恒定导通时间（COT）控制的过去与现在
无论是无线PA系统还是CPU内核，工程师们常常需要在带宽和系统电源的稳定性之间做出权衡，以获得较低的动态纹波。
恒定导通时间（COT）控制在电源管理中日益受到关注，现在已广泛应用于计算领域的核心IC电源中。随着人工智能的普及，COT的应用还将更加广泛。
在讨论COT控制之前，我们先来了解一下另外两种控制方法：电压控制和电流控制（请参见图1）。在COT控制流行起来之前，工程师们通常会采用这两种方法。
图1: 电压控制和电流控制
电压控制和电流控制系统中常会用到误差放大器（EA）。图2显示了一个误差放大器的原理图示例。
图2: 误差放大器原理图
上图显示了EA如何在电阻-电容（RC）补偿网络内工作。为了使电路稳定，每个参数（C1、R1、C2、R2和C3）都必须分别设计，这项工作既繁琐又耗时。而且除了稳定性问题之外，通常还存在瞬态响应问题。
当输出电压发生变化时，误差放大器的RC网络会延迟输出电压的变化，然后再对控制电路做出反应，因此降低了响应速度。即使控制电路收到有关输出电压变化的反馈，它也不会立即响应。相反，它根据设定的时钟频率给出响应，这更是拖慢了瞬态响应（见图3）。
图3: 补偿网络中的误差放大器工作
为了提高瞬态性能，可能又需要重新设计误差放大器和RC网络（C1、R1、C2、R2和C3）的参数。这意味着工程师必须思考如何在稳定性和瞬态响应之间做出平衡。
为了解决这些问题，我们用比较器替换误差放大器，这样就消除了补偿的必要，从而消除了RC的延迟。同时，可以用具有电压控制导通时间发生器的时钟控制PWM发生器代替时钟，从而消除时钟延迟（参见图4）。这种解决方案即采用了恒定导通时间（COT）控制。
图4: 恒定导通时间控制
图4显示了恒定导通时间（COT）控制最基本的示例。其基本原理为：当FB电压低于参考电压（VREF）时会产生一个COT脉冲来控制上管MOSFET的开启（见图5）。
图5: 恒定导通时间控制相关参数
但是，如果每个COT脉冲的输入电压不同，则可能会改变开关频率。为解决这个问题，恒定导通时间控制需检测输入电压，并在输入电压变化时实现恒定的开关频率。同样，当输出电压达到不同的输出电压时，COT控制会检测恒定的开关频率。图6显示了常用的COT控制原理图。
图6: 常用COT控制原理图
但是，如果在使用陶瓷输出电容器（MLCC）的情况下应用COT控制，则会出现不稳定的情况（请参见图7）。
图7: MLCC导致的不稳定性
这种不稳定的产生是由于COT控制需要FB电压随电感电流产生相间纹波。由于聚合物或电解电容器的等效串联电阻（ESR）相对较大，因而会出现此相位纹波，并使系统保持稳定。但是，陶瓷电容器的ESR则不足以保证FB上的纹波电压和电感电流同相。
MPS通过在FB上添加RC补偿电路从而产生与电感同相的纹波来解决此问题（参见图8）。
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图8: 采用COT控制的RC补偿网络
添加RC补偿电路可以为瓷板电容器提供稳定的输出。NB638芯片即采用这种解决方案来保持其稳定性（请参见图9）。NB679是带陶瓷电容器的类似设备，但它没有RC补偿电路，而是在内部对FB电压产生额外的斜坡补偿。
图9: NB638
除了陶瓷电容器的不稳定性之外，使用COT控制还可能出现输出电压调整率方面的问题（见图10）。我们知道，COT控制模式下，FB电压纹波引起的实际输出电压会超过VREF设置的目标输出电容。由于不同的纹波电压会导致不同的输出电压，因此调整率可能会出现问题（请参见图10）。
图10
为解决此问题，COT控制可以引入慢速EA。这种慢速EA消除了由FB纹波引起的高输出电压所致问题，从而确保了实际的输出电压和设置电压保持一致（参见图11）。
图11: 恒定的输出和设置电压
慢速EA带来的另一个好处是它不会影响快速变化的瞬态响应。
由于其快速的瞬态响应和简单的环路补偿，COT控制非常适合提供内核功率的电源。这种内核随时间推移将处理越来越多的数据，所需电流也会越来越多。相应的COT控制也从单相控制逐渐发展为单相多路并联控制，再到多相多回路控制。
MPS的数字COT控制不仅可以实现多相、多回路控制，而且还可以支持相数配置、自动回路补偿以及其他优势，这极大地简化了设计并提高了产品设计效率。MP2888A就是其中一款数字COT控制器，它曾获得2018年全球电子成就奖。有关MPS COT控制解决方案的更多信息，请查阅我们的产品。
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