【導讀】無論是無線PA係統還是CPU內核
，工程師們常常需要在帶寬和係統電源的穩定性之間做出權衡，以獲得較低的動態紋波。恒定導通時間（COT）控製在電源管理中日益受到關注，現在已廣泛應用於計算領域的核心IC電源中。隨著人工智能的普及，COT的應用還將更加廣泛。

在討論COT控製之前
，我們先來了解一下另外兩種控製方法：電壓控製和電流控製（請參見圖1）。在COT控製流行起來之前
，工程師們通常會采用這兩種方法。

圖1: 電壓控製和電流控製

電壓控製和電流控製係統中常會用到誤差放大器（EA）。圖2顯示了一個誤差放大器的原理圖示例。

圖2: 誤差放大器原理圖

上圖顯示了EA如何在電阻-電容（RC）補償網絡內工作。為了使電路穩定，每個參數（C1、R1、C2
、R2和C3）都必須分別設計


，這項工作既繁瑣又耗時。而且除了穩定性問題之外，通常還存在瞬態響應問題。

當輸出電壓發生變化時
，誤差放大器的RC網(wang)絡(luo)會(hui)延(yan)遲(chi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)
，然(ran)後(hou)再(zai)對(dui)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)做(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)，因(yin)此(ci)降(jiang)低(di)了(le)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。即(ji)使(shi)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)收(shou)到(dao)有(you)關(guan)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)的(de)反(fan)饋(kui)
，它(ta)也(ye)不(bu)會(hui)立(li)即(ji)響(xiang)應(ying)。相(xiang)反(fan)，它(ta)根(gen)據(ju)設(she)定(ding)的(de)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)給(gei)出(chu)響(xiang)應(ying)，這(zhe)更(geng)是(shi)拖(tuo)慢(man)了(le)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)（見圖3）。

圖3: 補償網絡中的誤差放大器工作

為了提高瞬態性能，可能又需要重新設計誤差放大器和RC網絡（C1
、R1、C2
、R2和C3）的參數。這意味著工程師必須思考如何在穩定性和瞬態響應之間做出平衡。

為了解決這些問題，我們用比較器替換誤差放大器，這樣就消除了補償的必要，從而消除了RC的延遲。同時
，可以用具有電壓控製導通時間發生器的時鍾控製PWM發生器代替時鍾，從而消除時鍾延遲（參見圖4）。這種解決方案即采用了恒定導通時間（COT）控製。

圖4: 恒定導通時間控製

圖4顯示了恒定導通時間（COT）控製最基本的示例。其基本原理為：當FB電壓低於參考電壓（VREF）時會產生一個COT脈衝來控製上管MOSFET的開啟（見圖5）。

圖5: 恒定導通時間控製相關參數

但是，如果每個COT脈(mai)衝(chong)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)不(bu)同(tong)，則(ze)可(ke)能(neng)會(hui)改(gai)變(bian)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)。為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)
，恒(heng)定(ding)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)控(kong)製(zhi)需(xu)檢(jian)測(ce)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)，並(bing)在(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)時(shi)實(shi)現(xian)恒(heng)定(ding)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)。同(tong)樣(yang)，當(dang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)達(da)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)時(shi)，COT控製會檢測恒定的開關頻率。圖6顯示了常用的COT控製原理圖。

圖6: 常用COT控製原理圖

但是
，如果在使用陶瓷輸出電容器（MLCC）的情況下應用COT控製，則會出現不穩定的情況（請參見圖7）。

圖7: MLCC導致的不穩定性

這種不穩定的產生是由於COT控製需要FB電壓隨電感電流產生相間紋波。由於聚合物或電解電容器的等效串聯電阻（ESR）相對較大，因而會出現此相位紋波，並使係統保持穩定。但是，陶瓷電容器的ESR則不足以保證FB上的紋波電壓和電感電流同相。

MPS通過在FB上添加RC補償電路從而產生與電感同相的紋波來解決此問題（參見圖8）。

圖8: 采用COT控製的RC補償網絡

添加RC補償電路可以為瓷板電容器提供穩定的輸出。NB638芯片即采用這種解決方案來保持其穩定性（請參見圖9）。NB679是帶陶瓷電容器的類似設備
，但它沒有RC補償電路
，而是在內部對FB電壓產生額外的斜坡補償。

圖9: NB638

除了陶瓷電容器的不穩定性之外


，使用COT控製還可能出現輸出電壓調整率方麵的問題（見圖10）。我們知道


，COT控製模式下
，FB電壓紋波引起的實際輸出電壓會超過VREF設置的目標輸出電容。由於不同的紋波電壓會導致不同的輸出電壓
，因此調整率可能會出現問題（請參見圖10）。

圖10

為解決此問題，COT控製可以引入慢速EA。這種慢速EA消除了由FB紋波引起的高輸出電壓所致問題，從而確保了實際的輸出電壓和設置電壓保持一致（參見圖11）。

圖11: 恒定的輸出和設置電壓

慢速EA帶來的另一個好處是它不會影響快速變化的瞬態響應。

由於其快速的瞬態響應和簡單的環路補償，COT控製非常適合提供內核功率的電源。這種內核隨時間推移將處理越來越多的數據
，所需電流也會越來越多。相應的COT控製也從單相控製逐漸發展為單相多路並聯控製，再到多相多回路控製。

MPS的數字COT控製不僅可以實現多相、多回路控製，而且還可以支持相數配置、自動回路補償以及其他優勢，這極大地簡化了設計並提高了產品設計效率。MP2888A就是其中一款數字COT控製器，它曾獲得2018年全球電子成就獎。有關MPS COT控製解決方案的更多信息，請查閱我們的產品。

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