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アプリケーションノート 1177

携帯電話を駆動するパワーブースト回路

ヨーロッパのGSMやDCS1800携帯電話のRFパワーアンプは、電源設計上困難な場合があります。RF PA以外の回路は3Vで動作するにもかかわらず、通常の場合PAは要求される1W~2Wのピークアンテナパワーを生成するために最低5Vを必要とするからです。

さらに、これに必要なブーストレギュレータを設計することが困難であるために、ニカドまたはニッケル水素バッテリ3個の代わりにかさばるバッテリ5個を使用しなければならないのが通常です。PAはバッテリ5個に直接接続し、3Vの部品はステップダウンレギュレータまたは消費電力の大きなリニアレギュレータ(効率が悪いが技術的にシンプル)に接続します。

幸いなことに、この受話器は4.6ms毎に577µsの送信を行い、各バーストで最大1.5Aを消費するTDMA (時分割多重アクセス)方式であるため、平均電流はかなり低くなっています。図1の方法では、この事実に着目してバッテリ3個と比較的小型の低コストブーストコンバータを組み合わせています。大きな2000µFのコンデンサ(C2およびC3)が送信バースト中に必要な電力を蓄積し、ブーストコンバータがコンデンサを充電するために平均約180mAを出力します。コンデンサは5.8V出力で1.5Aのピーク負荷を駆動し、この時の電圧ドロップは僅か450mVです(図1)。

図1. このブーストコンバータは、大きな出力コンデンサ(C2-C3)を備えているため、GSMまたはDCS1800携帯電話のパワーアンプを駆動するための1.5Aのピーク電流を供給できます。
図1. このブーストコンバータは、大きな出力コンデンサ(C2-C3)を備えているため、GSMまたはDCS1800携帯電話のパワーアンプを駆動するための1.5Aのピーク電流を供給できます。

出力コンデンサは物理的に大型ですが、5個パックにするためにバッテリを2個追加することに比べれば小さく、また安価です。IC1はその他にも利点があります。スイッチング周波数が高いため(500kHz)、小型で安価なインダクタ(L1)を使用することができる上、スイッチングMOSFETを内蔵しているため外付部品点数を最小限に抑えられます。1Ωの抵抗(R1)がレギュレータ出力をピーク負荷から分離しています。

図に示す回路は、1.8V~6Vの入力から5.8V (可変)を発生します。この構成でのピーク出力電流は1.5Aです。パワーアップ時間は20msで、スタートアップに必要な最小入力電圧は2Vとなっています。自己消費電流(60µA)はシャットダウン中に20µAに低減します。電力変換効率はピーク電流が300mAの時に81%、800mAの時に80%、最大の1.5Aの時に79%です。

本回路は、DC-DCコンバータに特徴的なスイッチングノイズを発生します。必要に応じて、TDMAフレームの重要な部分でアクティブローSHDNをローにして一時的にコンバータを停止することにより、ノイズを排除することができます。

同様のアイデアがMicrowaves & RFの4/96号に掲載されました。


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