关于ACOT 的运作原理和封装极小的1A转换器的性能分析和应用

最近注意到一款全新的器件 - RT5760，它的应用电路非常简单：

让我好奇的不是它的功能而是它的封装 - SOT-563(FC)，我过去没有见过这个编号，所以就想知道它到底长成什么样，下面就来看看我的发现是怎样的。

这是它的引脚布置，看起来和 SOT-23-6 差不多。

看 PCB 布局示范图的时候感到很惊讶，因为它的宽度竟与旁边的电阻长度差不多：

再看封装尺寸图就知道它的真实尺寸了，其外围尺寸中间值只有 1.6mmX1.6mm，与普通 SOT-23-6 封装比起来确实是小多了。

这个封装虽然小，但在标准室温条件下的功率耗散能力却有 1W。

能够有这样的散热能力，应该是拜晶核倒装的结构所赐，上面的信息中反复出现在括号中的 FC 就表示它是这种结构。

那么这款器件的适用工作温度范围是多少呢？规格书提供的下述信息可以说明：

只要结温处于 -40℃ ~ 125℃，便可确保它能正常工作。

RT5760 的输入电压范围为 2.5V~6V、输出电压范围为 0.6V~VIN、负载能力为 1A，采用 ACOT 控制架构，具有极快的瞬态响应速度和基本恒定的 2.2MHz 工作频率，可以与低 ESR 的陶瓷输出电容配合实现稳定的工作而不需要使用外加的补偿元件。它分为 A、B 的两个不同型号，在轻载条件下，RT5760A 自动进入节能模式，RT5760B 则持续使用强制 PWM 模式工作，它们在负载电流很小的时候会表现出明显的转换效率差异：

由上图可见，无论输入、输出电压如何变化，RT5760A 在负载电流为 1mA 时的转换效率都在 80% 左右，RT5760B 在同样条件下的转换效率都低于 10%，这就是由工作模式的差异造成的不同。节能模式提高了效率，但输出纹波会变大；强制 PWM 模式效率较差，但输出特性会比较好，负责选型的工程师需要根据不同的需求选择不同的型号。

上面介绍了关于器件的具体信息，下面来说说 ACOT 控制架构是怎么回事。

ACOT 是 Advanced COT 的缩写，意为对 COT 的改进，立锜将 ACOT注册为商标，所以常常这样表达它：ACOT。

COT 是 Constant On Time 的缩写，意为固定导通时间。了解基本原理的人都知道，Buck 转换器基本架构是这样的：

上桥开关 S1 导通的时候，输入电压施加到电感L和输出电容 COUT 构成的滤波器上，电流经电感流入输出电容造成输出电压上升，同时在电感中积累磁能，流过的电流越来越大。当 S1 截止的时候，电感电流还会继续流动，下桥开关 S2 里的体二极管首先导通为电流提供续流通道，Buck 控制器会尽快使 S2 导通以降低损耗，经过一段时间以后，S2 截止，S1 重新导通，上述过程再重复进行。S1 和 S2 分别开关一次的这个时间段就是一个周期，S1 导通的时间在这一个周期中所占的比例便是电路工作的占空比。对于 Buck 转换器来说，占空比就等过于输出电压与输入电压的比值，通过占空比的调节便可调节输出电压，这种调节方式便是脉冲宽度调制即 PWM 所表达的意思。

COT 意为恒定导通时间，它的意思是说 S1 每一次导通的时间是固定不变的，但每一次导通的发生是由反馈信号和参考电压的比较决定的，控制系统一旦发现反馈信号低于参考电压便触发一次导通过程以便为输出端提供能量，因而 S1 的截止时间是不确定的，它会根据输入、输出的状况而发生变化。

反馈系统一旦发现反馈信号低于参考电压便会触发一次导通过程的机制会带来一个好处，可以把对负载的变化所带来的对输出电压的影响尽快消除，因而具有极快的响应速度。从感觉上看，这是一种非常直观有效的反应机制，但是它也有自己的不足，由于截止时间不确定，所以周期也不确定，因而工作频率也是不确定的，这种状况可能有的应用不在乎，但有的应用就不可以接受。作为改进了的 COT 架构，ACOT 控制架构解决这个问题的办法是在其控制系统中加入了测量实际工作频率并与预设工作频率进行比较的机制，比较的结果会用于实现对 S1 导通时间的调整，最终实现工作频率几乎不变的效果。这里说的不变是就稳定情形而言的，负载或输入发生动态变化的时候频率还是会改变的，否则就不再是 COT 架构了，但改变只在局部发生，不会影响全局。

COT 架构存在的另外一个问题出现在反馈信号上。从全局看，输出电压是平稳的，因而反馈信号也是平稳的，但在细节上看它们却并不平稳，其中包含着大量的纹波，这是由电感电流、输出电容、输出电容中含有的等效串联电阻ESR和负载等共同形成的。由于电容制作技术的进步，现今的陶瓷电容容量大、ESR 低，它们都会带来输出电压纹波变小的结果，因而反馈信号中的交流成分也会变小，这样就会导致反馈系统不能及时感知到输出电压变化的结果，这将导致 COT 控制中的不稳定问题发生。

ACOT 控制架构解决这个问题的办法是在内部加入一个电感电流的模拟装置，将它产生的信号与反馈信号叠加以后便增大了纹波信号的幅度，相当于可以提前知道后面会发生什么并加以预防，从而解决了这种由于陶瓷电容的 ESR 很低所带来的问题，因而稳定性能大大提升。

上图便是对 ACOT 控制架构中所加入的改进措施的一个说明，有兴趣者可以慢慢体悟。

本文介绍的产品是 RT5760，点击文末的阅读原文便可以很容易地找到它的规格书。缺少经验者在阅读规格书并思考其参数的时候可能会看到一些自己不明白的地方，这时候你可以把这样的问题提出来供我们讨论。例如，你在规格书中可能看到这样的内容：

为了尽快对输出的变化作出响应，出现负载变化时的响应时间就应该尽可能地短，为什么还要加入一个最短截止时间呢？实际上，无论是 COT 或 ACOT，每一个导通时间之后都会加入一个禁止导通时间，这也被称为最短截止时间。加入最短截止时间似乎是降低了系统的响应速度，但由于大电流的转换必然会导致一些噪声的出现，控制系统在此时做检测并据此判断就很容易出错，经过一段时间等这种变化的影响消除以后再做判断就稳妥多了，所以这实际上是非常必要的措施。那么问题又来了，80ns 的最短截止时间是否足够呢？