由于沒有能通過電話溝通的方式幫助客戶找到問題并解決之，到現(xiàn)場查看就成了必要的選擇，但這只能是在我回到深圳以后才能進(jìn)行的了。

     在出發(fā)之前，我從公司的內(nèi)部網(wǎng)上下載了RT8070的規(guī)格書，稍加察看，再和客戶發(fā)給我的原理圖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)客戶的設(shè)計(jì)和規(guī)格書上提供的信息有很大差異的一個地方：補(bǔ)償電容的值不一樣。

     規(guī)格書提供的原理圖和其中主要元件在不同應(yīng)用條件下的參數(shù)如下圖及其表格所示：

     從中可以看到，當(dāng)輸出電壓為1.2V和1.5V時，建議的RCOMP/CCOMP組合分別是11kW/560pF和13kW/560pF，但客戶的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)卻是12.7kW/0.22mF，而且不同電壓輸出時所采用的值還是相同的。由于規(guī)格書中給出來的參數(shù)通常是這個器件在普通應(yīng)用情況下最佳的選擇，所以由此已經(jīng)可以基本斷定客戶的所遇到的電壓下沖問題是由于補(bǔ)償不合適造成的了，但仍不足以解釋波形圖中所看到的所有現(xiàn)象，我指的是其中那個下墜的平臺部分仍然沒有找到原因所在。

     由于到客戶那里大約需要一個小時，所以一上車我就打電話給客戶，請他首先將參數(shù)修改到規(guī)格書中所推薦的值，然后再測量效果并告訴我結(jié)果。當(dāng)終于和客戶見面的時候，客戶已經(jīng)修改了其中的一組元件，但測量的工作還沒有進(jìn)行，所以我的工作就首先從檢查PCB設(shè)計(jì)開始，檢查當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了一些問題，然后花了很多的時間去談DC/DC的工作原理，并把這些原理引向具體的設(shè)計(jì)：元件要怎么選擇，PCB要如何布局，銅箔要如何布置等等。這些交流都是屬于根據(jù)臨場情況進(jìn)行的發(fā)揮，我們就不去說那些部分了，最后還是要回到我們今天所面對的最重要的問題：消除電壓過沖太多的問題。

     通過前面的檢查，我們雖然發(fā)現(xiàn)了PCB設(shè)計(jì)上存在的諸多缺陷，尤其是總體布局的不恰當(dāng)可能造成不同通道之間的相互干擾問題，但仍不妨礙我們繼續(xù)進(jìn)行前面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的問題的改進(jìn)處理。

在我到達(dá)以前，客戶已經(jīng)對一塊板子進(jìn)行了元件修改，但由于該板子并沒有搭建起完整的系統(tǒng)，所以我請他另外找來一個完整的系統(tǒng)，以便先看看實(shí)際的表現(xiàn)。

     這是一個采用Freescale的4核ARM芯片構(gòu)成的多媒體系統(tǒng)，他們發(fā)現(xiàn)在單核工作與4核工作之間進(jìn)行切換時，系統(tǒng)很容易死機(jī)，請F(tuán)reescale的工程師幫助檢查時，他們發(fā)現(xiàn)電源系統(tǒng)的紋波比較大，最大幅度高過200mV，而實(shí)際的系統(tǒng)需要紋波低于100mV，這是口頭提供的信息。我們將系統(tǒng)連接起來進(jìn)入實(shí)際的工作狀態(tài)，并用遙控器控制機(jī)器使之在單核工作和4核工作之間進(jìn)行切換，同時用示波器的交流耦合模式在DC/DC的輸出電容上進(jìn)行測試，果然看到4核工作時紋波較大，單核工作時紋波較小，在切換時則可以看到比較明顯的電壓下沖或上沖現(xiàn)象，但是沒有看到早先客戶發(fā)給我的波形圖中所看到的下墜的平臺現(xiàn)象。

     我在這里提到了兩個概念：紋波和電壓上沖或下沖。他們之間到底有什么區(qū)別呢？

l關(guān)于紋波

有圖有真相，我們先上波形

這是從RT8070的規(guī)格書中截取下來的一幅圖形，VLX對應(yīng)的是內(nèi)部開關(guān)和電感連接點(diǎn)的電壓波形，其高電平部分的電壓等于輸入電壓，低電平的部分對應(yīng)著比地電位還要低一點(diǎn)的電位。由于電感的另一側(cè)是輸出端，那里的電壓由輸出電容維持著，雖然有所波動（波動情況由圖中的VOUT曲線表達(dá)，這是交流耦合的信號），但總體上是不變的，所以我們就由電感電流的計(jì)算公式  知道電感電流在高電平期間是線性增加的、低電平期間是線性降低的。當(dāng)電感電流低于負(fù)載電流時，負(fù)載電流由電感電流和來自電容的電流共同提供，這時候輸出電容上的電壓就處于下降階段；當(dāng)電感電流大于負(fù)載電流時，多出的那部分電流就流進(jìn)電容，電容上的電壓就會上升。這兩種狀態(tài)所形成的電壓上升和下降就形成了輸出端的電壓紋波。

