任何COT架構(gòu)的核心都是一個(gè)固定導(dǎo)通時(shí)間的單穩(wěn)態(tài)單元。在這里，所謂的固定導(dǎo)通時(shí)間其實(shí)是一個(gè)由反饋電壓比較器所觸發(fā)的預(yù)先定義好的“固定”時(shí)間。這種具有很高魯棒性的安排具有很高的噪聲消除能力，是低占空比應(yīng)用的理想選擇。在每一個(gè)固定時(shí)間的導(dǎo)通狀態(tài)之后，總是有一個(gè)最小關(guān)斷時(shí)間緊隨其后，在這段時(shí)間里，電壓調(diào)節(jié)器不用做出任何調(diào)整決定，這種做法的好處是避免了開(kāi)關(guān)噪聲的影響，因?yàn)槊恳淮伍_(kāi)關(guān)動(dòng)作之后的一段時(shí)間里總是跟隨著嚴(yán)重的噪聲。因?yàn)闆](méi)有固定的時(shí)鐘對(duì)操作進(jìn)行同步控制，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，轉(zhuǎn)換電路中的上橋開(kāi)關(guān)幾乎可以立即打開(kāi)讓電感電流迅速增加以滿足負(fù)載上突然出現(xiàn)的需要。

 

傳統(tǒng)的電流模式或電壓模式的控制架構(gòu)必須監(jiān)控反饋電壓、電流信號(hào)（同時(shí)用于電流限制）以及內(nèi)部的脈動(dòng)信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)來(lái)決定何時(shí)關(guān)閉上橋開(kāi)關(guān)、打開(kāi)同步續(xù)流開(kāi)關(guān)。在進(jìn)行大電流切換的情形下，開(kāi)關(guān)動(dòng)作之后的噪聲是巨大的，要在這種噪聲中準(zhǔn)確地獲取那么多信號(hào)并做出正確的決策是一件非常艱難的事情，這在低占空比應(yīng)用和板子設(shè)計(jì)不太理想的情況下就變得尤為嚴(yán)峻。

 

由于不需要在噪聲嚴(yán)重的時(shí)間段做出開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作的決策，COT架構(gòu)就成了低占空比應(yīng)用和高噪聲應(yīng)用中的首選。然而，傳統(tǒng)的COT控制架構(gòu)仍然因?yàn)槠鋬?nèi)在的某些缺點(diǎn)而不能滿足某些應(yīng)用的需要。例如，很多應(yīng)用需要使開(kāi)關(guān)電源工作在某些特定的頻率范圍內(nèi)以避免和其它敏感電路發(fā)生相互干擾，而在純正的COT控制架構(gòu)中，由于導(dǎo)通時(shí)間是固定的，所以它的開(kāi)關(guān)工作頻率就是變化的。在降壓型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器中，占空比是與輸出電壓成正比、與輸入電壓成反比的，因此，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間固定時(shí)，關(guān)斷時(shí)間（緊接著是頻率）就必然是變化的，這樣才能適應(yīng)輸入電壓和輸出電壓的變化。

 

現(xiàn)代的偽固定頻率COT架構(gòu)通過(guò)讓單穩(wěn)態(tài)電路的導(dǎo)通時(shí)間正比于輸出電壓、反比于輸入電壓，大大提升了COT的性能。在這種方法中，導(dǎo)通時(shí)間被選擇在和一個(gè)理想的固定頻率PWM電路處理類似的輸入、輸出電壓條件下的導(dǎo)通時(shí)間相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)下，這樣的結(jié)果是性能被大大地改善了，但開(kāi)關(guān)工作頻率仍然會(huì)隨著輸入電壓和負(fù)載的變化而變化，因?yàn)閬?lái)自開(kāi)關(guān)、電感和其他寄生效應(yīng)的損耗依然在發(fā)生影響。

 

