LM5168E 降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器采用恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT) 控制方案。COT 控制方案使用計(jì)時(shí)電阻器 (R_T) 設(shè)置高側(cè) FET 的固定導(dǎo)通時(shí)間 t_ON。t_ON 隨 V_IN 的變化而調(diào)整，與輸入電壓成反比，以便在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下保持固定頻率。t_ON 到期后，高側(cè) FET 保持關(guān)斷狀態(tài)，直到 FB 電壓等于或低于 1.2V 的基準(zhǔn)電壓。為了保持穩(wěn)定性，反饋比較器要求關(guān)斷期間的最小紋波電壓與電感器電流同相。此外，關(guān)斷期間反饋電壓的這一變化必須足夠大，以壓制反饋節(jié)點(diǎn)上存在的任何噪聲。建議的最小紋波電壓為 20mV。在需要穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)會(huì)使用更多的紋波電壓。當(dāng) SW 引腳或 BST 引腳與 FB 引腳之間過度耦合時(shí)，此操作尤其如此。另請(qǐng)參閱表 7-1 了解不同類型的紋波注入方案，確保在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

在快速啟動(dòng)或正負(fù)載階躍期間，穩(wěn)壓器以最短的關(guān)斷時(shí)間運(yùn)行，直到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。此功能可實(shí)現(xiàn)極快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)將輸出電壓下沖降至最低。如果在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)輸出，關(guān)斷時(shí)間會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生輸出電壓穩(wěn)壓所需的開關(guān)節(jié)點(diǎn)占空比，從而保持固定的開關(guān)頻率。在 CCM 下，開關(guān)頻率 F_SW 由 R_T 電阻器編程。

表 7-1 紋波生成方法

TYPE 1	TYPE 2	TYPE 3
最低成本	降低的紋波	最小紋波
方程式 1. $\mathrm{R}\text{ESR}\ge \mathrm{ }\frac{20\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{V}\times \mathrm{V}\text{OUT}}{\mathrm{V}\text{FB}\times ?\mathrm{I}\text{L}}$ 方程式 2. $\mathrm{R}\text{ESR}\ge \mathrm{ }\frac{\mathrm{V}\text{OUT}}{2\times \mathrm{V}\text{IN}\times \mathrm{F}\text{SW}\times \mathrm{C}\text{OUT}}$	方程式 3. $\mathrm{R}\text{ESR}\ge \mathrm{ }\frac{20\mathrm{ }\mathrm{m}\mathrm{V}}{?\mathrm{I}\text{L}}$ 方程式 4. $\mathrm{R}\text{ESR}\ge \mathrm{ }\frac{\mathrm{V}\text{OUT}}{2\times \mathrm{V}\text{IN}\times \mathrm{F}\text{SW}\times \mathrm{C}\text{OUT}}$ 方程式 5. $\mathrm{C}\text{FF}\ge \mathrm{ }\frac{1}{2\mathrm{\pi }\times \mathrm{F}\text{SW}\times \left(\mathrm{R}\text{FBB}\right|\left|\mathrm{R}\text{FBT}\right)}$	方程式 6. ${\mathrm{C}}_{\mathrm{A}}\ge \frac{10}{{\mathrm{F}}_{\mathrm{S}\mathrm{W}}\times \left({\mathrm{R}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}\mathrm{B}}\right|\left|{\mathrm{R}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}\mathrm{T}}\right)}$ 方程式 7. ${\mathrm{R}}_{\mathrm{A}}\times {\mathrm{C}}_{\mathrm{A}}\le \frac{({\mathrm{V}}_{\mathrm{I}\mathrm{N}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{O}\mathrm{U}\mathrm{T}})\times {\mathrm{T}}_{\mathrm{O}\mathrm{N}}}{20\mathrm{m}\mathrm{V}}$ 方程式 8. ${\mathrm{C}}_{\mathrm{B}}\ge \frac{{\mathrm{T}}_{\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{t}\mathrm{l}\mathrm{e}}}{3\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{F}\mathrm{B}\mathrm{T}}}$

表 7-1 介紹了在反饋節(jié)點(diǎn)上生成相應(yīng)電壓紋波的三種不同方法。1 型紋波生成方法使用與輸出電容器串聯(lián)的單個(gè)電阻 R_ESR。生成的電壓紋波包含兩個(gè)分量：由電感器紋波電流對(duì)輸出電容器充電和放電引起的電容紋波，以及電感器紋波電流流入輸出電容器并流過串聯(lián)電阻 R_ESR 引起的電阻紋波。電容紋波分量與電感器電流異相，在關(guān)斷期間不會(huì)單調(diào)下降。電阻紋波分量與電感器電流同相，在關(guān)斷期間會(huì)單調(diào)下降。V_OUT 處的電阻紋波必須超過電容紋波才能穩(wěn)定運(yùn)行。如果不滿足此條件，則會(huì)在 COT 轉(zhuǎn)換器中觀察到不穩(wěn)定的開關(guān)行為，表現(xiàn)為多個(gè)緊密連續(xù)的導(dǎo)通時(shí)間突發(fā)，隨后是較長的關(guān)斷時(shí)間。1 型下的公式定義了串聯(lián)電阻 R_ESR 的值，以確保反饋節(jié)點(diǎn)處有足夠的同相紋波。

2 型紋波生成除了使用串聯(lián)電阻器外，還使用 C_FF 電容器。由于輸出電壓紋波通過 C_FF 直接交流耦合到反饋節(jié)點(diǎn)，因此 R_ESR 以及最終的輸出電壓紋波會(huì)按 V_OUT/V_FB 的系數(shù)降低。

3 型紋波生成使用由 R_A 和 C_A 組成的 RC 網(wǎng)絡(luò)以及開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓來生成與電感器電流同相的三角波。然后，此三角波通過電容器 C_B 交流耦合到反饋節(jié)點(diǎn)。由于該電路不使用輸出電壓紋波，因此該電路非常適用于低輸出電壓紋波至關(guān)重要的應(yīng)用。有關(guān) COT 控制方法的更多詳細(xì)信息，另請(qǐng)參閱相關(guān)文檔 部分。

在輕負(fù)載模式下運(yùn)行，系統(tǒng)可設(shè)置為 PFM 和 DEM 運(yùn)行。的二極管仿真模式 (DEM) 可防止負(fù)指示器電流，而脈沖跳躍可通過降低有效開關(guān)頻率在輕負(fù)載電流下保持高效率。當(dāng)電感器谷值電流達(dá)到零時(shí)，同步功率 MOSFET 關(guān)斷，進(jìn)入 DEM 運(yùn)行。此時(shí)，負(fù)載電流低于 CCM 下峰值間電感器電流紋波的一半。在零電流時(shí)關(guān)斷低側(cè) MOSFET 可減少開關(guān)損耗，阻止負(fù)電流傳導(dǎo)可減少傳導(dǎo)損耗。DEM 轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換效率高于等效的強(qiáng)制 PWM CCM 轉(zhuǎn)換器。在 DEM 模式下運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)功率 MOSFET 保持關(guān)斷的持續(xù)時(shí)間會(huì)隨著負(fù)載電流的減小而逐漸增加。如果此空閑持續(xù)時(shí)間超過 15μs，轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換至超低 I_Q 模式，僅從輸入端消耗 10μA 靜態(tài)電流。