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COT控制的前世今生
時間:2023-10-31
來源: 芯洲科技
所謂控制模式，是如何實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)功能的方法。他定義了電源在面對各種干擾時，保持持續(xù)穩(wěn)定輸出的策略，是開關(guān)電源中非常重要的一個技術(shù)點。目前開關(guān)電源的主流控制模式主要有電壓控制模式、電流控制模式、恒定導通時間控制模式(COT)等。
COT控制相對于電壓控制模式、電流控制模式，既減輕了環(huán)路設(shè)計的復雜，又擁有較快的響應速度，在開關(guān)電源的應用中逐漸廣泛。但COT獨特的拓撲也有一些不可避免的缺陷，在日益發(fā)展的電源長河中，COT控制也在不斷的迭代，解決了頻率無法固定、需要較大輸出紋波等問題，并在集成度上精益求精。
接下來，讓我們一起看看關(guān)于恒定導通時間控制（COT控制）前世今生的發(fā)展演進。
傳統(tǒng)COT控制方式
傳統(tǒng)的COT控制方式是一種變頻控制方式，其控制核心是通過一個比較器來觀察輸出紋波電壓，讓它檢測最小閾值來控制mos管的開關(guān)時間。簡單地說，當反饋電壓Vfb＜參考電壓Vref時，啟動單穩(wěn)態(tài)計時器，上MOS管開始恒定導通，導通完一個固定時間后，上Mos管關(guān)閉。直到電感電流和紋波電壓使Vfb再次下跌至Vref時，再開啟下個周期。
但顯而易見的是，此控制方式頻率無法固定，且需要較大的輸出紋波電壓來滿足控制。
圖1 傳統(tǒng)的COT控制
自適應COT控制
為了解決頻率無法固定的問題，電源工程師們研發(fā)出自適應COT控制。在每個周期的開始時，高側(cè)的MOSFET被打開固定的一次導通時間的開啟周期。周期的時間由on time轉(zhuǎn)換器的輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT（占空比）逐周期計算，以保持在輸入電壓范圍內(nèi)的偽固定頻率，因此稱為自適應開時控制。
但自適應COT控制仍需要輸出電容有較大的ESR來產(chǎn)生較大的紋波電壓保持系統(tǒng)穩(wěn)定。
圖2 自適應COT控制
增強型COT控制模式
增強型COT控制模式是自適應COT控制的改進模式，此模式可容許電路輸出使用全陶瓷輸出電容（較小的ESR）。如何做到輸出使用全陶瓷電容呢，是仿制了一個同電感電流同相位成正比的紋波電壓，仿制基本上有兩種思路：
第一種將 RCC 紋波補償方式放入芯片內(nèi)；
第二種是在電感外部加RCC補償電路。RCC補償電路是由兩個電容和一個電阻組成，電感兩端的Rr和Cr利用電感的DCR產(chǎn)生紋波電壓，此紋波電壓類似于標準電容ESR產(chǎn)生的紋波電壓，該紋波電壓通過Cc進行耦合反饋到Vfb引腳，Cc可以隔離直流電壓，所以僅需要很小的交流電壓紋波來進行反饋。
圖3 外部加紋波注入補償電路示意圖
SCT增強型COT控制模式產(chǎn)品的做法是第一種，在芯片內(nèi)部放置了RCC紋波補償電路，與第二種原理相同，但擁有更高的集成度，且減少了外圍器件成本。
但同樣的，增強型COT控制模式也有一個COT不可避免的問題，是在CCM的模式下輸出電壓會比參考電壓大1/2的紋波電壓，但這也是COT控制存在的基礎(chǔ)。
圖4 增強型COT控制
所以，增強型COT控制在原來的基礎(chǔ)上，通過誤差放大器進一步提高電路在CCM模式下的工作精度，且在jitter方面也加入了諧波補償。但因優(yōu)化模式較為復雜，本文便不再贅述，有興趣的小伙伴可以聯(lián)系FAE更深入了解。
SCT芯洲科技致力于為客戶創(chuàng)造更有價值的產(chǎn)品，目前COT控制產(chǎn)品（如100V BUCK系列、18V 3A Buck系列、30V 6A Buck系列等）都使用更先進的增強型COT控制方式，既為客戶使用帶來COT控制的優(yōu)勢，同時盡量彌補了COT控制的缺陷。
最新產(chǎn)品SCT2A00，100V 0.6A，小封裝，全陶瓷輸出電容，極具性價比的COT控制芯片，目前已廣泛應用于光伏、工業(yè)自動化、電動兩輪車等行業(yè)中。
圖5 SCT2A00典型應用圖
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