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元器件選型：最優(yōu)的Buck轉(zhuǎn)換器拓?fù)湓撊绾芜x？

發(fā)布時(shí)間：2015-03-24 責(zé)任編輯：sherry

【導(dǎo)讀】基本的Buck轉(zhuǎn)換器拓?fù)涠际且粯拥模刂圃撧D(zhuǎn)換器工作的方法卻是多種多樣的，不同的方法帶來(lái)不同的特性。與之對(duì)應(yīng)的是現(xiàn)實(shí)中的負(fù)載特性也各自不同，如何將不同的轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜透鞣N不同的應(yīng)用對(duì)應(yīng)起來(lái)呢？了解各種拓?fù)涞幕咎匦院拖拗?，清楚自己的?yīng)用需求，這是實(shí)現(xiàn)正確選擇的基本條件。
 
一、 概述
 
基本的 Buck 轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫沁@樣的：
Buck轉(zhuǎn)換器的基本拓?fù)? width=
圖一、Buck轉(zhuǎn)換器的基本拓?fù)?/div>
 
在此拓?fù)渲校叨斯β书_(kāi)關(guān)S1和低端功率開(kāi)關(guān)S2輪流導(dǎo)通，由此形成的斬波信號(hào)經(jīng)電感L和輸出電容COUT濾波以后形成輸出電壓，輸出電壓VOUT的高低由S1導(dǎo)通時(shí)間的占空比所決定。
 
一個(gè)完整的Buck系統(tǒng)需要對(duì)某些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)以確定如何對(duì)開(kāi)關(guān)的占空比進(jìn)行控制，而在電路中可供檢測(cè)作為Buck控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)是多種多樣的，控制開(kāi)關(guān)占空比的方法也有很多種?，F(xiàn)實(shí)中的負(fù)載也各自具有獨(dú)特的個(gè)性，它們對(duì)為之供電的Buck 轉(zhuǎn)換器的特性要求也不一樣，這就導(dǎo)致了各種不同控制架構(gòu)的出現(xiàn)。
 
立锜科技的DC/DC產(chǎn)品目錄中有多種不同類(lèi)型的Buck轉(zhuǎn)換器，它們分別使用了不同的控制架構(gòu)。最傳統(tǒng)的是電流模式（Current Mode， CM）和固定導(dǎo)通時(shí)間（Constant-On-Time， COT）模式，還有結(jié)合了兩者特性的電流模式固定導(dǎo)通時(shí)間（Current Mode Constant-On-Time， CMCOT）模式，以及改進(jìn)后的固定導(dǎo)通時(shí)間（Advanced Constant-On-Time， ACOT™）模式。這些不同的控制架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法不同，各自具有不同的特性，其優(yōu)勢(shì)和限制也是各自不同的。
 
面對(duì)如此繁多的控制架構(gòu)，我們應(yīng)該怎樣針對(duì)自己應(yīng)用的需要選擇合適的架構(gòu)呢？讓我們從了解開(kāi)始。
 
二、 電流模式（Current Mode， CM）
 
最傳統(tǒng)的電流模式Buck轉(zhuǎn)換器通過(guò)對(duì)MOSFET功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，它有一個(gè)固定頻率的內(nèi)部時(shí)鐘控制著開(kāi)關(guān)的節(jié)奏，導(dǎo)通時(shí)間的決策依據(jù)來(lái)源于電感峰值電流檢測(cè)信號(hào)和誤差放大器的比較結(jié)果。下面是它的電路拓?fù)浜团c之對(duì)應(yīng)的波形示意圖：
電流模式Buck轉(zhuǎn)換器電路拓?fù)? width=
圖二、電流模式Buck轉(zhuǎn)換器電路拓?fù)?/div>
電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的工作波形
圖三、電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的工作波形
 
這種架構(gòu)的控制回路的帶寬是由誤差放大器進(jìn)行設(shè)定的，一般被限定在遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)切換工作頻率的水平上。
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RT8059 是一款封裝為T(mén)SOT-23-5的電流模式 Buck 轉(zhuǎn)換器，最高工作電壓為5.5V，輸出電流能力為1A，以1.5MHz的固定頻率工作。這是它的應(yīng)用電路圖：
電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例
圖四、電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例
 
我們給它一個(gè)5V的電壓，讓它的輸出電壓為1.2V，并給它施加一個(gè)在500mA和1A之間快速變化的電流負(fù)載，看看它的輸出電壓變化情況。下圖是測(cè)試波形：
電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)波形
圖五、電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)波形
 
將波形在時(shí)間軸上拉開(kāi)以后，我們可以看到響應(yīng)過(guò)程的細(xì)節(jié)：
電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)波形細(xì)節(jié)展開(kāi)
圖六、電流模式Buck轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)波形細(xì)節(jié)展開(kāi)
 