在穩(wěn)定情況下，電感電流的平均值總是等于負(fù)載電流的，但電感電流總是以三角波的形式存在，其峰峰值的大小決定于工作頻率、電感量、輸入電壓和輸出電壓等幾個參數(shù)，很顯然，在一個具體的應(yīng)用環(huán)境中，這里面能夠變化的參數(shù)只有電感量。電感量越大，電感充放電的過程就越平滑，在輸出電容中形成的電壓變化也就越小，紋波幅度也就越小。電容的電壓是由流進(jìn)、流出電容的電流累積起來的電荷形成的，其計(jì)算公式為  ，很顯然，電容越大則同樣的流進(jìn)、流出的電流所形成的電壓變化就越小，即紋波越小。

l 關(guān)于電壓上沖或下沖

在我們前面所面臨的情況下，電壓的上沖或下沖其實(shí)是由負(fù)載的突然變化過程形成的。同樣的，我們從RT8070的規(guī)格書中截取下列圖形以顯示實(shí)相：

上圖中的IOUT是指的輸出電流，也就是負(fù)載電流，它在1A和4A之間跳變，每當(dāng)這一事件發(fā)生時，都可以從輸出電壓上看到一個下沖或是上沖然后再恢復(fù)的過程，而當(dāng)它穩(wěn)定的時候，我們都可以看到輸出電壓是穩(wěn)定不變的。

我們在前面談紋波時已經(jīng)知道電感電流的平均值和負(fù)載電流總是相等的，輸出電壓依靠輸出電容里存儲的電荷維持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載電流突然變化時，我們以電流增大為例來說明，由于來自電感的電流是處于穩(wěn)定的狀態(tài)，它不能突然增加去滿足負(fù)載的需要，這時候電容里存儲的電荷就會傾巢而出形成電流去滿足負(fù)載的需要，這就必然使得輸出電壓出現(xiàn)下墜，也就是前面說的電壓下沖。而DC/DC的任務(wù)是要為負(fù)載提供一個穩(wěn)定的電壓，所以它被設(shè)計(jì)成一個負(fù)反饋系統(tǒng)，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)輸出電壓低于額定電壓時，它就會主動調(diào)整去增加電流供應(yīng)以滿足穩(wěn)定電壓的需要。

由于電流突然變化的過程通常來說都是很短暫的，DC/DC本身會快速地響應(yīng)以消除這一變化所帶來的影響，所以有一個瞬態(tài)的概念被用來表述這一現(xiàn)象，對這一過程的響應(yīng)則被稱為瞬態(tài)響應(yīng)。我們可以從兩個角度來看它，一個是深度，一個是速度，深度表現(xiàn)了電壓過沖的幅度，速度則是看它用多長的時間被糾正回穩(wěn)定的狀態(tài)。

下面我們來看看瞬態(tài)過程是如何進(jìn)行的。

首先看看buck的簡化電路圖：

當(dāng)負(fù)載電流增加造成輸出電壓低于設(shè)定值時，反饋信號和參考電壓的差經(jīng)誤差放大器EA放大以后的誤差電壓VEA增大，該信號和三角波電壓VRAMP經(jīng)比較后得到的信號d的占空比增加，MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時間增加，這將導(dǎo)致電感充電時間增加、放電時間減少，因而電感電流會增加以彌補(bǔ)輸出電壓降低的損失。當(dāng)增加的電流滿足了負(fù)載的需求以后，輸出電壓逐漸恢復(fù)到aa正常水平，則反饋電壓和參考電壓的差值也會逐漸降低，這又會導(dǎo)致占空比降低。這樣的過程反復(fù)進(jìn)行，輸出電壓總會穩(wěn)定到預(yù)期的水平上。

