利用 SuPA（LM32XX）给手持设备射频功率放大器供电

SuPA 电源变换器与传统的同步整流降压型直流变换器的内部拓扑是一致的，没有很大的不同，但是它的负载动态响应和主动负载电流辅助旁路控制(Active Current assist and Bypass)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。

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