【導讀】本文探討了在DC/DC變換器中，為什么恒定導通時間控制（COT）比傳統電流模式控制方式更加有效。圖 1為DC/DC變換器的傳統電流模式架構圖，它采用的方式是將采樣電流（紅色部分）與電壓反饋環路中誤差放大器的輸出（藍色部分）進行比較，以生成控制MOSFET的PWM脈沖。
在傳統控制架構中，有兩種因素會影響輸出負載變化的瞬態響應性能。
第一因素是誤差放大器。在電壓反饋環路中，補償網絡的誤差放大器充當了低通濾波器的作用，從而拉長了變換器對輸出電壓變化的響應時間。
圖 1：電流模式DC/DC架構圖
圖 2 顯示了誤差放大器延遲對環路瞬態響應的影響。在這個示例中，負載電流從0A快速上升到20A，從底部曲線可以看到，VOUT在恢復之前出現了明顯的下降。綠色曲線為誤差放大器的輸出曲線，在最大下沖發生后的兩個周期內，它才達到最大值。此種延遲由誤差放大器的低通濾波器引起。
圖 2：誤差放大器延遲對輸出下沖的影響
第二個因素為內部時鐘引起的開關周期延遲，內部時鐘將脈寬調制（PWM）控制反饋至輸出MOSFET。在連續電流控制工作模式下，由于其控制頻率是固定的，所以MOSFETs的導通時序由時鐘周期決定。即使采用PWM占空比控制上管MOSFET的導通時間，在下一個時鐘周期開始之前它也無法再次導通。一旦上管MOSFET關斷，負載電流會從0A上升至20A（見圖3）。誤差放大器的輸出會快速上升來響應，但上管MOSFET必須等到下一個時鐘周期才會打開。在這期間，輸出電壓持續下降。陰影區域為負載電流與電感電流的差值區域，這部分不足的電流必須由輸出電容提供并會引起輸出電壓下沖。
圖 3：內部PWM時鐘周期對輸出下沖的影響
與傳統電壓/電流模式控制相比，恒定導通時間控制（COT）結構則非常簡單，它通過反饋電阻來采樣輸出電壓（見圖4），然后將輸出電壓紋波谷值直接與參考電壓進行對比，生成固定的導通時間脈沖來導通上管MOSFET。當導通時間脈沖到期后，上管MOSFET關斷（且下管導通）。
圖 4：恒定導通時間DC/DC架構
COT架構無需傳統電壓/電流模式DC/DC控制中的補償網絡，變換器的設計更加簡單，因為元器件變得更少，也無需花費很多時間來調整補償值。可靠的COT工作模式要求反饋節點上的輸出電壓斜坡足夠大以保證無抖頻工作。因此，斜坡應大于任一隨機系統中反饋輸入的噪音。 如果輸出電容具有足夠的等效串聯電阻(ESR)，則由該ESR產生的反饋斜坡電壓主導電感的較小串聯電阻。在這種情況下，一個簡單的電阻分壓器網絡就足夠了 （參見圖5），通常可用于電解電容或POSCAP電容。
圖 5：來自輸出電容ESR的COT反饋輸入斜坡電壓
圖 6：來自電感斜坡轉換電路的COT反饋輸入斜坡電壓
如果首選為低ESR的陶瓷電容，還可以使用額外的“斜坡發生器”電路來生成所需的反饋斜坡電壓 （參見圖6）。
需要注意的是，反饋電壓會直接輸入到比較器中，以驅動定時控制塊，沒有誤差放大器或內部固定頻率會導致延遲從而影響瞬態響應時間。
COT控制架構使用參考比較器輸出來觸發定時脈沖發生器，而不是使用固定頻率的時鐘。脈沖出現的頻率由輸出負載電流決定。在具有穩定輸出電流要求的連續導通模式下，COT控制以近似固定的頻率運行。然而，在負載電流由低向高的跳變過程中，COT脈沖發生器輸出高頻脈沖，以最大限度地減少輸出下沖。一旦達到正常的輸出電壓，脈沖頻率降低到維持穩定的調節輸出電壓所需的水平。
另外，COT控制的瞬態響應時間比傳統的電壓或電流模式控制快兩倍。較低的下沖使它更容易滿足負載電壓公差規格。這也意味著，與電壓或電流模式變換器相比，基于COT控制模式的變換器需要更少的輸出電容便能滿足給定的負載瞬態響應，既節省了空間尺寸又節約了成本。
圖 7為電流控制與COT控制模式的對比圖。對于相同的負載電流升壓變換器來講，COT控制具有更快的切換速度，減小了電感與輸出電流之間的間隙，從而進一步減小輸出下沖。
圖 7：對負載跳變的瞬態響應對比圖（電流模式對比COT控制模式）
COT 變頻控制結構的另一個優點是：在輕載時，脈沖頻率得到了進一步的降低，可以保持較高的效率。因為只有當輸出負載需要時才會發出脈沖，所以與具有永久開關時鐘的電壓或電流模式架構相比，可以實現更小的內部開關損耗。這意味著基于COT的DC/DC變換器在輕載或空載條件下具有非常高的效率，是電池供電設備/具有省電模式設備的最佳選擇。
綜上所述，COT控制由于其瞬態響應速度快、效率高、元件少、設計簡單等優點，完勝傳統電流和電壓模式控制方法解決方案。
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