关于ACOT控制架构的介绍和研究

死亡是一种什么样的体验？我不知道。我有一个同学似乎经历过，但她又活过来了，而且成为了一个与众不同的人。经历死亡时的她在医院里，躺在病床上，一堆的医生和护士围着她忙碌，而她却离开了自己的身体，在空中俯瞰着所有人的行为，也包括她自己的躯体。

在我读过的关于濒死体验的报告中，有的人会在那个过程中回顾自己一生的所有事情，它们就像电影一样闪现，没有一点失真，也没有什么能被遗漏的。我不知道这种回顾为什么会发生，到底有什么意义，但我把它看成是像“最后的审判”一样的东西，那将决定我们未来的去处，而到底走向哪里，这决定于我们曾经做过什么，以及我们是如何想的。

人的一生需要总结，其实一个阶段也是需要的，有的人就在这个过程中悟道了。讲究致良知、知行合一的王阳明就是在经历了一番苦难之后在贵州的农场里悟道的，他此后的人生就是去实践和发扬他的理论了。

公司被称为法人，它的一切和一个人其实很类似，除了通过不断的劳作让自己能生存下去，它也需要不断地总结自己、修正自己，一切都是为了让未来能够走得更好。

每年的一月份，立锜都会有一次表彰活动，把荣誉、奖金和奖牌颁发给一些在过去的一年里做出了突出贡献的个人和团队，把他们树立为楷模，供大家向他们学习，也感谢他们为公司做出的贡献。下面的这些颁奖词就摘录自今年的颁奖公告中：

“专业奖：xxx（奖金NT若干元及奖牌一面），负责开发拓展公司NB controller领域完整产品线，运用长期累积之专业知识和经验，以卓越优异的研发技术能力和团队成员及客户紧密沟通合作，成功开发多项最适解决方案，获得重要客户颁奖肯定，开启立锜与重要客户之合作关系。乐于传承经验，培育团队，已成NB领域技术专家，足堪楷模。”

“创新奖：xxx（奖金NT若干元及奖牌一面），创造立锜第一颗ACOT Multi-Phase IP，以全新设计架构完成复杂且高规格产品需求，克服技术开发难度，以多项实验突破设计盲点，所设计产品的load transient与low Iq都为业界顶级水准，并已具体实现在产品开发专案，对公司营收贡献显著，未来延伸应用广，足为表率。”

“品质奖：xxx（奖金NT若干元及奖牌一面），全面导入NUDD风险追踪方法，以高标准落实执行于电路设计，优化品质管理流程，有效界定产品风险与预防设计漏洞，提升产品品质并顺利开发成功。执行至今所开发的多项产品计划达到无客诉记录，深得客户满意，同时将NUDD具体实践方法推广至团队，树立品质实践的典范。”

“杰出成就团队奖：xx Team（每人奖金NT若干元及奖牌一面），成员具高度团队共识，彼此密切配合支援，全力突破时间限制，在短时间内提出最完整之提案，面对客户问题，以有效分工合作迅速回应与解决，赢得客户信赖与尊重，创造与客户双赢局面，获得客户xx颁赠2016年度供应商大会技术创新奖，贡献显著。”

这样的奖励我也得到过，但那已是很多年前的事了，想起来还是有点惭愧的，但有那么多的后来者做得更好，心中实是很欣慰。其实你从这些颁奖辞中就可以看到立锜在做什么，又在推崇什么，这些东西做好了，不仅自己的公司可以发展的更好，更能为这个世界贡献出更美好的东西，实在是一件大好事。

作为一名技术人员，我更关心的还是技术，所以会特别注意到ACOT技术已经被推广到Multi-Phase的应用中了，这将大大拓展这一优秀控制模式的应用空间，使立锜在传统优势领域具有更多的优势，为应用带来更多的价值。那么，ACOT是怎么回事呢？它又有什么好处呢？下面的内容将为你介绍这一点。

ACOT是英文Advanced Constant On Time的缩写，它是从COT(Constant On Time，固定导通时间)技术发展而来的。COT是解决电源转换器控制问题的一种很好的方法，如果输出电容及其ESR足够大，它就几乎没有稳定性的问题存在，同时又有极快的瞬态响应速度，因而得到了普遍的应用。由于导通时间是固定的，由负载的变化和输入电压的变化就会导致截止时间的变化，因而COT架构的工作频率是变化的，这在某些情况下是优点，有的情况下就成了缺陷。它的另一个缺陷是由电容技术的变化导致的，因为今天的陶瓷电容容量大、成本低，ESR也低，这就给COT的应用带来了稳定性问题。

