利用迟滞降压转换器中的旁路模式增强PA性能和系统效率
本应用笔记说明了使用迟滞降压转换器代替电池本身为rf pa供电如何大幅提高pa效率并延长电池寿命。讨论了该转换器的基础知识以及使用旁路模式的重要性和好处。
介绍
迟滞 dc-dc 降压转换器已广泛用于 2g/3g/4g 射频功率放大器 （pa），作为 pa 直流电源的直接电池电源的替代品。通过动态调节pa电源电压和偏置电流，这种方法可显著提高pa效率并延长电池寿命。具有旁路场效应晶体管 （fet） 或旁路低压差 （ldo） 稳压器的旁路模式还可降低降压转换器两端的压差，并增强输出电流能力。这些功能共同降低了电池关断点并延长了电池寿命。
诚然，使用迟滞降压转换器提高系统效率确实需要权衡电压裕量。本应用笔记讨论了如何将具有旁路fet或旁路ldo的旁路模式集成到迟滞降压转换器中，以优化pa性能。
迟滞降压转换器的基础知识
pa降压转换器不同于传统的降压转换器，后者在几个重要方面为数字处理器内核供电。pa转换器提供动态输出电压控制，用于连续pa功率调节;在宽输出电压/电流范围内具有高效率;输出电压变化的快速导通时间和建立时间;低压差和 100% 占空比操作;和低输出电压纹波。
相比之下，maxim的现代迟滞降压转换器动态控制pa的直流电源电压。（有关maxim迟滞降压转换器的列表，请参见附录。转换器输出电压由独立的dac控制的模拟输入根据不同的rf发射功率电平按比例调节。转换器使用输出电压纹波来控制高端和低端开关的导通和关闭时间。它使用不带固定频率时钟的误差比较器，而不是带补偿的误差放大器。因此，与固定频率pwm转换器相比，迟滞转换器的关键显著优势在于其在瞬态响应方面的重大改进。与固定频率转换器不同，迟滞转换器可立即对任何输出电压/负载瞬态做出反应，而无需等待新的时钟脉冲或误差放大器输出移动。迟滞转换器具有高效率、高开关频率和 100% 占空比，是为 pa 供电的理想之选。
旁路模式的重要性
诚然，使用迟滞降压转换器而不是电池本身来偏置pa确实会引发一个问题：效率改进会牺牲电压裕量。在电池和pa之间插入转换器通常会减少至少200mv或更多的裕量。
让我们看一个迟滞降压转换器的例子。为了在某个pa模块上传输32dbm射频功率，推荐的vcc和icc分别为3.4v和1130ma。假设max8989内部pfet导通电阻（ron）为175mω，所用电感的直流电阻（dcr）为200mω。pfet和电感两端的总压降为：
（175mω + 200mω） × 1.13a = 424mv（公式1）
维持 3.4v vcc 电压，电池电压必须高于3.824v，这会缩短通话时间。为了克服这个问题，实现了旁路模式。这种旁路模式的基本组件是旁路fet和旁路ldo。我们依次检查每个。
使用旁路fet降低压差
max8805w迟滞降压转换器具有旁路模式和旁路fet。当电池电压下降且转换器接近压差区域时，当 vrefin 》 0.372 × vin 时，其内部旁路 fet 将 pa 直接连接到电池。图 1 演示了启用或禁用旁路时的性能差异。
如果没有旁路fet，转换器进入100%占空比后的压差为：
vdropout = （ron-pfet + dcrind） × iout（公式2）
使用旁路fet时，压差变为：
vdropout = （ron-byp//（ron-pfet + dcrind）） × iout（公式3）
其中 ron-pfet为 180mω 和 r在 byp 上仅为 60mω。
max3w采用4.8805v电池，不带旁路fet时输出电压为3.23v，旁路fet时输出电压为3.37v。因此，旁路fet通过降低压差来改善140mv电压裕量。
图1.来自max8805w的数据显示了旁路fet如何影响输出电压线路调整率。
旁路fet在压差区域增加转换器的输出至电池电压。权衡是从稳压区域到压差区域的过渡处的电压跳跃，而不是图1所示的平滑过渡。为了获得从稳压区域到压差区域的平滑过渡，在迟滞转换器中引入了一个与降压转换器并联的低压差线性稳压器（旁路ldo）。
使用旁路ldo消除电压“跳变”
图1还显示了旁路led相对于旁路fet的改进。该 ldo 可在降压调节和压差操作之间实现平滑过渡。给出了使用max8989和max8951的两个旁路ldo示例。
我们首先看一下max8989，输出电压和refin电压之间的关系为：
vout = 2 × vrefin - 0.5 × dcrind × iout
（公式4）
当max8989输出电压因负载调整率（50.0 × dcr）而下降超过5mv时.ind× i外》 50mv），输出电压高于线性旁路使能门限（1.4v，典型值），旁路ldo向输出提供补充电流，以保持输出电压处于稳压状态。