由于負(fù)載的變化可能是很隨機(jī)的，如果每一個變化都在回路的響應(yīng)中引起一個變化過程，這個系統(tǒng)就可能變得動蕩不安。為了解決這個問題，人們就發(fā)展出了一堆的控制理論，而在buck的實(shí)踐中就加入了一些微分環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。微分環(huán)節(jié)的作用是讓輸出的變化快速的在反饋系統(tǒng)中被感知到，以便盡早作出應(yīng)對措施，圖中CFF所起的作用就是如此；積分環(huán)節(jié)則是起到穩(wěn)定器的作用，讓回路對于變化的環(huán)境不至于太敏感，圖中RCOMP和CCOMP就起到這種作用。這種環(huán)節(jié)所起的作用都被稱為補(bǔ)償，而這些電路也就被稱為補(bǔ)償電路了。

我們在前面的原理圖中看到的RT8070的COMP端外接的RC串聯(lián)電路就是相當(dāng)于積分環(huán)節(jié)的補(bǔ)償電路，客戶在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用的補(bǔ)償電容0.22mF比規(guī)格書建議的560pF大了很多倍，也就意味著它已經(jīng)成了一個超級穩(wěn)定的系統(tǒng)，它對負(fù)載的變化是極其不敏感的，所以，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)核由單核工作轉(zhuǎn)換到4核工作時，由于負(fù)載電流的大大增加了，供電環(huán)節(jié)卻沒有緊緊跟上，這就造成了電壓的過度下墜，甚至到了長期不能恢復(fù)的狀態(tài)。明白了這一原因，將補(bǔ)償電容調(diào)整到建議值，再根據(jù)具體的表現(xiàn)予以微調(diào)，系統(tǒng)就被調(diào)整到合理的狀態(tài)了，這時候并不是不再存在由于負(fù)載的變化而形成的電壓下墜，而是將下墜的程度和恢復(fù)的時間調(diào)整到了一個可以接受的程度，這次服務(wù)也就得到了一個比較完滿的結(jié)果。

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五、 解決瞬態(tài)響應(yīng)問題的其它辦法

我們在此案例中看到的器件是采用電流模式的器件，采用的是一種已經(jīng)非常成熟了的控制架構(gòu)，它具有很多特別的優(yōu)勢，例如工作頻率恒定、可以與外部時鐘同步工作以避免不恰當(dāng)?shù)念l率串?dāng)_（這個功能不是每一個器件都具備），但也不得不使用補(bǔ)償電路，這些補(bǔ)償電路有的是IC內(nèi)置的，有的是外置的，無論如何，總得要有才行。將補(bǔ)償電路內(nèi)置，好處是用起來簡單，但不一定能滿足所有應(yīng)用的需要；補(bǔ)償電路外置時，電路就會復(fù)雜些，但帶來很多好處，因?yàn)椴煌呢?fù)載特性要求不同的響應(yīng)特性，面對不同的PCB布局狀況和不同的外圍元件時也需要不同的補(bǔ)償來彌補(bǔ)某些不足。

能不能免除那么多的麻煩來完成我們需要的電壓轉(zhuǎn)換功能呢？有，COT架構(gòu)是一個可選項(xiàng)，有了這種架構(gòu)以后，我們在上面所述的客述問題可能就不會出現(xiàn)了，因?yàn)樗揪筒恍枰鲅a(bǔ)償調(diào)整，它是自動完成這一過程的。COT是“Constant On Time”的縮寫形式，意為固定導(dǎo)通時間，下圖是它的電路架構(gòu)框圖，圖中和C-out串聯(lián)的電阻是C-out本身的等效串聯(lián)電阻，不是故意加上去的另外一個電阻喔，畫出它來是反映了這種架構(gòu)對這個電阻的依賴，這也正好是這種架構(gòu)的問題之一，后面引出的ACOTTM架構(gòu)可以解決這一問題。

COT架構(gòu)的核心是其中的單穩(wěn)態(tài)電路，即圖中的“One-Shot & blanking”部分，它的輸出總是一個固定時間的脈沖并緊接著一個非脈沖期間，觸發(fā)這個脈沖輸出的是比較器“Comparator”，這個比較器只要發(fā)現(xiàn)FB電壓低于參考電壓V-ref，觸發(fā)就會發(fā)生，但不會造成上橋持續(xù)導(dǎo)通的狀況，因?yàn)槊總€脈沖后面都跟隨著一個非脈沖期間，這個時間對于n型MOSFET的上橋是必須的，只是這個時間可以非常短，而這也保證了下一個脈沖可以很快地來到，只要V-FB是低于V-ref的，新的脈沖就可以持續(xù)發(fā)生。由于持續(xù)發(fā)生脈沖的過程就是對輸出電壓低于設(shè)定電壓的響應(yīng)過程，所以我們可以知道COT具有極快的瞬態(tài)相應(yīng)過程，通常這個時間在百納秒量級。

