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COT控制的前世今生

时间:2023-10-31 来源: MG冰球游戏科技

所谓控制模式 ,是如何实现电压调节功能的方法。他定义了电源在面对各种干扰时 ,保持持续稳定输出的策略 ,是开关电源中非常重要的一个技术点。目前开关电源的主流控制模式主要有电压控制模式、电流控制模式、恒定导通时间控制模式(COT)等。

COT控制相对于电压控制模式、电流控制模式 ,既减轻了环路设计的复杂 ,又拥有较快的响应速度 ,在开关电源的应用中逐渐广泛。但COT独特的拓扑也有一些不可避免的缺陷 ,在日益发展的电源长河中 ,COT控制也在不断的迭代 ,解决了频率无法固定、需要较大输出纹波等问题 ,并在集成度上精益求精。

接下来 ,让我们一起看看关于恒定导通时间控制(COT控制)前世今生的发展演进。

传统COT控制方式

传统的COT控制方式是一种变频控制方式 ,其控制核心是通过一个比较器来观察输出纹波电压 ,让它检测最小阈值来控制mos管的开关时间。简单地说 ,当反馈电压Vfb<参考电压Vref时 ,启动单稳态计时器 ,上MOS管开始恒定导通 ,导通完一个固定时间后 ,上Mos管关闭。直到电感电流和纹波电压使Vfb再次下跌至Vref时 ,再开启下个周期。

但显而易见的是 ,此控制方式频率无法固定 ,且需要较大的输出纹波电压来满足控制。

图示

描述已自动生成

图1 传统的COT控制


自适应COT控制

为了解决频率无法固定的问题 ,电源工程师们研发出自适应COT控制。在每个周期的开始时 ,高侧的MOSFET被打开固定的一次导通时间的开启周期。周期的时间由on time转换器的输入电压VIN和输出电压VOUT(占空比)逐周期计算 ,以保持在输入电压范围内的伪固定频率 ,因此称为自适应开时控制。

但自适应COT控制仍需要输出电容有较大的ESR来产生较大的纹波电压保持系统稳定。图示, 示意图

描述已自动生成

图2 自适应COT控制


增强型COT控制模式

增强型COT控制模式是自适应COT控制的改进模式 ,此模式可容许电路输出使用全陶瓷输出电容(较小的ESR)。如何做到输出使用全陶瓷电容呢 ,是仿制了一个同电感电流同相位成正比的纹波电压 ,仿制基本上有两种思路:

第一种将 RCC 纹波补偿方式放入芯片内;

第二种是在电感外部加RCC补偿电路。RCC补偿电路是由两个电容和一个电阻组成 ,电感两端的Rr和Cr利用电感的DCR产生纹波电压 ,此纹波电压类似于标准电容ESR产生的纹波电压 ,该纹波电压通过Cc进行耦合反馈到Vfb引脚 ,Cc可以隔离直流电压 ,所以仅需要很小的交流电压纹波来进行反馈。

图示, 示意图

描述已自动生成

图3 外部加纹波注入补偿电路示意图

SCT增强型COT控制模式产品的做法是第一种 ,在芯片内部放置了RCC纹波补偿电路 ,与第二种原理相同 ,但拥有更高的集成度 ,且减少了外围器件成本。

但同样的 ,增强型COT控制模式也有一个COT不可避免的问题 ,是在CCM的模式下输出电压会比参考电压大1/2的纹波电压 ,但这也是COT控制存在的基础。

图示

描述已自动生成

图4 增强型COT控制


所以 ,增强型COT控制在原来的基础上 ,通过误差放大器进一步提高电路在CCM模式下的工作精度 ,且在jitter方面也加入了谐波补偿。但因优化模式较为复杂 ,本文便不再赘述 ,有兴趣的小伙伴可以联系FAE更深入了解。

SCTMG冰球游戏科技致力于为客户创造更有价值的产品 ,目前COT控制产品(如100V BUCK系列、18V 3A Buck系列、30V 6A Buck系列等)都使用更先进的增强型COT控制方式 ,既为客户使用带来COT控制的优势 ,同时尽量弥补了COT控制的缺陷。

最新产品SCT2A00 ,100V 0.6A ,小封装 ,全陶瓷输出电容 ,极具性价比的COT控制芯片 ,目前已广泛应用于光伏、工业自动化、电动两轮车等行业中。

图示, 示意图

描述已自动生成

图5  SCT2A00典型应用图

参考文章

SCT2A00/SCT2A12超低静态电流 ,让电池;ぐ宕奔湓倬靡恍

知乎:开关电源典型控制模式分析和探讨

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