本文探討了在DC/DC變換器中，為什么恒定導通時(shí)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(huán)路中誤差放大器的輸出（藍色部分）進(jìn)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(huì )影響輸出負載變化的瞬態(tài)響應性能。

     第一因素是誤差放大器。在電壓反饋環(huán)路中，補償網(wǎng)絡(luò )的誤差放大器充當了低通濾波器的作用，從而拉長(cháng)了變換器對輸出電壓變化的響應時(shí)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(huán)路瞬態(tài)響應的影響。在這個(gè)示例中，負載電流從0A快速上升到20A，從底部曲線(xiàn)可以看到，VOUT在恢復之前出現了明顯的下降。綠色曲線(xiàn)為誤差放大器的輸出曲線(xiàn)，在最大下沖發(fā)生后的兩個(gè)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(gè)因素為內部時(shí)鐘引起的開(kāi)關(guān)周期延遲，內部時(shí)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(shí)序由時(shí)鐘周期決定。即使采用PWM占空比控制上管MOSFET的導通時(shí)間，在下一個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始之前它    也無(wú)法再次導通。一旦上管MOSFET關(guān)斷，負載電流會(huì )從0A上升至20A（見(jiàn)圖3）。誤差放大器的輸出會(huì )快速上升來(lái)響應，但上管MOSFET必須 等到下一個(gè)時(shí)鐘周期才會(huì )打開(kāi)。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(huì )引起輸出電壓下沖。

圖 3：內部PWM時(shí)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(shí)間控制（COT）結構則非常簡(jiǎn)單，它通過(guò)反饋電阻來(lái)采樣輸出電壓（見(jiàn)圖4），然后將輸出電壓紋波谷值直接與參考電壓進(jìn)行對比，生成固定的導通時(shí)間脈沖來(lái)導通上管MOSFET。當導通時(shí)間脈沖到期后，上管MOSFET關(guān)斷（且下管導通）。

圖 4：恒定導通時(shí)間DC/DC架構

   COT架構無(wú)需傳統電壓/電流模式DC/DC控制中的補償網(wǎng)絡(luò )，變換器的設計更加簡(jiǎn)單，因為元器件變得更少，也無(wú)需花費很多時(shí)間來(lái)調整補償值�？煽康腃OT工作模式要求反饋節點(diǎn)上的輸出電壓斜坡足夠大以保證無(wú)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(lián)電阻(ESR)，則由該ESR產(chǎn)生的反饋斜坡電壓主導電感的較小串聯(lián)電阻。在這種情況下，一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò )就足夠了 （參見(jiàn)圖5），通�？捎糜陔娊怆娙莼騊OSCAP電容。

       圖 5：來(lái)自輸出電容ESR的COT反饋輸入斜坡電壓圖 6：來(lái)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(fā)生器”電路來(lái)生成所需的反饋斜坡電壓 （參見(jiàn)圖6）。

   需要注意的是，反饋電壓會(huì )直接輸入到比較器中，以驅動(dòng)定時(shí)控制塊，沒(méi)有誤差放大器或內部固定頻率會(huì )導致延遲從而影響瞬態(tài)響應時(shí)間。

   COT控制架構使用參考比較器輸出來(lái)觸發(fā)定時(shí)脈沖發(fā)生器，而不是使用固定頻率的時(shí)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(guò)程中，COT脈沖發(fā)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(tài)響應時(shí)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(mǎn)足負載電壓公差規格。這也意味著(zhù)，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(mǎn)足給定的負載瞬態(tài)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(lái)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(jìn)一步減小輸出下沖。

     圖 7：對負載跳變的瞬態(tài)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是：在輕載時(shí)，脈沖頻率得到了進(jìn)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(shí)才會(huì )發(fā)出脈沖，所以與具有永久開(kāi)關(guān)時(shí)鐘的電壓或電流模式架構相比，可以實(shí)現更小的內部開(kāi)關(guān)損耗。這意味著(zhù)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(tài)響應速度快、效率高、元件少、設計簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，完勝傳統電流和電壓模式控制方法解決方案。