图2显示了旁路ldo对输出电压调节的影响。此处，旁路ldo在v的情况下被禁用雷芬= 0.4v;对于 v雷芬= 0.9v，当输出电压下降50mv且负载调整率以较慢的速率斜坡下降时，旁路ldo开始工作。使用两个4.7μh电感器（toko dfe252012c系列电感器和tdk vls252015et系列电感器），如图2所示。对于不同的电感，旁路ldo从相同的50mv点开始。但是，由于tdk电感具有较大的dcr，并且电感两端的压降较高，因此旁路ldo开始以较低的输出电流工作。®®
图2.数据显示max8989的负载调整误差与输出负载的关系。
当输出电流超过降压转换器的电流限值时，旁路ldo为输出提供补充电流，从而确保稳定的输出电压。旁路ldo在降压转换器达到其电流限值之前不提供任何电源电流。当线性旁路稳压器提供电流时，降压转换器继续提供大部分负载，以最大限度地提高效率。
ma8951具有用于迟滞降压转换器（in1）和旁路ldo （in2）的独立输入电源。图3显示了in1/in2电源电流输送与输出负载的关系。转换器在 1.3a 负载时达到其电流限值。高于 1.3a 负载时，in2 电源拾取负载并向输出提供补充电流。因此，对于旁路ldo，具有较低饱和电流额定值的电感可用于更高电流的pa应用。
图3.数据显示max8951的输入电源电流与负载电流的关系。
旁路ldo还可实现更快的输出电压瞬态响应。使用上述max8989的相同设置，通过步进refin电压以获得1v至3v输出电压变化来完成测试。输出电压升至旁路使能门限以上后，旁路ldo启动并以更快的速率上升输出电压。max8989在1v至3v的总建立时间小于8μs，而max8805w的总建立时间超过16μs。比较图4和图5，了解器件在输出电压瞬态响应方面的差异。
图4.max8989的输出电压瞬态响应显示建立时间小于8μs。
图5.max8805w的输出电压瞬态响应显示建立时间超过16μs。
结论
具有旁路fet或旁路ldo的迟滞降压转换器既优化了pa性能，又提高了系统效率，从而延长了电池寿命。旁路ldo比旁路fet具有优势，特别是在降压调节和压差之间更平滑的过渡，以及更快的瞬态响应。这些性能优势使具有旁路ldo的降压转换器成为pa电源应用的理想选择。
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诚然，使用迟滞降压转换器提高系统效率确实需要权衡电压裕量。本应用笔记讨论了如何将具有旁路fet或旁路ldo的旁路模式集成到迟滞降压转换器中，以优化pa性能。
迟滞降压转换器的基础知识
pa降压转换器不同于传统的降压转换器，后者在几个重要方面为数字处理器内核供电。pa转换器提供动态输出电压控制，用于连续pa功率调节;在宽输出电压/电流范围内具有高效率;输出电压变化的快速导通时间和建立时间;低压差和 100% 占空比操作;和低输出电压纹波。
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让我们看一个迟滞降压转换器的例子。为了在某个pa模块上传输32dbm射频功率，推荐的vcc和icc分别为3.4v和1130ma。假设max8989内部pfet导通电阻（ron）为175mω，所用电感的直流电阻（dcr）为200mω。pfet和电感两端的总压降为：
（175mω + 200mω） × 1.13a = 424mv（公式1）
维持 3.4v vcc 电压，电池电压必须高于3.824v，这会缩短通话时间。为了克服这个问题，实现了旁路模式。这种旁路模式的基本组件是旁路fet和旁路ldo。我们依次检查每个。
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max8805w迟滞降压转换器具有旁路模式和旁路fet。当电池电压下降且转换器接近压差区域时，当 vrefin 》 0.372 × vin 时，其内部旁路 fet 将 pa 直接连接到电池。图 1 演示了启用或禁用旁路时的性能差异。
如果没有旁路fet，转换器进入100%占空比后的压差为：
vdropout = （ron-pfet + dcrind） × iout（公式2）
使用旁路fet时，压差变为：
vdropout = （ron-byp//（ron-pfet + dcrind）） × iout（公式3）
其中 ron-pfet为 180mω 和 r在 byp 上仅为 60mω。
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图3.数据显示max8951的输入电源电流与负载电流的关系。
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图4.max8989的输出电压瞬态响应显示建立时间小于8μs。
图5.max8805w的输出电压瞬态响应显示建立时间超过16μs。
结论
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