可是這種COT架構(gòu)也是有缺陷的，上面已經(jīng)提到的對輸出電容的ESR的依賴是個問題，另外還有工作頻率變化問題。對ESR的依賴帶來的是現(xiàn)在廣泛使用的MLCC不能和它在一起實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作，頻率變化問題則是某些應(yīng)用中很忌諱的，這種狀況很可能帶來難以解決的干擾。針對這些缺陷，Richtek的工程師們提出了一種改進(jìn)型的COT架構(gòu)，簡稱為ACOTTM，并且還針對ACOTTM申請了注冊商標(biāo)進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，又利用這種架構(gòu)開發(fā)了一大批器件去滿足應(yīng)用的需求，它們既有外掛MOSFET的控制器，也有內(nèi)置MOSFET的轉(zhuǎn)換器，還有各種不同的功能滿足不同應(yīng)用的需要。

你是否想馬上知道ACOTTM有什么好？下面的這段翻譯自一款A(yù)COTTM器件的規(guī)格書中的文字可以幫助到你，其它的我就不多說了，不過比較較真的讀者沒有必要去找到原文來對照進(jìn)行閱讀，因?yàn)槲业姆g總是有些夸張的，為了達(dá)到我自認(rèn)為合適的信、達(dá)、雅的效果，常常會有自己的發(fā)揮，有些內(nèi)容和原文是不一致的。

COT

任何COT架構(gòu)的核心都是一個固定導(dǎo)通時間的單穩(wěn)態(tài)單元。在這里，所謂的固定導(dǎo)通時間其實(shí)是一個由反饋電壓比較器所觸發(fā)的預(yù)先定義好的“固定”時間。這種具有很高魯棒性的安排具有很高的噪聲消除能力，是低占空比應(yīng)用的理想選擇。在每一個固定時間導(dǎo)通狀態(tài)之后，總是接著一個最小關(guān)斷時間緊隨其后，在這段時間里，電壓調(diào)節(jié)器不用去做出任何的調(diào)整決定。這種做法的好處是避免了開關(guān)噪聲的影響，因?yàn)槊恳淮伍_關(guān)動作之后的一段時間里總是跟隨著嚴(yán)重的開關(guān)噪聲。因?yàn)闆]有固定的時鐘對操作進(jìn)行同步控制，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時，轉(zhuǎn)換電路中的上橋開關(guān)幾乎可以立即打開讓電感電流迅速增加以滿足負(fù)載上突然出現(xiàn)的需要。

傳統(tǒng)的電流模式或電壓模式的控制架構(gòu)必須監(jiān)控反饋電壓、電流信號（同時用于電流限制）以及內(nèi)部的脈動信號和補(bǔ)償信號來決定何時關(guān)閉上橋開關(guān)、打開同步續(xù)流開關(guān)。在進(jìn)行大電流切換的情形下，開關(guān)動作之后的噪聲是巨大的，要在這種噪聲中準(zhǔn)確地獲取那么多信號并做出正確的決策是一件非常艱難的事情，這在低占空比應(yīng)用和板子設(shè)計(jì)不太理想的情況下就變得尤為嚴(yán)峻。

由于不需要在噪聲嚴(yán)重的時間段做出開關(guān)切換動作的決策，COT架構(gòu)就成了低占空比應(yīng)用和高噪聲應(yīng)用中的首選。然而，傳統(tǒng)的COT控制架構(gòu)仍然因?yàn)槠鋬?nèi)在的某些缺點(diǎn)而不能滿足某些應(yīng)用的需要。例如，很多應(yīng)用需要使開關(guān)電源工作在某些特定的頻率范圍內(nèi)以避免和其它敏感電路發(fā)生相互干擾，而在純正的COT控制架構(gòu)中，由于導(dǎo)通時間是固定的，所以它的開關(guān)工作頻率就是變化的。在降壓型開關(guān)轉(zhuǎn)換器中，占空比是與輸出電壓成正比、與輸入電壓成反比的，因此，當(dāng)導(dǎo)通時間固定時，關(guān)斷時間（緊接著是頻率）就必然是變化的，這樣才能適應(yīng)輸入電壓和輸出電壓的變化。

現(xiàn)代的偽固定頻率COT架構(gòu)通過讓單穩(wěn)態(tài)電路的導(dǎo)通時間正比于輸出電壓、反比于輸入電壓，大大提升了COT的性能。在這種方法中，導(dǎo)通時間被選擇在和一個理想的固定頻率PWM電路處理類似的輸入、輸出電壓條件下的導(dǎo)通時間相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)下，這樣的結(jié)果是性能被大大地改善了，但開關(guān)工作頻率仍然會隨著輸入電壓和負(fù)載的變化而變化，因?yàn)閬碜蚤_關(guān)、電感和其他寄生效應(yīng)的損耗依然在發(fā)生影響。