多數(shù)COT架構(gòu)的另外一個(gè)問(wèn)題是他們需要依賴輸出電容的較大的ESR來(lái)工作，這在遇到體積小、成本低但ESR很低的陶瓷電容時(shí)就不再好用了。這些架構(gòu)需要利用電感電流流過(guò)輸出電容的ESR時(shí)形成的交流電流信息來(lái)運(yùn)作，這有點(diǎn)像是電流模式的控制系統(tǒng)所做的那樣，但陶瓷電容能夠提供的電感電流信息太微弱了，很難讓控制回路能夠穩(wěn)定運(yùn)作，這就像電流模式的控制系統(tǒng)看不到電流信息一樣，它失去了路標(biāo)，雖然清楚自己要去哪里，但卻不知道如何邁步。

 

有很多原因可以導(dǎo)致即便將導(dǎo)通時(shí)間正比于輸出電壓、反比于輸入電壓也不能得到好的固定頻率表現(xiàn)的結(jié)果。首先，電流流過(guò)MOSFET開(kāi)關(guān)和電感形成的電壓降會(huì)使得實(shí)際的輸入電壓低于測(cè)量出來(lái)的輸入電壓、實(shí)際的輸出電壓高于測(cè)量出來(lái)的輸出電壓。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載電流導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)上的電壓降會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)頻率的變化。其次，在輕載情況下，假如電感電流出現(xiàn)負(fù)值、同步續(xù)流開(kāi)關(guān)關(guān)閉和上橋開(kāi)關(guān)導(dǎo)通以容許輸入電壓出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的死區(qū)時(shí)間延長(zhǎng)，都會(huì)使得有效的導(dǎo)通時(shí)間增加并導(dǎo)致開(kāi)關(guān)頻率出現(xiàn)明顯的下降。

 

一種降低這些效應(yīng)的方法是測(cè)量實(shí)際的開(kāi)關(guān)工作頻率并將其和預(yù)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定頻率調(diào)整的方向，其好處是無(wú)需測(cè)量實(shí)際的輸出電壓，因而省去了一個(gè)用于測(cè)量輸出電壓的引線端子。ACOTTM正是采用這種測(cè)量實(shí)際的開(kāi)關(guān)頻率并在反饋回路中調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間的方法來(lái)將平均開(kāi)關(guān)工作頻率保持在一個(gè)預(yù)定的范圍之內(nèi)。

 

為了能和低ESR的陶瓷電容配合起來(lái)穩(wěn)定工作，ACOTTM在IC內(nèi)部使用了一個(gè)虛擬的電感電流脈動(dòng)信號(hào)，它代替了通常使用的借助輸出電容的ESR生成的電感電流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)和其它內(nèi)部補(bǔ)償舉措相結(jié)合優(yōu)化了和低ESR陶瓷電容配合時(shí)的工作表現(xiàn)，達(dá)成了穩(wěn)定工作的目的。

 

 

ACOTTM的控制邏輯是非常簡(jiǎn)單易懂的，反饋電壓和虛擬電感電流脈動(dòng)信號(hào)相加以后與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)前者的幅度低于后者時(shí)，一次單穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通過(guò)程即被觸發(fā)（觸發(fā)信號(hào)在經(jīng)過(guò)一個(gè)與最短截止時(shí)間相等的時(shí)間以后即被自動(dòng)復(fù)位），上橋開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輸入電壓進(jìn)入開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)加到電感上，電感電流即線性增加；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的固定導(dǎo)通時(shí)間以后，上橋關(guān)閉，續(xù)流開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電感電流從最高點(diǎn)開(kāi)始線性降低，與此同時(shí)，一個(gè)最短截止時(shí)間單穩(wěn)態(tài)過(guò)程被觸發(fā)以防止另一次導(dǎo)通過(guò)程在開(kāi)關(guān)噪聲持續(xù)期間立即發(fā)生，并使反饋電壓和電流感應(yīng)信號(hào)可以被正確地獲取。最短截止時(shí)間被保持在極短的狀態(tài)，其典型值為230ns，這樣可以保證另一次導(dǎo)通過(guò)程可以在需要時(shí)被及時(shí)啟動(dòng)，以便滿足負(fù)載的需要。

