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生子当如李亚子,Buck COT模式简介

2025年12月28日

晋王(李存勖)命周德威、李嗣源分兵为二道,填堑烧寨,鼓噪而入。梁兵大溃,南走。帝(朱温)闻夹寨不守,大惊,既而叹曰:“生子当如李亚子(即李存勖),克用(李存勖父亲)为不亡矣,至如吾儿,豚犬耳!”   -  《资治通鉴》

李克用据河东与朱温争天下,溃败而死,弥留之际,他将三支箭赠予儿子李存勖,并留下遗言:一矢讨刘仁恭(幽州军阀),一矢击契丹,一矢灭朱温,随后长叹道:“汝能成吾志,死无憾矣!”随后李克用不治而死。

李存勖接过父亲的权力,作为河东之主,他虽年轻,却显示出不同于他父亲的果敢和决断。在潞州之围,他率军疾驰南下,趁雾突袭梁军营寨,梁军溃败。此战成为梁晋争霸的关键转折点,战报传到后梁都城开封,连朱温都惊叹并感慨道:“生子当如李存勖,李氏不亡矣!我家的儿子不过都是猪狗而已。”

上一篇文章中介绍了古老的滞环控制模式,链接如下:

滞环控制,开关电源古老的控制方案简介 -

滞环控制在当前电源IC中应用的不多,但他的儿子-COT模式,却像李存勖一样有出息,在手机电源中威风赫赫、大杀四方。手机的平台电源可以说快被COT模式承包了,如下图,我们在读datasheet时亦能看到。随着人工智能的普及,COT的应用还将更加广泛。

而在讨论COT控制模式之前,我们需要先了解一下另外两种控制方法:电压控制和电流控制,并说下他们为何没能在大潮中分一杯羹。

电压控制和电流控制

如下图,列举了两种控制模式的框图,总结其特点如下:

  • 电压模式控制(Voltage Mode):通过误差放大器比较输出电压与参考电压,其输出与固定频率锯齿波进行比较,生成PWM波,频率固定,占空比可变。
  • 电流模式控制(Current Mode):在电压环的基础上,增加了一个电流的瞬时反馈,像配了个监工。当电流达到一个由电压环输出的阈值后即关断,频率固定,稳定性好一些。

但不管是电压控制还是电流控制模式,必不可少会用到误差放大器(EA),下图显示了三种误差放大器的原理图示例。可见不管是哪一类,都有阻容补偿环节。

为了使电源稳定,每个R、C参数都必须仔细设计,整个过程较为繁琐。除了过程繁琐,还有反应慢的问题,误差放大器的RC网络有延迟效应,使输出电压的变化没法立刻传递过来。

其次,控制器要根据设定的时钟而响应,时钟没到时,就要等时钟,这又加剧了延迟。

总体来说,延迟很严重,这将拖慢瞬态响应。

COT模式与上述两者有本质区别,他仿佛在蛐蛐上述两位:“等什么等?去干啊!”

COT控制

为了解决电压控制模式和电流控制模式延迟厉害、瞬态响应慢的问题,返璞归真,用比较器替换误差放大器。这样就消除了RC补偿网络存在的必要;此外,使用固定高电平时间的时钟发生器替代常规的PWM时钟发生器,就消除了时钟延迟。

这种解决方案即为恒定导通时间(COT)控制。好比把公司中的“层层上报制”改成“一线员工直报”,直达天听,让身临一线的人呼唤炮火、拥有炮火,把架构扁平化,干掉哪些各种装逼的中层。

上图为COT控制最基础的示例(图片素材来自MPS官网),其过程为:

  • 当VFB低于参考电压VREF时,比较器动作,驱动定时器产生一个Ton固定的脉冲来控制上管的开启。
  • 那什么时候关断上管呢?在Ton结束后就关闭上管,Buck随后进行续流,此时输出电压随之下降。当输出电压再次下降到那个阈值时,下一个周期立刻开始,由此周而复始,如下图所示(图片素材来自MPS官网)。

如下图(取自MPS官网),整个过程可以说没有延迟,环路的响应速度很快,适合负载瞬变的场景。

但这个基础的COT模式有一个严苛要求,即输出电容必须有足够大ESR。因为它是依靠检测输出电压的纹波来触发Ton的。而纹波是由电感电流流过电容ESR而生成,如果使用低ESR的MLCC,纹波过小的话,可能无法触发Ton,系统便不稳定。

现代COT通过 “纹波注入(Ripple Injection)” 技术解决这个问题。即产生一个与开关节点(SW)同步的模拟纹波信号,叠加到反馈电压上。这样,即使MLCC的ESR很低,反馈端也能看到一个可用于触发的纹波信号。这是目前最主流的方式,示意图如下图(图片取自MPS官网)。

此外,业界还发展出了ACOT(Advanced COT) 等高级形式,它在内部集成了误差放大器,使稳态工作点更精确,并能实现固定开关频率,兼具了快速响应和固定频率的优点。

COT的优点

COT的优点总结如下:

  • 极快的瞬态响应,这是其最大的优点,芯片几乎在纳秒级就会响应输出跌落,并开启一个新的 Ton,立即提供能量,响应速度仅受限于比较器和驱动器的延迟。
  • 无需环路补偿设计,COT 模式本质是一个迟滞比较器系统,只要满足基本条件就是稳定的,大大简化了设计。
  • 轻载时自动降低开关频率,显著降低了开关损耗。
  • 外围元件少,设计简单。
标签: COT控制 电压模式 电流控制 瞬态响应 纹波注入
最后更新:2026年1月5日


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夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

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