本期專題
怎樣選擇最優的 Buck 轉換器拓撲？
立錡科技的DC/DC產品目錄中有多種不同類型的Buck轉換器，它們分別使用了不同的控制架構：傳統的電流模式（Current Mode, CM）、電流模式固定導通時間（Current Mode Constant-On-Time, CMCOT）和改進的固定導通時間（Advanced Constant-On-Time, ACOT®）。不同的控制架構具有不同的特性，其優勢和限制是各自不同的。怎樣在設計時針對自己應用的需要選擇合適的架構呢？本期特別報導就來談談這個問題。
不同控制架構的實現方法與特性
電流模式
（Current Mode, CM）
|
電流模式固定導通時間
（Current Mode COT, CMCOT）
|
改進的固定導通時間
（Advanced COT, ACOT®）
|
電流模式Buck轉換器通過對MOSFET功率開關的導通時間進行控制以實現對輸出電壓的調節，有一個內部時鐘控制著開關的節奏，導通時間的決策依據來源於電感峰值電流檢測信號和輸出誤差放大器的比較結果。
這種架構的控制回路的頻寬是由誤差放大器進行設定的，一般被限定在遠小於開關切換工作頻率的水準上。
|
電流模式固定導通時間Buck轉換器的功率開關擁有固定的導通時間，並通過對功率開關關斷時間的控制實現輸出電壓的調整。這種架構中也包含了誤差放大器和電流檢測電路，但對關斷時間的控制依據是來源於電感穀值電流的檢測信號和輸出誤差放大器的比較結果。
與電流模式相比，這種模式的轉換器具有更寬的頻寬，回應速度更快
|
改進後的固定導通時間（ACOT®）Buck 轉換器的功率開關導通時間也是固定的，也通過對功率開關關斷時間進行控制以實現輸出電壓的調節，但它們卻不使用電流檢測電路和誤差放大器，取而代之的是直接將檢測到的輸出電壓和參考電壓進行比較以決定何時需要喚醒一次導通過程。
ACOT®的內部植入了一個虛擬的電流紋波發生器代替實際的信號，因而不再依賴輸出電容的ESR形成紋波信號，可以和低ESR的MLCC一起配合穩定工作。
依靠高速比較器的速度效益和對誤差放大器的棄用，ACOT®控制架構具有極快的回應速度。
|
.png) |
.png) |
.png) |
實測結果比較
我們選擇三款不同架構的低壓 Buck 轉換器（指工作電壓最高為5.5V的器件）來完成從5V 到1.2V/1A的任務，看看它們在面臨負載瞬間跳變時的表現以瞭解各自的性能狀況。對於CPU內核和DDR記憶體之類的負載來說，它們造成的超高dI/dt是最考驗電源性能的，這樣的測試能讓我們瞭解DC/DC在這個時候的響應特性。
快速負載階躍回應測試
|
控制架構 |
電流模式
CM |
電流模式固定導通時間
CMCOT |
改進的固定導通時間
ACOT |
| 相應產品型號 |
RT8059 1.5MHz / 1A |
RT8096A 1.5MHz / 1A |
RT5784A 1.5MHz / 2A |
| 負載發生500mA跳變時的輸出電壓變化狀況 |
.png) |
.png) |
.png) |
| Vout 下跌幅度 |
65mV，5% |
49mV，4% |
24mV，2% |
| 瞬態回應特性 |
穩健的 |
快速的 |
極快的 |
相關產品說明：
RT8059是一款1A/5.5V、1.5MHz的電流模式 Buck 轉換器，封裝為TSOT-23-5。
RT8096A是一款1A/5.5V、1.5MHz 電流模式固定導通時間（CMCOT）Buck 轉換器，具有PGOOD信號，封裝是T/SOT-23-5/6。
RT5784A是一款即將發佈的新產品，規格為2A/5.5V、1.5MHz的 ACOT® 架構 Buck 轉換器，具有PGOOD信號，使用 2mm x 1.5mm的UDFN封裝。
RT8095 也可供參照，它是2A/5.5V、2.7MHz、靜態電流30μA的 ACOT® 架構 Buck 轉換器，具有PGOOD信號，採用WDFN 2mm x 2mm封裝。
三種架構的關鍵特性比較表
| 控制架構
|
CM
|
CMCOT
|
ACOT
|
| 負載階躍回應特性 |
穩健的 |
快速的 |
極快的 |
| 電流檢測 |
通過高端電流
檢測確定導通時間 |
通過低端電流
檢測確定斷開時間 |
不需要 |
| 最小導通時間 |
比較長，
對低占空比應用有限制 |
比較短，
容許低占空比應用 |
比較短，
容許低占空比應用 |
| 頻率 |
固定頻率 |
穩定的平均頻率 |
穩定的平均頻率 |
使用MLCC
穩定工作 |
容許 |
容許 |
容許 |
| 斜率補償 |
需要 |
不需要 |
不需要 |
| 外部時鐘同步 |
容許 |
不容許 |
不容許 |
你的應用最適合哪種 Buck 架構呢？
輸入電壓、輸出電壓和負載的自然特性在大多數情況下是決定選擇哪種控制架構最合適的關鍵因素。
具有穩定負載的系統可選擇電流模式Buck轉換器；為了躲開某些頻率敏感的頻帶，一些電流模式Buck轉換器可提供外部時鐘同步的介面。
那些存在極快速負載變化的系統（例如CPU內核和DDR記憶體這樣的應用）就應該選擇ACOT® 架構的Buck轉換器來供電，需要引起注意的是這種架構在負載發生變化時的回應過程中開關切換工作頻率是有明顯變化的。
電流模式固定導通時間（CMCOT）Buck轉換器的性能介於電流模式（CM）和 ACOT® 之間，因而適用於需要具有相對穩健的負載回應特性的應用中，那些需要較短的最小導通時間的應用（指較高工作頻率結合較大降壓比的狀況）也是它們發揮作用的時候。在負載發生瞬態變化的時候，這種架構的器件在回應過程中的頻率變化相對ACOT® 架構來說是比較低的。
新產品
RT9067是 14V、200mA、Iq = 2μA的帶有使能控制功能的低壓差、低耗電線性穩壓器。由於低達2μA的靜態耗電，未使能狀態下耗電為零，RT9067是電池供電產品的理想選擇。
RT8128是採用SOP-8封裝的、輸出電壓為0.6V~5V的 Buck 控制器，它採用 Mach Response™ 控制方法，對瞬態負載變化提供100ns的及時回應能力，可與MLCC配合穩定工作，是CPU內核、大型晶片組、DRAM或其它低壓大電流負載的理想電源供應器。
你知道嗎...?
立錡科技與宜特（iST）於近日共同宣佈雙方合作開發的第二代微機電重力感測器（MEMS G-Sensor）分析除錯解決方案研發成功，並已成功利用該技術在設計階段澄清了立錡科技重力感測器產品的失效因素，相關技術獲得國際品質電子研討會的認可。