當(dāng)負(fù)載電流從500mA向1A跳變時(shí)，輸出電壓下跌的最大幅度是66mV，為額定輸出電壓的5.5%。這種負(fù)載快速變化條件下的輸出電壓變動(dòng)狀況測(cè)試是最能反映一個(gè)電源系統(tǒng)的性能的，因?yàn)檫@是它能遇到的最壞狀況之一。
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電流模式控制電路中的誤差放大器能對(duì)輸出電壓的變化做出響應(yīng)。由于輸出電容的存在，負(fù)載電流的急速變化并不能馬上反映到電壓上，它只能逐漸地反映出來(lái)，這在誤差放大器中表現(xiàn)為它的輸出信號(hào)的逐漸增加，這個(gè)增加過(guò)程還受到補(bǔ)償電路的抑制，以使得反應(yīng)不至于太過(guò)。
 
誤差放大器的輸出的變化并不能馬上表現(xiàn)到開(kāi)關(guān)占空比的變化上，它需要受到時(shí)鐘的同步，只有一個(gè)新的時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，高端開(kāi)關(guān)才會(huì)被打開(kāi)，這個(gè)打開(kāi)過(guò)程直至內(nèi)部的脈動(dòng)信號(hào)幅度超過(guò)誤差放大器輸出信號(hào)幅度以后才會(huì)結(jié)束。較高的誤差放大器信號(hào)輸出導(dǎo)致較高的占空比，從輸入端經(jīng)電感流向輸出端的電流相應(yīng)更高以彌補(bǔ)輸出電流增大帶來(lái)的輸出電壓下降損失，反之亦然。
 
在穩(wěn)定狀態(tài)下，誤差放大器的輸出電壓是穩(wěn)定不變的，由此導(dǎo)致的占空比也是不變的，我們可在這個(gè)時(shí)候從開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上測(cè)量到穩(wěn)定不變的波形。當(dāng)任何擾動(dòng)加入的時(shí)候，例如輸入電壓發(fā)生了變化，或是負(fù)載電流發(fā)生了變化，前述的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程就會(huì)發(fā)生，其最終目的就是將輸出電壓拉回到穩(wěn)定狀態(tài)，能用多快的速度將環(huán)境變化的影響消除反映了一個(gè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)的速度。
 
受較窄的系統(tǒng)帶寬的限制，電流模式Buck轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載的快速變化的響應(yīng)是比較慢的，所以它的輸出電壓跌落和上沖就會(huì)比較大，恢復(fù)過(guò)程也要需要比較長(zhǎng)的時(shí)間。
 
電流模式控制器使用了固定的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)同步所有的工作過(guò)程，我們看到這種做法是有缺陷的，但此方法對(duì)于某些存在頻率敏感現(xiàn)象的系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇。在有的情況下，我們可能還需要用外部時(shí)鐘信號(hào)來(lái)對(duì)Buck的工作過(guò)程進(jìn)行同步，電流模式支持支種做法，條件是你所選用的器件要提供這樣的接口。
 
三、 改進(jìn)的固定導(dǎo)通時(shí)間（Advanced Constant-On-Time， ACOTTM）
 
固定導(dǎo)通時(shí)間（COT）架構(gòu)已經(jīng)存在很久了，也是一種很經(jīng)典的架構(gòu)，立锜科技有很多產(chǎn)品采用了這種架構(gòu)。與電流模式比較慢的響應(yīng)速度相比， COT架構(gòu)最大的好處就是它的響應(yīng)速度極快，可以將負(fù)載變化時(shí)的輸出電壓變化降到很低的程度，但它也是有缺陷的。下面的文字翻譯自一款采用ACOTTM控制架構(gòu)的產(chǎn)品規(guī)格書(shū)，它陳述了COT架構(gòu)的特性，同時(shí)也說(shuō)明了ACOTTM是怎么回事，可讓我們了解各自的不同。在閱讀文字以前先看看下圖是有利的，這個(gè)圖是關(guān)于ACOTTM的，但忽略掉其中ACOTTM特有的頻率鎖定環(huán)路（Frequency Locked Loop）和虛擬電感電流波形生成電路（PSR）以后的剩余部分就是COT的電路拓?fù)淞恕?/div>
ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)? width=
圖七：ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)?/div>

COT
 
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(mǎn)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(mǎn)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(lèi)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(lài)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。
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ACOTTM控制架構(gòu)
 
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單穩(wěn)態(tài)電路的運(yùn)作
 
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(mǎn)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：
ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的工作波形
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(mǎn)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：
ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例
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：
ACOTTM架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例瞬態(tài)響應(yīng)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
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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：
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)
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。
 
四、 電流模式固定導(dǎo)通時(shí)間（Current-Mode Constant-On-Time， CMCOT）
 
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：
CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)? width=
圖十二：CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)?/div>
 
CMCOT Buck轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)擁有固定的導(dǎo)通時(shí)間，并通過(guò)對(duì)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。這種架構(gòu)中包含了誤差放大器和電流檢測(cè)電路，但對(duì)關(guān)斷時(shí)間的控制依據(jù)是來(lái)源于電感谷值電流的檢測(cè)信號(hào)和誤差放大器的比較結(jié)果。與電流模式相比，這種模式的轉(zhuǎn)換器具有更寬的帶寬，響應(yīng)速度更快。
 
