Buck Converter ACOT 控制架構與工作原理介紹_SIMPLIS 電路模擬範例

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初始狀態 (T=0)

  • Vin 上電,但輸出電壓 Vout = 0V,因此回授電壓 vfb 也為 0V。
  • 所有計時器的電容 (C1, C2) 皆為 0V。

第一步:產生首次導通 (Turn-On) 脈衝

  1. 請求導通 (Request Turn-On)
    • 由於 vfb (0V) 遠低於 600mV 的參考電壓 Vref,誤差比較器 U1 的輸出 (fb_comp) 會變為高電位 。
    • mini_Toff_time 計時器完成計時(200ns),其輸出為高電位。
  2. 觸發導通 (Trigger Turn-On)
    • AND 閘 U5 的兩個輸入 (fb_comp 和 toff_tri) 皆為高電位,因此其輸出 U5-OUT 變為高電位 。
    • 此高電位訊號會「設定 (Set)」RS 正反器 U4,使其輸出 Q 變為高電位,QN 變為低電位 。
    • Q 的高電位訊號使 High-Side 功率開關S1導通,電感開始儲能。

第二步:Ton 定時與導通結束

  1. 啟動 Ton 計時器
    • Q 為高電位,QN 為低電位,此狀態使 constant_Ton_time 模組內的開關 S3 保持斷開 (Open)
    • 電容 C1 開始被與 Vin 成正比的電流充電,其電壓 saw_on 從 0V 開始線性上升 。
  2. 啟動初期導通時間限制  (類似Soft-Start)
    • 由於 Vout 此時仍低於 200mV,mini_Ton_time 模組會將 200mV 的內部參考電壓 V3 送至比較器 U2 的負端 。
    • 這確保了在啟動初期,導通時間的長度是由一個固定的、較小的目標電壓決定,從而產生一個最短導通時間,避免浪湧電流,達到類似軟啟動的效果 。
  3. 結束導通
    • 當 saw_on 的電壓上升並超過 200mV 時,比較器 U2 的輸出會翻轉為高電位 。
    • 此高電位訊號會「重置 (Reset)」RS 正反器 U4,使其輸出 Q 變為低電位
    • High-Side 功率開關S1關斷,首次導通脈衝結束。

第三步:脈衝控制邏輯與循環動作

  1. 確保 S/R 端為脈衝訊號
    • 在第二步中,當 Q 變為高電位導通High-Side 功率開關S1的瞬間,它同時會去重置 mini_Toff_time 計時器(S6),這讓 U6 的輸出 toff_tri 立刻轉為低電位。結果就是 U5-OUT 送至 S 端的訊號只是一個短暫的脈衝 。
    • 在第三步中,當 Q 變為低電位 (QN 變為高電位) 去關斷開關的瞬間,QN 會去重置 constant_Ton_time 計時器(S3),這讓 U2 的輸出也立刻轉為低電位。結果就是送至 R 端的訊號也只是一個短暫的脈衝 。
    • 確保 R-S 正反器 S 與 R 端接收為脈衝訊號,避免持續高電位造成錯誤動作。
  2. 啟動 Toff 計時並建立輸出電壓
    • 當 Q 變為低電位後,mini_Toff_time 計時器正式開始計時,系統進入關斷狀態 。
    • 在關斷期間,電感續流使 Vout 開始上升。
    • 系統會重複上述「導通-關斷」循環。一旦 Vout 的電壓建立並超過 200mV,mini_Ton_time 模組就會將 U2 的比較基準從 200mV 切換為實際的 Vout,系統自此進入正常工作模式,直到 vfb 接近 600mV 進入穩態 。

結論

相較於傳統的固定導通(COT)控制,ACOT 的「自適應」設計帶來了顯著的優勢。在傳統架構下,固定的導通時間會使操作頻率隨著輸入電壓而大幅變化。ACOT 則能根據輸入電壓即時調整導通時間,讓操作頻率在不同的工作條件下,都能維持在一個相對恆定的區間,所以可以簡化輸出濾波器的設計。

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李迪加的SIMPLIS模擬教室
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