上一篇講述了開關電源的峰值電流控制模式，這一篇繼續(xù)總結一下另外一種固定導通時間（COT）控制模式的內(nèi)容。傳統(tǒng)的峰值電流模式在小占空比的應用中，受到最小占空比的限制，動特性做不到最優(yōu)，而COT固定開通時間的控制方式，關斷時間長，有充足的時間來檢測“谷點電流”，對于小占空比的應用，具有天然的獨特的優(yōu)勢，這些年來，得到一些芯片原廠的青睞，推出了許多相應的產(chǎn)品，從而廣泛的應用到一些低電大電流以及需要好的動特性的系統(tǒng)中。下面就聊聊它的工作原理、優(yōu)缺點和適用場景等。

如圖1所示，是采用COT控制模式的BUCK電路原理圖，如果僅關注控制部分，則它由誤差放大器、補償網(wǎng)絡、比較器、電流采樣電路等部分構成。誤差放大器的同相端連接參考電壓VREF，反向端連接feedback電壓，輸出端COMP電壓為Vc。誤差放大器的輸出連接到PWM比較器的同相端，反向端輸入信號為下管電流采樣信號，它由輸出電流采樣電路轉化得到。因此，COT模式也是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋有二個環(huán)路：電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。

圖1.COT模式控制電路

圖2. 穩(wěn)態(tài)下控制電路波形圖

圖2所示為穩(wěn)態(tài)條件下COT控制模式的關鍵節(jié)點波形圖，iL是電感電流信號，iVS是下MOS管的電流采樣信號,VQ是PWM驅動信號。

它的工作原理如下：

（1）若初始的狀態(tài)是高端的主開關管開通，電感激磁，電流線性上升，高端開關管導通一段固定的時間，此時間由內(nèi)部的定時器設定。

（2）當高端開關管關斷后，低端開關管導通，此時電感開始去磁，電感電流線性下降，同樣，低端開關管的電流隨著時間線性下降，電流檢測電阻為低端開關管的導通電阻，所以電流檢測信號的電壓信號也線性下降，由于此時Vc低于Vs，電流比較器輸出為低電平。高端開關管維持關斷，而低端開關管維持導通。

（3）當電流檢測電阻的電壓信號繼續(xù)下降，直到Vc等于Vs時，電流比較器的輸出翻轉，從低高電平翻轉為高電壓，邏輯控制電路工作，關斷低端的續(xù)流開關管的驅動信號，高端的主開關管開通，同時送出觸發(fā)信號給定時器，啟動定時器工作。高端開關管導通后，電感開始激磁，電流線性上升，進入下一個周期，如此反復。

其瞬態(tài)調節(jié)原理如下：

（1）當輸出負載增大時，輸出電壓降低，因此，Vc增大，線性降低的電感電流在較高的值就和Vc相等，使電流比較器翻轉，因而，續(xù)流二極管導通較短的時間，而高端的主開關管導通的時間不變，也就是開關周期變短，開關頻率增大，輸入功率增加，因此輸出電壓增加，當輸出電壓增加到調節(jié)的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)保持平衡。

（2）當輸出負載減小時，輸出電壓增大，因此，Vc降低，線性降低的電感電流只有在更低的值才能和Vc相等，使電流比較器翻轉，因而，續(xù)流二極管導通較長的時間，而高端的主開關管導通的時間不變，也就是開關周期變長，開關頻率降低，輸入功率降低，因此輸出電壓降低，當輸出電壓降低到調節(jié)的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)保持平衡。

注意到：這個基本控制邏輯是不完整的，SW變高Ton時間之后，如果輸出不足夠高，導致反饋電壓仍然低于基準電壓怎么辦？所以需要引入一個額外的邏輯：當上邊開關管關斷時（SW變高ton時間之后），如果反饋電壓仍然低于基準電壓，則上邊功率管關斷Toffmin時間之后重新打開。事實上這個額外的邏輯并不這樣做，而是：當SW變高Ton時間之后，上邊開關管強制關斷Toffmin時間，Toffmin時間之后，如果反饋電壓仍然低于基準電壓，則上邊開關管重新打開。

COT控制下的Buck不存在輸出電壓會飄得很高，或者直接拉低的不穩(wěn)定（不會出現(xiàn)正反饋的情況）。COT控制下的Buck主要會存在次諧波振蕩（subharmonic oscillation）的不穩(wěn)定情況。

但如果輸出的電壓紋波是電容紋波占主導時，顯然不能讓電路工作于很好的狀態(tài)：此時輸出電容的上的紋波相位與電感上電流的相位相差幾乎是 90°，這時 COT 控制電路會進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，會出現(xiàn)一種叫 Multi-Pulse[Maximum Frequency for Hysteretic Control COT Buck Converters]的工作狀態(tài)。如下圖3和圖4所示：  

圖3. ESR主導波形圖（左）容性主導波形圖（右）

圖4. Multi-pulse波形圖

 可以想象到，在一個 TON 結束后，由于輸出紋波相位的延遲，紋波還遲遲不能上升到大于 Vref 的數(shù)值，所以在緊接一個 Toff_min 后再次進入 TON 狀態(tài)。 Multi-Pulse 不僅會使輸出紋波加大，而且電感電流也可能會沖到會讓電感飽和的高值。正常工作的 COT 電路是不允許出現(xiàn)這種情況的

COT模式的優(yōu)點：

（1）可以工作在寬的輸入電壓范圍。

（2）可以工作在極低占空比條件。

（3）易于檢測電流。

（4）快速負載響應，從下圖5可以看到，谷點電流模式在當前的周期就可以響應負載的變化，而峰值電流模式只能在下一個開關周期才能響應負載的變化。

圖5. COT&峰值電流動態(tài)響應對比

COT模式的缺點：

（1）在占空比小于50%時需要斜坡補償。

（2）變頻工作時電感不易優(yōu)化設計。

（3）在變頻方式工作時，當輸入和輸出電壓變化時，高端MOSFET的導通時間均恒定固定不變化，那么系統(tǒng)將工作在較寬的頻率范圍，不利于電感的優(yōu)化工作。

因此，通常在控制器內(nèi)部需要一個前饋電路，使高端MOSFET的導通時間隨輸入電壓成反比的變化，隨輸出電壓成正比的變化，從而維持在輸入電壓變化和負載變化時，變換器近似的工作于定頻方式。

綜上所述，COT 穩(wěn)壓器不需要環(huán)路補償，但是他能提供優(yōu)異的瞬態(tài)性能。COT可以使用常規(guī)定頻 DC-DC 系統(tǒng) 1/2 甚至 1/4 的小電感，實現(xiàn)輸出電壓 Ripple 控制。非常適合應用在服務器、AI、通信基礎設備領域，給一些低壓大電流，高負載變化率的ASIC芯片或CPU、FPGA等核心芯片供電。

VISHAY最近推出的SIC45x系列POL IC采用的就是上述COT控制模式，外圍器件非常少，既節(jié)省了占板面積又簡化了電路設計復雜度，同時內(nèi)部集成了RAMP產(chǎn)生電路，可以避免次諧波振蕩問題，其應用電路和內(nèi)部控制架構如圖6所示，詳細資料可通過官網(wǎng)查看（vishay.com）。

圖6. VISHAY SIC45x POL 應用電路和控制架構