多數(shù)COT架構(gòu)的另外一個問題是他們需要依賴輸出電容的較大的ESR來工作，這在遇到使用體積小、成本低但ESR很低的陶瓷電容的時候就不再好用了。這些架構(gòu)需要利用電感電流流過輸出電容的ESR時形成的交流電流信息來運(yùn)作，這有點(diǎn)像是電流模式的控制系統(tǒng)所做的那樣，但陶瓷電容能夠提供的電流信息太微弱了，很難讓控制回路能夠穩(wěn)定運(yùn)作，這就像電流模式的控制系統(tǒng)看不到電流信息一樣，它失去了路標(biāo)，雖然清楚自己要去哪里，但卻不知道如何邁步。

ACOTTM 控制架構(gòu)

有很多原因可以導(dǎo)致即便將導(dǎo)通時間正比于輸出電壓、反比于輸入電壓也不能得到好的固定頻率表現(xiàn)的結(jié)果。首先，電流流過MOSFET開關(guān)和電感形成的電壓降會使得實(shí)際的輸入電壓低于測量出來的輸入電壓、實(shí)際的輸出電壓高于測量出來的輸出電壓。當(dāng)負(fù)載變化時，負(fù)載電流導(dǎo)致的開關(guān)上的電壓降會導(dǎo)致開關(guān)頻率的變化。其次，在輕載情況下，假如電感電流出現(xiàn)負(fù)值、同步續(xù)流開關(guān)關(guān)閉和上橋開關(guān)導(dǎo)通以容許輸入電壓出現(xiàn)在開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的死區(qū)時間延長，都會使得有效的導(dǎo)通時間增加并導(dǎo)致開關(guān)頻率出現(xiàn)明顯的下降。

一種降低這些效應(yīng)的方法是測量實(shí)際的開關(guān)工作頻率并和預(yù)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其好處是無需測量實(shí)際的輸出電壓，因而省去了一個用于測量輸出電壓的引線端子。ACOTTM正是采用這種測量實(shí)際的開關(guān)頻率并在反饋回路中調(diào)整導(dǎo)通時間的方法來將平均開關(guān)工作頻率保持在一個預(yù)定的范圍之內(nèi)。

為了能和低ESR的陶瓷電容配合起來穩(wěn)定工作，ACOTTM 在IC內(nèi)部使用了一個虛擬的電感電流脈動信號，它代替了通常使用的借助輸出電容的ESR生成的電感電流信號，這個信號和其他內(nèi)部補(bǔ)償舉措相結(jié)合優(yōu)化了和低ESR陶瓷電容配合工作時的表現(xiàn)，達(dá)成了穩(wěn)定工作的目的。

ACOTTM單穩(wěn)態(tài)電路的運(yùn)作

ACOTTM的控制邏輯是非常簡單易懂的，反饋電壓和虛擬電感電流脈動信號相加以后與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)前者的幅度低于后者時，一次單穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通過程即被觸發(fā)（觸發(fā)信號在經(jīng)過一個與最短截止時間相等的時間以后即被自動復(fù)位），上橋開關(guān)打開，輸入電壓進(jìn)入開關(guān)節(jié)點(diǎn)加到電感上，電感電流即線性增加；經(jīng)過預(yù)設(shè)的固定導(dǎo)通時間以后，上橋關(guān)閉，續(xù)流開關(guān)打開，電感電流從最高點(diǎn)開始線性降低，與此同時，一個最短截止時間單穩(wěn)態(tài)過程被觸發(fā)以防止另一次導(dǎo)通過程在開關(guān)噪聲持續(xù)期間立即發(fā)生，并使反饋電壓和電流感應(yīng)信號可以被正確地獲取。最短截止時間被保持在極短的狀態(tài)，其典型值為230ns，這樣可以保證另一次導(dǎo)通過程可以在需要時被及時啟動，以便滿足負(fù)載的需要。

寫的好認(rèn)真的帖子，頂起~~~

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因?yàn)楣ぷ鞯木壒剩荒芙?jīng)常來論壇報(bào)到，這是我需要注意改變的地方，但仔細(xì)反省起來，主要的原因還是沒有這個習(xí)慣，以后我會注意培養(yǎng)這一習(xí)慣，來這里和大家多多交流，還請大家多多關(guān)照。

如果大家有相關(guān)的問題，歡迎提出來交流，我一定盡力而為。