COT控制模式简述-4

杨帅锅：因为个人能力，时间，研究方向有限，所以后续我会邀请一些技术大佬来发技术类文章，这样就可以更加丰富公众号的内容。

COT控制系列：

1，COT控制模式简述part1

2，COT控制模式简述part2

3，COT控制模式简述part3

边沿抖动是开关变换器的固有现象，并且它是一个相对的概念，现实中并不存在无边沿抖动的变换器。

在我们的认知中，以Buck为例，SW开关结点出现的带有占空比信息的PWM波形是占空比信号的功率放大，输出电感和输出电容作为一个低通滤波器，从而获得稳定的直流电压。控制环路和调制器决定了SW开关结点什么时刻开启，什么时刻关闭。当系统达到稳态的时候，SW应该是一个周期性的相同的脉冲序列。然而只有消除所有的噪声，才可能做到这一点，这显然是不存在的。

图9 理想的SW脉冲序列

因此稳态下的脉冲序列的Ton之间会有微小差别，Toff之间也会有微小差别，开关频率fs之间也会有微小差别，这个微小差别对稳定性的影响是很小的。实际上，在PWM模式下，Ton的边沿抖动是主要的关注点；COT模式下，Toff的边沿抖动是主要的关注点。有些为了改善EMI性能的PWM控制芯片加入了抖频功能，其开关频率是低频周期变化的，fs的边沿抖动是主要的关注点。

PWM控制模式下的边沿抖动：

测试时，上升沿触发，并打开余辉测量。SW波形只有下降沿在抖动，而上升沿则一直保持稳定，说明PWM控制器的内部时钟是稳定的，这就是PWM模式下的边沿抖动现象，也即是Ton边沿抖动。

COT控制模式下的边沿抖动：

测试时，上升沿触发，并打开余辉测量。SW波形在trigger线参考点之后的上升沿和下降沿都发生了抖动，而且第二、第三个脉冲波的抖动更加厉害。这是COT控制模式下的边沿抖动现象。

图12 电压模式框图

我们以电压模式为例，RS latch的S端是固定的时钟信号，它相对稳定，因此抖动来源不可能来自于此。R的输入来自于调制器的输出，Q即是PWM的脉冲序列，因此抖动来源于调制器的输入，而锯齿波信号也是固定的频率变化，但是它的斜率也会有一定的抖动。另外一个抖动来源即是补偿器的输出信号Vc。

Vc的幅值大小决定了下降沿，也决定了占空比的大小。当Vc上拾取了一定幅度的噪声，在加上锯齿波本身的斜率变化，Vc和锯齿波的相交点就会发生抖动，从而引起了PWM脉冲序列的下降沿抖动。在一些据有电压前馈特性的芯片中，锯齿波的斜率大小和输入电压成正比，根据 D = Vo/Vi；当输入电压降低时，为了响应输入变化，占空比应该增大来保持输出稳定，因此锯齿波的斜率降低就可以快速地提供一个更大的占空比，而不必等待输出到补偿器的变化。

然而，当锯齿波的斜率较小的时候，Vc与锯齿波的相交点的变化范围会扩大，会造成更严重的下降沿抖动。同样地，我们可以分析COT控制模式下的边沿抖动的产生原因。当vfb低于Vref的时候才会触发一个新的恒定时间Ton的脉冲，Vfb和Vref在拾取噪声的情况下，使得相交点的范围变大，从而造成了Toff的边沿抖动，也即使上升沿的边沿抖动。而上升沿的抖动持续Ton时间后，又会引发后续脉冲序列的抖动。这就是为什么图11中参考脉冲之后，后续脉冲的抖动显得更大，而且上下边沿都存在抖动的原因。

一般情况下，电压模式下的锯齿波峰峰值在1V~3V之间，它的相对斜率会比较大，因而边沿抖动会小。vfb的纹波峰峰值会设计在15mV~25mV之间，因此无论时Ton还是Toff，其斜率都比较小，因而边沿抖动的现象更加严重。

因此，COT模式下的jitter一般来说都会比PWM模式下的要大。尽管ACOT模式避免了诸多因素对开关频率的影响，开关结点的边沿抖动(jitter)会对EMI性能带来一定的风险。

通过上述的分析，为了改善COT模式下的jitter性能就是提高纹波的斜率，第一个方法就是增加ESR，使得vfb的纹波峰峰值增加，从而提高了纹波斜率，缩小了jitter抖动范围。另一种方法就是借鉴峰值电流模式的斜坡补偿，我们知道峰值电流模式的斜坡补偿变相的提高了峰值电流的上升斜率。

根据同样的方法，我们设法在vfb上叠加和周期同步的一个斜坡信号，就可以改善COT模式下的jitter性能，当然尽管有所改善，还是比不上PWM模式下的jitter性能。我们只需要把jitter控制在一定的范围就好。

图19 实际测试COT模式的jitter

   实际测试时，我们可以划定一个标准，选定一个参考上升沿，也即图中trigger线，观察第二个上升沿的jitter，保证其宽度不超过开关频率的20%或者25%。当然不同的公司设计要求也不近相同，只要保证满足系统的EMI要求就好。