COT控制模式的前世今生

恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)控制作為電源界的新寵，廣泛應(yīng)用于計(jì)算領(lǐng)域核心IC的供電。隨著人工智能的發(fā)展，COT的應(yīng)用必將更為廣闊。

在介紹COT控制之前，我們首先來看下電源界之前常用的兩種控制方式，電壓控制和電流控制。

從圖上可以看到，不論是電壓還是電流控制，都要用到EA（誤差放大器）。那我們就來看一下誤差放大器長(zhǎng)什么樣子：

實(shí)際上就是帶RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)放。

為了讓電路工作穩(wěn)定，通常我們需要合理設(shè)計(jì)其中的每一個(gè)參數(shù)(C1,R1,C2,R2,C3)，這是一件讓工程師們非常抓狂的事情。

除了以上介紹的穩(wěn)定性問題，還有瞬態(tài)響應(yīng)問題。

如果輸出電壓發(fā)生變化，誤差放大器的RC網(wǎng)絡(luò)會(huì)把輸出電壓的變化延遲一段時(shí)間再反應(yīng)到控制電路，這樣會(huì)降低響應(yīng)速度。而且，即使控制電路收到輸出電壓變化的反饋，也不會(huì)立馬就響應(yīng)，它需要按設(shè)定的時(shí)鐘頻率響應(yīng)，這樣加劇了瞬態(tài)響應(yīng)變慢。

為了改善瞬態(tài)性能，可能又需要重新去設(shè)計(jì)誤差放大器的參數(shù)(C1, R1, C2, R2, C3)。怎么平衡穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)，這又是一個(gè)困擾工程師的問題。

那么有沒有一種控制方式，可以解決以上問題呢？

于是，我們把誤差放大器換成比較器，這樣不用做RC補(bǔ)償，也沒有RC延時(shí)。同時(shí)我們把時(shí)鐘控制的PWM發(fā)生器換成電壓控制的ON time發(fā)生器，這樣也消除時(shí)鐘的延時(shí)。

這個(gè)就是最基本的COT控制。它的基本原理就是FB電壓低于參考電壓Vref就產(chǎn)生一個(gè)恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)的脈沖來控制上管MOS的開通。

但細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果輸入電壓不一樣，每次都產(chǎn)生一個(gè)恒定時(shí)間脈沖的話，那開關(guān)頻率豈不是會(huì)變化了？為了解決這個(gè)問題，COT控制會(huì)檢測(cè)輸入電壓，實(shí)現(xiàn)輸入電壓變化時(shí)，開關(guān)頻率恒定。同樣，COT控制也會(huì)檢測(cè)輸出電壓實(shí)現(xiàn)不同輸出電壓時(shí)開關(guān)頻率恒定。

到這里才是一個(gè)常用的COT控制。

講到這里，是不是覺得COT控制是工程師的福音呢?

我要給大家潑冷水了。上帝在給你開扇窗的同時(shí)，又給你關(guān)上了一道門。在使用COT控制的時(shí)候，如果輸出全是瓷片電容(MLCC)，你可能還是會(huì)遇到不穩(wěn)定的情況。

這個(gè)又是什么原因呢？

實(shí)際上COT控制需要FB電壓存在一個(gè)和電感電流同相位的紋波，對(duì)于ESR比較大的高分子電容或者電解電容，這個(gè)同相位的紋波是存在的，穩(wěn)定沒有問題。但是對(duì)于瓷片電容，ESR太小了，沒有辦法保證FB上的紋波電壓和電感電流同相位。所以就沒辦法保證穩(wěn)定了。

為了解決這個(gè)問題，我們MPS的做法是在FB上加上如圖所示的RC補(bǔ)償電路，就可以產(chǎn)生一個(gè)和電感同相位的紋波。

這樣就可以保證瓷片電容的情況下也穩(wěn)定輸出了。

MPS公司的NB638這顆芯片就是采用這種方式來穩(wěn)定的。

有朋友又要問了，我用過你們的NB679，輸出都是瓷片電容，也沒有加RC補(bǔ)償電路，怎么也是穩(wěn)定的呢？那是因?yàn)镹B679內(nèi)部在FB電壓上產(chǎn)生了一個(gè)額外的斜坡補(bǔ)償。

好了，除了瓷片電容的穩(wěn)定性問題外，用過COT的朋友們應(yīng)該還會(huì)遇到另外一個(gè)問題，那就是輸出電壓調(diào)整率問題。

從COT的控制方式我們了解到，F(xiàn)B電壓上紋波導(dǎo)致實(shí)際的輸出電壓是比由Vref設(shè)定的目標(biāo)輸出電容要高的，而且不同的紋波電壓導(dǎo)致輸出電壓也不同，這樣就有了調(diào)整率的問題。為了解決這個(gè)問題，COT控制也會(huì)引入一個(gè)速度很慢的EA， 這個(gè)EA的作用就是用來消除FB紋波引起的輸出電壓偏高問題，保證實(shí)際的輸出電壓和設(shè)定的電壓一致。

另外，這個(gè)EA非常緩慢，所以并不會(huì)影響快速變化的瞬態(tài)響應(yīng)。

COT控制由于快速的瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償，特別適合core power的供電。

隨著工藝的發(fā)展，core處理的數(shù)據(jù)越來越多，導(dǎo)致所需要的電流也越來越大。相應(yīng)的COT控制也逐漸經(jīng)歷單相控制到單相多路并聯(lián)，再到多相多環(huán)路控制的發(fā)展歷程。

MPS數(shù)字控制COT不僅能實(shí)現(xiàn)多相，多環(huán)路控制，而且可以支持相數(shù)自行配置，自動(dòng)環(huán)路補(bǔ)償?shù)?，極大的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，已經(jīng)廣泛用應(yīng)于主流core芯片的供電。