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电源COT架构是什么意思?

2021-4-15 16:12:30 显示全部楼层
纵观市场上的DC-DC转换器产品,我们会发现许多产品的简介中提到COT这个词,有时还会加上一些其它的修饰如Adaptive、Current Mode等。

那么COT是什么意思,又有什么优点呢?本文会向您解释这些问题。

首先我们看一个BUCK DC-DC转换器的基本结构,如下图:

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将高侧开关M1导通、电感充电的这段时间定义为导通时间TON,对于传统的固定频率电压模或者电流模DC-DC,开关周期时间不随工作环境如输入电压、负载电流的变化而变化,固定频率的控制方式主要通过改变TON来调整输出电压,而COT的不同之处就是对TON的控制方式上。



COT是恒定导通时间(constant on time)的缩写,对于升压产品而言就是恒定关断时间(constant off time)了。顾名思义,它是指DC-DC工作时用一个固定时长的计时模块来控制开关管的导通(关断)时间。可以参考下面的框图。

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输出电压经过分压电阻反馈到比较器反向输入端跟VREF进行比较,比较器输出跟最小关断时间消隐信号进行“与”运算后控制RS触发器,当VFB低于VREF时,会置位RS触发器,此时可以认为一个单稳态电路被触发到暂稳态,低侧开关关断后高侧开关导通并保持恒定的时间段,这段时间会促使输出电压上升,恒定导通时间模块计时结束后会复位RS触发器,单稳态电路恢复到稳态,高侧开关关断后低侧开关导通,经过最小关断消隐时间后,直到下一次VFB低于VREF才会触发新的开关周期。可以看到COT控制架构不需要外部固定频率时钟信号驱动,整体来看,它是将单稳态电路和BUCK电路整合成一个闭环振荡电路。下图是COT BUCK各个信号的工作波形。

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COT架构跟传统的固定频率控制方式相比具有更快的动态响应,在低占空比应用时这种优势会更明显。下图是负载瞬态响应的波形,当负载突变时,输出电压下降,当低于参考电压时会立即打开高侧开关,而不像固定频率控制中必须接收外部时钟信号的触发才开启高侧开关,在TON阶段电感电流上升,如果反馈电压仍低于参考电压,会在一个最小关断时间后再次启动新的TON,高侧开关会重复这种连续开启直到输出电压和电感电流都达到预期值,这也是COT快速动态响应的来源,它是通过改变开关频率来影响占空比并达到稳定输出的效果。

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COT是一种优秀的电源转换器控制方式,不过实际应用中还存在一些问题。COT控制中TON时间是固定的,当输入或者输出电压变化时,占空比也会改变而TON不变,这会导致开关频率较大变化,对于一些EMI敏感的系统产生干扰。除此之外,传统的COT控制方式单纯依靠输出纹波的负反馈来调整输出电压,每次高侧开关的开启都是在反馈电压低于参考电压时发生,如果输出纹波较小,高侧开关经过一次恒定导通时间的开启后反馈电压无法抬升至参考电压以上,会导致高侧开关在一个最小关断时间后连续开启,输出电压上产生较大幅度的振荡纹波。因此COT控制需要最小输出纹波来保证稳定工作,输出纹波的主要成分是电感电流流过输出电容ESR产生的,而目前主流的MLCC有体积小、高容值、低ESR等优点,这就给COT的应用带来稳定性的问题


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