 

這段文字已經(jīng)說(shuō)明了 ACOTTM Buck 轉(zhuǎn)換器的特性：極快的瞬態(tài)響應(yīng)速度；可以使用低ESR的MLCC作為輸出電容；平均工作頻率是穩(wěn)定的。請(qǐng)注意它不使用電流檢測(cè)電路和誤差放大器，取而代之的是直接將檢測(cè)到的輸出電壓和虛擬的電感電流脈動(dòng)信號(hào)的和與參考電壓進(jìn)行比較以決定何時(shí)需要喚醒一次導(dǎo)通過(guò)程。下面的圖形是ACOTTM架構(gòu)在穩(wěn)定狀態(tài)和負(fù)載變化情況下的工作波形示意：

圖八、ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的工作波形

 

從中可以看出，當(dāng)負(fù)載變化的時(shí)候，與電流模式在工作頻率固定的情況下通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓不一樣的是它改變了工作的頻率，導(dǎo)通脈沖的急劇增加可使它快速地滿足負(fù)載的需要，從而快速將輸出電壓拉回到穩(wěn)定狀態(tài)。

 

我們同樣選擇一款最高工作電壓為5.5V的ACOTTM架構(gòu)低壓Buck轉(zhuǎn)換器來(lái)測(cè)試它的性能，先來(lái)看看電路圖：

圖九、ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例

 

這一次選擇的是RT5784A，它是ACOTTM架構(gòu)的，平均工作頻率也是1.5MHz（請(qǐng)注意是平均工作頻率，這是與電流模式不一樣的地方），它的負(fù)載能力是2A，與我們選用的電流模式器件RT8059的負(fù)載能力不一樣，但這并不影響我們的測(cè)試，因?yàn)樨?fù)載電流是由負(fù)載的大小決定的，與負(fù)載能力是兩回事。輸出電壓仍然設(shè)定為相同的1.2V，我們讓負(fù)載電流在0.5A到1A之間跳變，下圖是測(cè)量到的電流波形和輸出電壓變化的波形：

圖十、ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例瞬態(tài)響應(yīng)波形

當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生跳變的時(shí)候，輸出電壓的下跌只有24mV，遠(yuǎn)小于電流模式器件在同樣條件下出現(xiàn)的66mV的變化。當(dāng)然了，它的回復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間也是很短的，下圖顯示了這個(gè)過(guò)程：

圖十一、ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例瞬態(tài)響應(yīng)波形細(xì)節(jié)展開(kāi)

 

不到一個(gè)微秒，電感電流就已經(jīng)追上了負(fù)載電流的變化，前述的電流模式器件沒(méi)有這么快。

 

ACOTTM已經(jīng)采取了頻率鎖定電路來(lái)解決它在工作條件變化情況下的工作頻率變化問(wèn)題，它的平均頻率是穩(wěn)定的，但這仍然不能讓它的頻率是固定不變的，也不能使用外部時(shí)鐘來(lái)對(duì)它的動(dòng)作進(jìn)行同步，如果你有相關(guān)的需要，你還是需要考慮使用電流模式的器件。

 

 

對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，電流模式比較慢的瞬態(tài)響應(yīng)能力是不能接受的，也不能接受電流模式不能太低的占空比，它們對(duì)于ACOTTM架構(gòu)在面對(duì)負(fù)載快速變化時(shí)的工作頻率的大范圍變化也不能接受，這時(shí)候就可以選擇一個(gè)折中的方案：電流模式固定導(dǎo)通時(shí)間架構(gòu)（CMCOT）。

 

CMCOT的電路拓?fù)涫沁@樣的：

圖十二：CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)?/div> [page]