利用SuPA（LM32XX）给手持设备射频功率放大器供电

ass）是做过优化的，因此它可以满足当负载电压和电流发生变化时可以快速响应，主动电流辅助旁路功能可以满足当入口电压瞬间下降或者负载电流瞬间增加时，可以将变换器迅速切换成类似负载开关模式，这样做有两个好处：第一，可以将电池能量快速提供给负载，满足负载需求；第二，可以使用小尺寸、小电流电感，当负载电流超过电感的电流极限时，那么ACB 功能开关V3 就会进入工作模式，将额外的负载电流承担过来提供给负载，无需再经过电感，所以可以使用小尺寸的电感，满足超紧凑设计要求，这在实际应用设计中是非常重要的。它的工作过程是：首先当开关管V2 导通时，V1 是断开的，入口电源会给电感充电，此时电感两端的电动势是左边为"正"，右边为"负"，当电感充电完成后，V2 会断开，V1 会导通，此时电感上的两端电压会反向，变为左边为"负"，右边为"正"，于是电感中储存的能量会经过负载、V1 然后回流到电感的负极，此时的电感更像是一颗电池给负载供电。电感的充电和放电过程会周而复始的进行，于是就会源源不断的向负载提供连续的电流，它的数学表达式是：Vo=D*Vin，其中D 是占空比，即V2 导通的时间在整个开关周期内所占的比例。VCON 是用来接收来自射频处理芯片组或者基带芯片组的控制信号，这个信号会送进SuPA 直流变换器控制单元，将输出电压和VCON 电压信号按照A 倍的系数进行转换，于是输出电压和VCON 信号就会按照A 倍的比率进行转换，即：Vo=A*VCON；当入口电压跌落或者负载电流意外增加时，造成变换器瞬间过流，于是就会开启主动电流辅助旁路功能（ACB）模式，V3 会将电池电压或者入口电源的电压调整后再接入系统，满足瞬间大负载电流需求，但是当入口电压进一步跌到与输出电压一致或者压差在200mV 以内时，V3 就会立刻完全导通，进入真正的旁路模式，这是SuPA 的独到的控制模式，比如2G 的PA 瞬态电流往往会超过2A，于是旁路功能就会显得非常重要；在3G 或者4G 时，电流需求量不会很大，于是SuPA就工作在单一的DC-DC 转换模式，满足高效率要求。

图8、SuPA 直流电压转换器功能简化框图，Io=Io1+Io2，Vin-Vo>0.2V, Io>1.45A

图9、SuPA 直流电压转换器功能简化框图，Io=Io1，Vin-Vo< 0.2V

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。

图10、在不同射频输出功率状态下使用SuPA和不适用SuPA时电池电流消耗比较图，节省了约1500mA左右的电流

图11、轻载模式下（lo<150mA，Vin=3.8V）SuPA在不同输出电压下（0.5V~3.2V）效率曲线

图12、重载模式下（lo>150mA，Vin=3.8V）SuPA在不同输出电压下（1.1V~3.5V）效率曲线

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。

图13、LM3242内部简化功能框图，V1和V2承担电压变化器功能，V3承担ACB 旁路功能

9、APT 模式下SuPA 的原理图设计和关键功率器件设计：

图14、LM3242典型应用原理图

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。

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