1. COT电源概述1.1. 传统COT电源控制传统恒定导通时间控制直接对比反馈电压与基准电压以此触发导通脉冲。该机制生效的条件是反馈纹波与电感电流相位同步。一般通过电感两端的斜坡注入电路实现相位匹配若等效串联电阻纹波幅值不足则启用内部合成斜坡信号当反馈电压低于基准电压或误差信号时产生导通脉冲并送入栅极驱动电路。大幅瞬态工况下芯片以内部最小关断间隔连续输出导通脉冲快速恢复输出电压。1.2. 恒定导通时间拓扑COT电源恒定导通时间TON当反馈电压VFB低于基准VREF时高侧 MOSFET 固定导通一段预设时间由内部定时器 / 外部电阻设定。自适应关断时间TOFFTON结束后高侧关断、低侧同步导通电感电流下降直到VFB再次低于VREF启动下一个TON。无外部时钟依靠反馈自振荡负载瞬变时可立即触发额外脉冲响应速度远快于固定频率 PWM。自适应TONMPQ2176 优化TON与输入电压VIN成反比实现稳态近似固定频率2.2MHz兼顾瞬态与 EMI 性能。MPQ2176 COT电源关键特性控制架构电压模式 COT 内置补偿无需复杂外部补偿网络设计极简瞬态性能负载阶跃响应极快超调 / 下冲小所需输出电容更少环路稳定性相位裕度高、振铃少COT 天然抑制次谐波振荡稳定性强工作模式CCM连续导通模式稳态 2.2MHz 固定频率低纹波。AAM高级异步调制轻载时降频提升效率最小导通 / 关断时间TON_MIN60nsTOFF_MIN100ns支持低占空比场景1.3. COT电源和PWM电源对比特性COTMPQ2176固定频率 PWM瞬态响应极快无延迟触发较慢需等待时钟沿补偿复杂度极低内置补偿高需 Type II/III 补偿负载调整率优异良好开关频率稳态固定、瞬态可变严格固定适用场景高速负载瞬变如 SoC、CPU 内核对频率稳定要求高的场景2. COT电源稳定性分析2.1. 负载阶跃响应与相位裕度关联相位裕度越小瞬态响应欠阻尼程度越高相位裕度越大瞬态响应越趋近过阻尼状态简言之相位裕度越低变换器负载阶跃响应的振铃现象越明显反之则振铃越微弱。2.2. 相位裕度与品质因数的关联对于恒定导通时间变换器可施加高速负载瞬态信号观测输出电压时域波动便捷判定系统稳定性。Q为环路增益品质因数表征系统欠阻尼程度。该方式需实测负载瞬态下的带宽与调节时间可通过下述公式估算Q值。式中Ts为调节时间f0为变换器带宽Q代表品质因数。带宽与调节时间关系相位裕度和品质因数关系品质因数数值越高系统欠阻尼特性越显著相位裕度越小数值越低系统越趋近过阻尼状态相位裕度越大。当Q1.2时相位裕度大于 45°3. COT电源稳定性案例分析以MPQ1. COT电源动态响应测试测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), Room temperature测试结果Vout_pp 90.67mVVout_overshoot 51.1mVVout_undershoot -39.5mV2.COT电源动态响应测试--负载阶跃负载电流突增测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), Room temperature测试结果输出下冲幅度主要取决于变换器响应速度。负载阶跃变化时芯片以内部最小关断时长连续输出导通脉冲快速拉回输出电压。3.COT电源动态响应测试--负载释放负载电流突降测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), Room temperature测试结果1. 负载骤降时器件会短暂停止开关动作输出超调量主要由负载阶跃幅值、电感参数与输出电容决定。 此时误差放大器脱离常规稳压区间系统处于开环状态。电感电流下降速率慢于负载电流进而对输出电容充电。2. 误差放大器恢复工作存在延时导致导通脉冲下发滞后继而引发输出下冲。 因此负载释放阶段出现的振铃现象并非完全由系统稳定性决定。该类效应不能判定为系统失稳同时超调量也无法作为相位裕度的评判依据。4. 电源稳定性评估动态响应和相位裕度测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), Room temperature测试结果1. 下冲波形未出现明显振铃现象2. 该特性趋近临界阻尼响应状态3. 系统相位裕度大于 45°5. 电源稳定性评估品质因数和相位裕度测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), Room temperature测试结果1. 环路带宽f0240kHz2. 调节时间Ts5.581μs3. 品质因数Q1.03 Q取值为 1 时对应相位裕度 52°6. 电源动态响应低温测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), -40C测试结果Vout_pp 76.13mV Vout_overshoot 47.6mV Vout_undershoot -30mV。7.电源稳定性评估低温动态响应和相位裕度测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), -40C测试结果1. 下冲波形未出现明显振铃现象2. 该特性趋近临界阻尼响应状态3. 系统相位裕度大于 45°8. 电源稳定性评估低温品质因数和相位裕度测试条件Vin5V, Vout 0.5V, L 220nH, Cff 470pF, Iload-step 0.6A – 5.6A 6A/us, Cout 4x22uF 330uF (E-cap), -40C测试结果1. 环路带宽f0276kHz2. 调节时间Ts6.0μs3. 品质因数Q1.2 Q取值为 1.2时对应相位裕度 45°~50°根据测试结果恒定导通时间控制属于非线性控制伯德图无法精准反映环路实际稳定性。实际稳定性测试中建议结合伯德图与高速负载瞬态时域测试综合判定也可依据负载阶跃响应的振铃波形以及品质因数与相位裕度的对应关系估算相位裕度与系统稳定性。2. 按照参考电路及输出电容配置开展测试常温环境下相位裕度为 52°低温环境下相位裕度约 45°零下 40 摄氏度为稳定性极限测试工况此时输出电容有效容量衰减约 15%结合常温、低温负载瞬态测试结果采用 4 颗 22 微法电容搭配 330 微法电解电容的输出配置时MPQ2176 可保证相位裕度最低约 45°。