上图是COT架构的Buck电路拓扑，它的输出电压反馈到误差比较器的输入端与参考电压进行比较，只要反馈电压低于参考电压，内部的单稳态电路就会使上桥Q1导通一个固定的时间段，这个过程将促使输出电压提升。当上桥截止并经过一个最短截止时间之后，只要反馈电压低于参考电压，新的导通过程就会出现，否则就一直处于等待状态。由于截止时间可以做得非常短暂，因而可以用最快的速度对负载的快速变化进行响应。在立锜的COT产品中，很多产品的最短截止时间只有100ns，因而在负载变动时最多经过100ns就可以开始进行响应，这样就可以把变动了的输出电压快速纠正过来。下图展示了COT Buck电路中各处信号和开关动作之间的关系：

在COT中，FB端看到的电压变化实际上是输出电压的纹波，而输出电压的纹波由两部份构成，一部分是电流对输出电容的充放电过程构成的，一部分是此电流在输出电容ESR上形成的，前者与电容量大小有关，后者与ESR的大小有关。如果想要稳定，就存在这样的需求：

这个条件不满足的时候，不稳定的现象就出现了，开关动作不再稳定，输出纹波急剧加大，输出品质急剧降低。

立锜解决COT缺陷的方案就是ACOT，这是一种全新的COT技术，它在原有COT的基础上加入了新的元素——频率稳定措施和低ESR补偿方案，使得ACOT产品的工作频率是基本恒定的，同时可以使用低ESR的输出电容，而COT的优势则全部得到了保留。

COT控制架构的核心是单稳态电路，它的输出脉冲宽度其实是可以改变的，但其改变的依据却可以有不同的来源。仅仅依靠输入、输出电压去改变它并不能得到稳定的工作频率，在输入变化和负载变化的时候频率就变化了。ACOT产品在遇到环境的变化时也会改变频率，但它的平均工作频率不会发生变化，这是因为它采用了新的频率控制措施。实际上，ACOT控制架构采取了测量实际工作频率的方法，将其结果和目标工作频率比较就可以知道差异的大小，因而可以利用此信息对单稳电路的输出进行改变，最终得到稳定的平均工作频率。

输出电容的ESR降低了，反馈回来的纹波电压就会下降，但我们实际上是知道开关的工作状态的，它的状态与电流信息紧密对应，因而可以利用它生成一个模拟的信号来代替电流纹波，再将它和实际反馈回来的电压组合在一起，纹波的成分就得到了加强，因而可以避免实际纹波太低带来的稳定性问题，这就是ACOT解决与低ESR输出电容的匹配问题的方法。

下面的这段文字是我几年前第一次接触ACOT产品时对一份规格书中的部分内容的翻译，它帮助我迅速了解了这类产品的关键部分。这段文字的原文是一位美国籍的大师写的，文笔非常优美，但我的翻译很难达到神似的标准，如果你看到不顺的地方，还请多包涵，我的希望只是它能对你有所帮助。如果你想看原文，请点击文末的阅读原文，它将把你引导到这段原文所在的规格书（RT7275/RT7276）所在的地方。

从COT到ACOT

COT

任何COT架构的核心都是一个固定导通时间的单稳态单元。在这里，所谓的固定导通时间其实是一个由反馈电压比较器所触发的预先定义好的“固定”时间。这种具有很高鲁棒性的安排具有很高的噪声消除能力，是低占空比应用的理想选择。在每一个固定时间的导通状态之后，总是有一个最小关断时间紧随其后，在这段时间里，稳压控制器不用去做出任何的调整决定。这种做法的好处是避免了开关噪声的影响，因为每一次开关动作之后的一段时间里总是存在着严重的开关噪声。因为没有固定的时钟对操作进行同步，当负载发生突变时，转换电路中的上桥开关几乎可以立即打开让电感电流迅速增加以满足负载上突然出现的需要。

传统的电流模式或电压模式的控制架构必须监控电压、电流反馈信号（同时用于电流限制）以及内部的脉动信号和补偿信号来决定何时关闭上桥开关、打开同步续流开关。在进行大电流开关的情形下，开关动作之后的噪声是巨大的，要在这种噪声中准确地获取那么多信号并做出正确的决策是一件非常艰难的事情，这在低占空比应用和板子设计不太理想的情况下就变得尤为严峻。

