COT控制模式的前世今生

恒定导通时间(COT)控制作为电源界的新宠，广泛应用于计算领域核心IC的供电。随着人工智能的发展，COT的应用必将更为广阔。

在介绍COT控制之前，我们首先来看下电源界之前常用的两种控制方式，电压控制和电流控制。

从图上可以看到，不论是电压还是电流控制，都要用到EA（误差放大器）。那我们就来看一下误差放大器长什么样子：

实际上就是带RC补偿网络的运放。

为了让电路工作稳定，通常我们需要合理设计其中的每一个参数(C1,R1,C2,R2,C3)，这是一件让工程师们非常抓狂的事情。

除了以上介绍的稳定性问题，还有瞬态响应问题。

如果输出电压发生变化，误差放大器的RC网络会把输出电压的变化延迟一段时间再反应到控制电路，这样会降低响应速度。而且，即使控制电路收到输出电压变化的反馈，也不会立马就响应，它需要按设定的时钟频率响应，这样加剧了瞬态响应变慢。

为了改善瞬态性能，可能又需要重新去设计误差放大器的参数(C1, R1, C2, R2, C3)。怎么平衡稳定性和瞬态响应，这又是一个困扰工程师的问题。

那么有没有一种控制方式，可以解决以上问题呢？

于是，我们把误差放大器换成比较器，这样不用做RC补偿，也没有RC延时。同时我们把时钟控制的PWM发生器换成电压控制的ON time发生器，这样也消除时钟的延时。

这个就是最基本的COT控制。它的基本原理就是FB电压低于参考电压Vref就产生一个恒定导通时间(COT)的脉冲来控制上管MOS的开通。

但细心的朋友可能会发现，如果输入电压不一样，每次都产生一个恒定时间脉冲的话，那开关频率岂不是会变化了？为了解决这个问题，COT控制会检测输入电压，实现输入电压变化时，开关频率恒定。同样，COT控制也会检测输出电压实现不同输出电压时开关频率恒定。

到这里才是一个常用的COT控制。

讲到这里，是不是觉得COT控制是工程师的福音呢?

我要给大家泼冷水了。上帝在给你开扇窗的同时，又给你关上了一道门。在使用COT控制的时候，如果输出全是瓷片电容(MLCC)，你可能还是会遇到不稳定的情况。

这个又是什么原因呢？

实际上COT控制需要FB电压存在一个和电感电流同相位的纹波，对于ESR比较大的高分子电容或者电解电容，这个同相位的纹波是存在的，稳定没有问题。但是对于瓷片电容，ESR太小了，没有办法保证FB上的纹波电压和电感电流同相位。所以就没办法保证稳定了。

为了解决这个问题，我们MPS的做法是在FB上加上如图所示的RC补偿电路，就可以产生一个和电感同相位的纹波。

这样就可以保证瓷片电容的情况下也稳定输出了。

MPS公司的NB638这颗芯片就是采用这种方式来稳定的。

有朋友又要问了，我用过你们的NB679，输出都是瓷片电容，也没有加RC补偿电路，怎么也是稳定的呢？那是因为NB679内部在FB电压上产生了一个额外的斜坡补偿。

好了，除了瓷片电容的稳定性问题外，用过COT的朋友们应该还会遇到另外一个问题，那就是输出电压调整率问题。

从COT的控制方式我们了解到，FB电压上纹波导致实际的输出电压是比由Vref设定的目标输出电容要高的，而且不同的纹波电压导致输出电压也不同，这样就有了调整率的问题。为了解决这个问题，COT控制也会引入一个速度很慢的EA， 这个EA的作用就是用来消除FB纹波引起的输出电压偏高问题，保证实际的输出电压和设定的电压一致。

另外，这个EA非常缓慢，所以并不会影响快速变化的瞬态响应。

COT控制由于快速的瞬态响应和简单的环路补偿，特别适合core power的供电。

随着工艺的发展，core处理的数据越来越多，导致所需要的电流也越来越大。相应的COT控制也逐渐经历单相控制到单相多路并联，再到多相多环路控制的发展历程。

MPS数字控制COT不仅能实现多相，多环路控制，而且可以支持相数自行配置，自动环路补偿等，极大的简化设计，提高产品设计效率，已经广泛用应于主流core芯片的供电。