ACOT Buck的dc 精度问题及稳定性
上图是简单的COT buck,可以看到当VFB小于Vref时,产生Ton启动信号,此时上管打开,VFB电压往上升,直到Ton比较器输出高时,上管断开,打开下管,VFB开始下降。周而复始,COT buck 稳定工作。
由于输出功率级有两个极点和一个左半平面零点,其它零极点远离带宽,所以系统在较大的ESR下有较大的纹波,ESR满足一定条件,可以使系统稳定。需相关文献指出,ESR需满足下面条件,就可以保持系统稳定。
如果ESR比较小,最极端情况,ESR没有,那么就没有ESR纹波,只有cap的电容纹波,首先此纹波较小,另外这个纹波会滞后90度。所以没有纹波或纹波滞后,系统就不可能稳定。从频域上讲,ESR没有,相当于没有零点,两个共轭极点,贡献180度相移,系统也不稳定。
另外,上述简单的COT buck 存在一个问题,就是VFB的电压始终会大于VREF的电压,这样输出电压就会产生一个DC 偏差。
如上图所示,上图中添加了一个EA放大器来解决DC精度问题。EA放大器的输入两端为VREF和VFB.如果EA的增益无穷大,根据运放的虚短虚断原理,就可以使VREF=VFB,实现直流电压精度调整。
加入EA放大器后,会在系统中添加一个极点,且这个极点在buck的单位增益内,导致系统不稳定,所以在EA放大器处要加入补偿电路。幸运的是VFB通过EA到比较器,VFB直接到比较器,VFB有两条前馈通路,这两条通路大小相等,方向相反,形成一个左半平面零点,刚好可以抵消EA产生的极点。
如果观察仔细,还可以看到比较器输入还添加了Vramp信号。如果我们选择Resr较大的电容来保证稳定性,该技术最大的问题是稳态工作时,输出电压有较大的纹波,且负载跳变时,会不可避免的产生较大的过冲和下冲电压。所以我们选用Resr小的电容,但内部添加与Resr 等效的纹波信号添加到VFB中去。在一些文献中可以得到Vramp信号让系统稳定的要求是:
其中:mslope,r为斜坡信号的斜率;mesr,f为输出电压纹波的关断时间斜率。