由于不需要在噪声严重的时间段做出开关动作的决策，COT架构就成了低占空比应用和高噪声应用中的首选。然而，传统的COT控制架构仍然因为其内在的某些缺点而不能满足某些应用的需要。例如，很多应用需要使开关电源工作在某些特定的频率范围内以避免和其它敏感电路发生相互干扰，而在纯正的COT控制架构中，由于导通时间是固定的，它的工作频率就是变化的。在降压型开关转换器中，占空比是与输出电压成正比、与输入电压成反比的，因此，当导通时间固定时，关断时间（紧接着是频率）就必然是变化的，这样才能适应输入电压和输出电压的变化。

现代的伪固定频率COT架构通过让单稳态电路的导通时间正比于输出电压、反比于输入电压，大大提升了COT的性能。在这种方法中，导通时间被选择在和一个理想的固定频率PWM电路处理类似的输入、输出电压条件下的导通时间相当的状态下，这样的结果是性能被大大地改善了，但开关工作频率仍然会随着输入电压和负载的变化而变化，因为来自开关、电感和其他寄生效应的损耗在发生影响。

多数COT架构的另外一个问题是它们需要依赖输出电容的较大的ESR来工作，这在遇到体积小、成本低但ESR很低的陶瓷电容的时候就不再好用了。这些架构需要利用电感电流流过输出电容的ESR时形成的交流电流信息来运作，这有点像是电流模式的控制系统所做的那样，但陶瓷电容能够提供的电流信息太微弱了，很难让控制回路能够稳定运作。

ACOT 控制架构

有很多原因可以导致即便将导通时间正比于输出电压、反比于输入电压也不能得到好的固定频率表现的结果。首先，电流流过MOSFET开关和电感形成的电压降会使得实际的输入电压低于测量出来的输入电压、实际的输出电压高于测量出来的输出电压。当负载变化时，负载电流导致的开关上的电压降会导致开关频率的变化。其次，在轻载情况下，假如电感电流出现负值、同步续流开关关闭和上桥开关导通以容许输入电压出现在开关节点之间的死区时间延长，都会使得有效的导通时间增加并导致开关频率出现明显的下降。

一种降低这些效应的方法是测量实际的开关工作频率并和预定的数据进行比较，其好处是无需测量实际的输出电压，因而省去了一个用于测量输出电压的引线端子。ACOT正是采用这种测量实际的开关频率并在反馈回路中调整导通时间的方法来将平均开关工作频率保持在一个预定的范围之内。

为了能和低ESR的陶瓷电容配合起来稳定工作，ACOT 在IC内部使用了一个虚拟的电感电流脉动信号，它代替了通常使用的借助输出电容的ESR生成的电感电流信号，这个信号和其他内部补偿举措相结合优化了和低ESR陶瓷电容配合工作时的表现，达成了稳定工作的目的。

ACOT单稳态电路的运作

ACOT的控制逻辑是非常简单易懂的，反馈电压和虚拟电感电流脉动信号相加以后与参考电压进行比较，当前者的幅度低于后者时，一次单稳态导通过程即被触发（触发信号在经过一个与最短截止时间相等的时间以后即被自动复位），上桥开关打开，输入电压进入开关节点加到电感上，电感电流即线性增加；经过预设的固定导通时间以后，上桥关闭，续流开关打开，电感电流从最高点开始线性降低，与此同时，一个最短截止时间单稳态过程被触发以防止另一次导通过程在开关噪声持续期间立即发生，并使反馈电压和电流感应信号可以被正确地获取。最短截止时间被保持在极短的状态，其典型值为230ns，这样可以保证另一次导通过程可以在需要时被及时启动，以便满足负载的需要。

RT7275的电流负载能力为3A，可在4.5V~18V的输入电压下工作。由于不需要考虑补偿问题，它的应用电路非常简单：

这样的一个电路在负载电流在1A和3A之间跳变时的表现如下图所示：

输出电压在电流增加期间的下坠幅度只有10mV，然后就很快恢复到了稳定位置，这个表现是相当优秀的。如果我们将同样的条件施加到另外一款电流模式器件RT7297上，瞬态响应的表现就会变成如下的样子：

电压下坠的幅度将会高达60mV，比前者的表现大了5倍，而且恢复时间长了许多。再来看看电路，电流模式的电路也会复杂一些，因为它必须使用补偿元件：

RT7275的规格书中还给出了12V转1.05V电路在负载电流从0改变到3A时的瞬态响应过程，输出电压的下坠幅度也只有十几个mV：

这些信息都充分表明ACOT器件的特性是非常好的，对于低压动态负载具有非常好的匹配特性，可以充分满足现代高速器件如CPU、GPU、FPGA和ASIC等应用的需要。