在DC/DC電路中，每一次的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程都對(duì)應(yīng)著電流路徑的變換和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓變化，這就形成了所謂的噪聲。電流模式架構(gòu)的電流檢測(cè)點(diǎn)是在上橋開(kāi)關(guān)上，那里的電壓比較高，信號(hào)不好處理，其中包含的噪聲也更多更雜更大，正確的信號(hào)要在離開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)比較久的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)，這就限制了占空比的最小值。Buck電路的占空比是等于輸出電壓和輸入電壓的比值，輸入電壓越高，輸出電壓越低，所需要的占空比就越低，這就限制了電流模式的使用范圍。當(dāng)工作頻率比較高時(shí)，元器件可以實(shí)現(xiàn)小型化，這對(duì)小體積的設(shè)備是非常好的，所以在很多情況下會(huì)有對(duì)高工作頻率的追求，這時(shí)候的工作周期會(huì)很短，低占空比就意味著很短的脈沖時(shí)間，這也會(huì)讓電流模式的使用成為不可能。
 
同樣幅度的輸出電壓波動(dòng)，在輸出電壓比較低的情況下，輸出電壓波動(dòng)所占的比例也較高，稍有不慎就可能使負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)入不正常的工作狀態(tài)。隨著業(yè)界對(duì)電子器件在低電壓下工作的研究的深入，我們將要面臨的工作電壓會(huì)越來(lái)越低，傳統(tǒng)的電流模式必將遇到越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。電流模式固定導(dǎo)通時(shí)間架構(gòu)能夠兼有電流模式和固定導(dǎo)通時(shí)間架構(gòu)的好處，這在某些情況下是很好的選擇。
CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例
圖十三：CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例
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上圖中的RT8096A是最高5.5V工作電壓的CMCOT架構(gòu)Buck器件，平均工作頻率為1.5MHz（請(qǐng)注意它的核心是COT的，所以只能談平均工作頻率，這是由頻率鎖定電路設(shè)定的），負(fù)載能力為1A，電路的輸出電壓為1.2V。當(dāng)它的負(fù)載在500mA至1A之間跳變時(shí)，其電流波形和輸出電壓的變化狀況是這樣的：
CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例的瞬態(tài)響應(yīng)波形
圖十四：CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例的瞬態(tài)響應(yīng)波形
 
輸出電壓的上沖和下墜的幅度都是49mV，這個(gè)數(shù)據(jù)介于已經(jīng)得到的電流模式的65mV和ACOTTM的24mV之間，優(yōu)于電流模式，但又劣于ACOTTM。
 
再來(lái)看看細(xì)節(jié)：
CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例的瞬態(tài)響應(yīng)波形細(xì)節(jié)展開(kāi)
圖十五：CMCOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例的瞬態(tài)響應(yīng)波形細(xì)節(jié)展開(kāi)
 
圖中顯示在2微秒內(nèi)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)了5個(gè)脈沖，回到前面ACOTTM的波形，我們可以看到它在1微秒內(nèi)打了3個(gè)脈沖，很顯然，在面對(duì)同樣負(fù)載跳變的情況下，這一次的脈沖頻率比較低，也就是說(shuō)CMCOT真的起到了降低頻率變化范圍的效果。
 
五、 總結(jié)
 
我們已經(jīng)把幾種不同控制架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法和各自的基本特性做了比較，也比較了它們的性能表現(xiàn)，與實(shí)際的應(yīng)用結(jié)合，我們可以看到：
 
輸入電壓、輸出電壓和負(fù)載的自然特性在大多數(shù)情況下是決定選擇哪種控制架構(gòu)最合適的關(guān)鍵因素。
 
具有穩(wěn)定負(fù)載的系統(tǒng)可選擇電流模式 Buck 轉(zhuǎn)換器；為了避開(kāi)某些頻率敏感的頻帶，具有固定工作頻率的電流模式也是最佳的選擇。一些電流模式 Buck 轉(zhuǎn)換器可提供外部時(shí)鐘同步的接口。
 
那些存在極快速負(fù)載變化的系統(tǒng)（例如CPU內(nèi)核和DDR存儲(chǔ)器這樣的應(yīng)用）和需要極低占空比的應(yīng)用應(yīng)該選擇 ACOTTM架構(gòu)的 Buck 轉(zhuǎn)換器來(lái)供電。需要引起注意的是這種架構(gòu)在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)的響應(yīng)過(guò)程中開(kāi)關(guān)切換工作頻率是有明顯變化的。
 
電流模式固定導(dǎo)通時(shí)間（CMCOT） Buck 轉(zhuǎn)換器的性能介于電流模式和 ACOTTM之間，因而適用于需要相對(duì)穩(wěn)健的負(fù)載響應(yīng)特性的應(yīng)用中，那些需要較短的最小導(dǎo)通時(shí)間的應(yīng)用（指較高工作頻率結(jié)合較大降壓比的狀況）也是它們發(fā)揮作用的時(shí)候。
 
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