降压变压器恒导通时间控制拓扑原理

本技术文档介绍了常开时间（Constant-On-Time, COT）控制拓扑结构的降压转换器。降压拓扑结构的DCDC调节器在通用电子产品的降压电源管理设计中广泛应用。近年来，许多硅芯片制造商相继推出了采用常开时间（COT）控制模式的降压转换器。

COT模式采用双闭环控制系统。反馈包含两个回路：电压外环和电流内环，如图1所示。电压外环由误差放大器、反馈电阻分压器和反馈补偿网络组成。误差放大器的输出连接到电流比较器的非反相端。

电流环检测续流侧的电流，电流放大信号连接到电流比较器的反相端。

1.1 COT模式的工作原理：

1. 当初始状态为高边功率开关打开时，电感被磁化，电流线性上升。高边开关保持固定周期（由内部定时器设置）。
2. 当高边开关关闭时，低边开关打开，电感开始去磁化，电感电流线性下降。同样，低边开关的电流也随时间线性下降。电流检测电阻是低边开关的导通电阻，因此电流检测信号的电压也线性下降。此时由于Vc低于Vs，电流比较器输出为低电平。高边开关保持关闭，而低边开关保持打开。
3. 当电流检测电阻的电压信号继续下降直至Vc等于Vs时，电流比较器的输出从低电平反转为高电平。逻辑控制电路工作，低边续流开关关闭，同时高边功率开关打开，并向定时器发送触发信号以启动定时器。高边开关打开后，电感开始被磁化，电流线性上升。整个过程进入下一个循环，如此反复。如图2所示。

1.2 调节器的工作原理如下：

1. 当输出负载增加且输出电压下降时，Vc增加。线性下降的电感电流会在更高值处等于Vc，导致电流比较器反转。因此，续流开关保持打开的时间变短，高端开关保持相同时间打开，这意味着切换周期缩短，切换频率增加，输入功率增加。然后输出电压增加。当输出电压增加到在调节范围内时，系统达到平衡。
2. 当输出负载减少且输出电压增加时，Vc减少。线性下降的电感电流只能在较低值处等于Vc，导致电流比较器反转。因此，续流开关保持打开的时间更长，高端开关保持相同时间打开，这意味着切换周期延长，切换频率降低，输入功率减少。然后输出电压减少。当输出电压减少到在调节范围内时，系统达到平衡。

在COT模式中，可以使用低边开关的导通电阻作为电流检测电阻，或者在开关源极串联一个电流检测电阻。使用低边开关的导通电阻作为电流检测电阻可以提高系统的效率并消除额外昂贵的电流检测电阻的需求，但精度相对较低。

当在可变频率模式下操作时，高边MOSFET的导通时间保持不变，即使输入和输出电压发生变化。这导致系统在广泛的频率范围内运行，不利于优化电感。通常需要控制器内部的前馈电路，使高边MOSFET的导通时间与输入电压成反比，与输出电压成正比。因此，当输入电压变化和负载变化时，转换器大致在固定频率模式下工作。