总线上的其它负载芯片，所以实际设计时，入口还会需要更多不同容值的电容才可以满足滤除不同噪音频率的要求，比如 10pF 或者 100pF的电容也会用到，不同容值的电容所针对的最佳滤除频率也是不一样的，对于大容量的电容来说它可以滤除的频率范围相对来说窄一些，因为它的拐点频率比较低，在拐点频率之内，电容的阻抗是呈下降趋势，也就是表现的是容性特质，但是拐点频率之上，阻抗是呈上升特性，则表现的是电感特性，因此不再具有滤波作用，这也就是需要搭配不同容值电容的原因所在，因为噪音频率非常丰富，一种容值的电容是不可能把宽频带的噪音全部滤除掉，另外还要注意同等容值、同等耐压的小尺寸的电容表现出来的容性带宽更宽一些，这主要是小尺寸的电容它的内部寄生电感量更小一些、同时它的有效容量更低一些，因此表现出来的特性就是滤除噪音的带宽更宽一些，从图中可以看出小容量但是尺寸更小的 01005 封装的电容，它可以滤除的噪音频带更宽。

从公式中可以看出来，纹波电流越小则电感量就会越大，越小的纹波电流则在输出电容上产生的纹波电压就会越小(纹波电压=输出电容的 ESR*纹波电流)，但是电感的尺寸会变大，不利于小尺寸设计，因此在实际设计时，需要平衡电感量、纹波电流、电感尺寸之间的关系。在选择电感时，除了要满足电感量参数外，还要考虑电感的可以承受的最大电流，即 IRMS 电流值，同时还要考虑电感的饱和电流值，即 ISAT，如果流过电感的总电流ITOTAL=IDC+IRIPPLE 超过了 ISAT，那就会使得电感饱和而失去了电感特性，即由电感变成了导线，从而造成变换器失效而损坏，通常来说，工程上快速评估可以采取 1.5 倍的 Io 做为一个合适的选取标准，比如输出负载电流为1A，那么选择电感的有效电流 IRMS 为 1.5A 为宜;还要注意的是，尽量选取带有屏蔽功能的电感，这样可以减少DC-DC 变换器工作时对外部环境造成的干扰。