针对COT控制模式下低ESR电容造成次谐波振荡问题的片内斜波补偿方案


COT模式:MOS管固定导通时间控制模式,关断时间由输出反馈电压与内部基准源的相较值决定。

RBCOT控制模式:Ripple-Based COT基于纹波的固定导通时间控制方法,特别的是环路控制部分主要有固定导通时间发生装置及比较器组成。RBCOT控制模式属于变频控制模式,上管关断时间由PWM比较器两输入端的相对值决定,当Vfb=vREF,上管进入下一个固定导通时间。

当电容的ESR较大时,COT控制模式有可能产生次谐波振荡,原因在于反馈点的电压纹波太小,上管可能在极短的关闭时间后又马上进入固定导通时间,从而引起输出电压振荡。

分析:
输出电压的纹波由输出电容纹波与电容ESR纹波组成,电容纹波与电感电流之间有90°的相位差,当上管关闭后,电容纹波不会单调减少;

ESR纹波与电感电流同相,上管关闭后随电感电流单调递减。

如需要RBCOT正常工作,需要使VOUT的纹波跟随电感电流变化,因此ESR纹波需要大于电容纹波。

当ESR电流纹波大于峰值电流情况下电容纹波,就不会在反馈环路中触发连续导通,从而避免次谐波振荡。

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区分电压模控制模式:
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电压模控制模式通过电阻采样网络获得输出电压变化情况,通过与内部同相输入的基准源进行差值放大,PWM比较器将EA放大器输出的Vc信号与振荡器OSC产生的斜波信号进行比较,将产生的PWM信号经SR锁存器输入驱动,控制上下管的开关。

电压模控制模式只有一条控制环路,适合高频工作条件,工作带宽高,但补偿环路复杂,需要添加较多元件,同时,控制速度较慢,输入电压及负载电流的变化需要先转化为输出电压的变化才能被控制环路进行相应。

现有电压模控制方法往往选择添加前置反馈环节,通过调整斜波发生器的斜波控制开关周期,以提高反应速度。


常见的片外补偿方法包括
①串联等效ESR方法
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②电容电阻法挺有意思的一种方案
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③DCR纹波增强法
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片内虚拟电感电流法
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基本思想是:对SW点进行频率采样,获得与电感电流同相的三角波,将交流分量添加到反馈电压上。
从而避免在功率级中调整元件,导致电路的动态响应和静态响应产生改变,另外,针对复杂应用场景,滤波电容Clpf和电阻Rlpf的取值会相对较大,可能会存在过补偿现象,导致系统的动态响应较差。
因此,还需要加入直流失调消除技术

使补偿纹波的直流量等于补偿纹波交流 量的一半,使得稳态下纹波的谷值为0。

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