COT控制不断迭代,解决了频率无法固定、需要较大输出纹波等问题

2023-11-02 芯洲科技 微信公众号
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所谓控制模式,是如何实现电压调节功能的方法。他定义了电源在面对各种干扰时,保持持续稳定输出的策略,是开关电源中非常重要的一个技术点。目前开关电源的主流控制模式主要有电压控制模式、电流控制模式、恒定导通时间控制模式(COT)等。


COT控制相对于电压控制模式、电流控制模式,既减轻了环路设计的复杂,又拥有较快的响应速度,在开关电源的应用中逐渐广泛。但COT独特的拓扑也有一些不可避免的缺陷,在日益发展的电源长河中,COT控制也在不断的迭代,解决了频率无法固定、需要较大输出纹波等问题,并在集成度上精益求精。


接下来,让我们一起看看关于恒定导通时间控制(COT控制)前世今生的发展演进。


传统COT控制方式


传统的COT控制方式是一种变频控制方式,其控制核心是通过一个比较器来观察输出纹波电压,让它检测最小阈值来控制MOS管的开关时间。简单地说,当反馈电压Vfb<参考电压Vref时,启动单稳态计时器,上MOS管开始恒定导通,导通完一个固定时间后,上Mos管关闭。直到电感电流和纹波电压使Vfb再次下跌至Vref时,再开启下个周期。


但显而易见的是,此控制方式频率无法固定,且需要较大的输出纹波电压来满足控制。


图1 传统的COT控制


自适应COT控制


为了解决频率无法固定的问题,电源工程师们研发出自适应COT控制。在每个周期的开始时,高侧的MOSFET被打开固定的一次导通时间的开启周期。周期的时间由on time转换器的输入电压VIN和输出电压VOUT(占空比)逐周期计算,以保持在输入电压范围内的伪固定频率,因此称为自适应开时控制。


但自适应COT控制仍需要输出电容有较大的ESR来产生较大的纹波电压保持系统稳定。


图2 自适应COT控制


增强型COT控制模式


增强型COT控制模式是自适应COT控制的改进模式,此模式可容许电路输出使用全陶瓷输出电容(较小的ESR)。如何做到输出使用全陶瓷电容呢,是仿制了一个同电感电流同相位成正比的纹波电压,仿制基本上有两种思路:


第一种将 RCC 纹波补偿方式放入芯片内;


第二种是在电感外部加RCC补偿电路。RCC补偿电路是由两个电容和一个电阻组成,电感两端的Rr和Cr利用电感的DCR产生纹波电压,此纹波电压类似于标准电容ESR产生的纹波电压,该纹波电压通过Cc进行耦合反馈到Vfb引脚,Cc可以隔离直流电压,所以仅需要很小的交流电压纹波来进行反馈。


图3 外部加纹波注入补偿电路示意图


SCT增强型COT控制模式产品的做法是第一种,在芯片内部放置了RCC纹波补偿电路,与第二种原理相同,但拥有更高的集成度,且减少了外围器件成本。


但同样的,增强型COT控制模式也有一个COT不可避免的问题,是在CCM的模式下输出电压会比参考电压大1/2的纹波电压,但这也是COT控制存在的基础。


图4 增强型COT控制


所以,增强型COT控制在原来的基础上,通过误差放大器进一步提高电路在CCM模式下的工作精度,且在jitter方面也加入了谐波补偿。但因优化模式较为复杂,本文便不再赘述,有兴趣的小伙伴可以联系FAE更深入了解。


SCT芯洲科技致力于为客户创造更有价值的产品,目前COT控制产品(如100V BUCK系列、18V 3A Buck系列、30V 6A Buck系列等)都使用更先进的增强型COT控制方式,既为客户使用带来COT控制的优势,同时尽量弥补了COT控制的缺陷。


最新产品SCT2A00,100V/0.6A,小封装,全陶瓷输出电容,极具性价比的COT控制芯片,目前已广泛应用于光伏、工业自动化、电动两轮车等行业中。


图5  SCT2A00典型应用图

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