COT控制模式簡(jiǎn)述-4

楊帥鍋：因?yàn)閭€(gè)人能力，時(shí)間，研究方向有限，所以后續(xù)我會(huì)邀請(qǐng)一些技術(shù)大佬來(lái)發(fā)技術(shù)類(lèi)文章，這樣就可以更加豐富公眾號(hào)的內(nèi)容。

COT控制系列：

1，COT控制模式簡(jiǎn)述part1

2，COT控制模式簡(jiǎn)述part2

3，COT控制模式簡(jiǎn)述part3

邊沿抖動(dòng)是開(kāi)關(guān)變換器的固有現(xiàn)象，并且它是一個(gè)相對(duì)的概念，現(xiàn)實(shí)中并不存在無(wú)邊沿抖動(dòng)的變換器。

在我們的認(rèn)知中，以Buck為例，SW開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的帶有占空比信息的PWM波形是占空比信號(hào)的功率放大，輸出電感和輸出電容作為一個(gè)低通濾波器，從而獲得穩(wěn)定的直流電壓?？刂骗h(huán)路和調(diào)制器決定了SW開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)什么時(shí)刻開(kāi)啟，什么時(shí)刻關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，SW應(yīng)該是一個(gè)周期性的相同的脈沖序列。然而只有消除所有的噪聲，才可能做到這一點(diǎn)，這顯然是不存在的。

圖9 理想的SW脈沖序列

因此穩(wěn)態(tài)下的脈沖序列的Ton之間會(huì)有微小差別，Toff之間也會(huì)有微小差別，開(kāi)關(guān)頻率fs之間也會(huì)有微小差別，這個(gè)微小差別對(duì)穩(wěn)定性的影響是很小的。實(shí)際上，在PWM模式下，Ton的邊沿抖動(dòng)是主要的關(guān)注點(diǎn)；COT模式下，Toff的邊沿抖動(dòng)是主要的關(guān)注點(diǎn)。有些為了改善EMI性能的PWM控制芯片加入了抖頻功能，其開(kāi)關(guān)頻率是低頻周期變化的，fs的邊沿抖動(dòng)是主要的關(guān)注點(diǎn)。

PWM控制模式下的邊沿抖動(dòng)：

測(cè)試時(shí)，上升沿觸發(fā)，并打開(kāi)余輝測(cè)量。SW波形只有下降沿在抖動(dòng)，而上升沿則一直保持穩(wěn)定，說(shuō)明PWM控制器的內(nèi)部時(shí)鐘是穩(wěn)定的，這就是PWM模式下的邊沿抖動(dòng)現(xiàn)象，也即是Ton邊沿抖動(dòng)。

COT控制模式下的邊沿抖動(dòng)：

測(cè)試時(shí)，上升沿觸發(fā)，并打開(kāi)余輝測(cè)量。SW波形在trigger線參考點(diǎn)之后的上升沿和下降沿都發(fā)生了抖動(dòng)，而且第二、第三個(gè)脈沖波的抖動(dòng)更加厲害。這是COT控制模式下的邊沿抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖12 電壓模式框圖

我們以電壓模式為例，RS latch的S端是固定的時(shí)鐘信號(hào)，它相對(duì)穩(wěn)定，因此抖動(dòng)來(lái)源不可能來(lái)自于此。R的輸入來(lái)自于調(diào)制器的輸出，Q即是PWM的脈沖序列，因此抖動(dòng)來(lái)源于調(diào)制器的輸入，而鋸齒波信號(hào)也是固定的頻率變化，但是它的斜率也會(huì)有一定的抖動(dòng)。另外一個(gè)抖動(dòng)來(lái)源即是補(bǔ)償器的輸出信號(hào)Vc。

Vc的幅值大小決定了下降沿，也決定了占空比的大小。當(dāng)Vc上拾取了一定幅度的噪聲，在加上鋸齒波本身的斜率變化，Vc和鋸齒波的相交點(diǎn)就會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，從而引起了PWM脈沖序列的下降沿抖動(dòng)。在一些據(jù)有電壓前饋特性的芯片中，鋸齒波的斜率大小和輸入電壓成正比，根據(jù) D = Vo/Vi；當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，為了響應(yīng)輸入變化，占空比應(yīng)該增大來(lái)保持輸出穩(wěn)定，因此鋸齒波的斜率降低就可以快速地提供一個(gè)更大的占空比，而不必等待輸出到補(bǔ)償器的變化。

然而，當(dāng)鋸齒波的斜率較小的時(shí)候，Vc與鋸齒波的相交點(diǎn)的變化范圍會(huì)擴(kuò)大，會(huì)造成更嚴(yán)重的下降沿抖動(dòng)。同樣地，我們可以分析COT控制模式下的邊沿抖動(dòng)的產(chǎn)生原因。當(dāng)vfb低于Vref的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)一個(gè)新的恒定時(shí)間Ton的脈沖，Vfb和Vref在拾取噪聲的情況下，使得相交點(diǎn)的范圍變大，從而造成了Toff的邊沿抖動(dòng)，也即使上升沿的邊沿抖動(dòng)。而上升沿的抖動(dòng)持續(xù)Ton時(shí)間后，又會(huì)引發(fā)后續(xù)脈沖序列的抖動(dòng)。這就是為什么圖11中參考脈沖之后，后續(xù)脈沖的抖動(dòng)顯得更大，而且上下邊沿都存在抖動(dòng)的原因。

一般情況下，電壓模式下的鋸齒波峰峰值在1V~3V之間，它的相對(duì)斜率會(huì)比較大，因而邊沿抖動(dòng)會(huì)小。vfb的紋波峰峰值會(huì)設(shè)計(jì)在15mV~25mV之間，因此無(wú)論時(shí)Ton還是Toff，其斜率都比較小，因而邊沿抖動(dòng)的現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

因此，COT模式下的jitter一般來(lái)說(shuō)都會(huì)比PWM模式下的要大。盡管ACOT模式避免了諸多因素對(duì)開(kāi)關(guān)頻率的影響，開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)的邊沿抖動(dòng)(jitter)會(huì)對(duì)EMI性能帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)上述的分析，為了改善COT模式下的jitter性能就是提高紋波的斜率，第一個(gè)方法就是增加ESR，使得vfb的紋波峰峰值增加，從而提高了紋波斜率，縮小了jitter抖動(dòng)范圍。另一種方法就是借鑒峰值電流模式的斜坡補(bǔ)償，我們知道峰值電流模式的斜坡補(bǔ)償變相的提高了峰值電流的上升斜率。

根據(jù)同樣的方法，我們?cè)O(shè)法在vfb上疊加和周期同步的一個(gè)斜坡信號(hào)，就可以改善COT模式下的jitter性能，當(dāng)然盡管有所改善，還是比不上PWM模式下的jitter性能。我們只需要把jitter控制在一定的范圍就好。

圖19 實(shí)際測(cè)試COT模式的jitter

   實(shí)際測(cè)試時(shí)，我們可以劃定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，選定一個(gè)參考上升沿，也即圖中trigger線，觀察第二個(gè)上升沿的jitter，保證其寬度不超過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的20%或者25%。當(dāng)然不同的公司設(shè)計(jì)要求也不近相同，只要保證滿足系統(tǒng)的EMI要求就好。