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随着社会发展和信息技术的不断进步,便携式电脑、移动手机、可穿戴设备等电子产品日益成为人们的生活所需,需求量爆炸性增长。电子设备功能多样化、体积小型化,在锂电池容量有限、对负载电流需求变大的情况下,对于电源管理芯片也提出了新的要求,如何实现低压、大电流并提高芯片工作效率、延长使用时间成为了开关电源的设计重点。本文为应对市场所需,把握时代潮流,提出设计一种宽负载高效率的降压型DC-DC变换器。输入电压为2.5V~5.5V,时钟频率为1.5MHz,典型应用输入电压3.3V,输出电压1.8V,负载电流为7A。文章首先介绍研究背景及关于DC-DC变换器的研究现状及发展趋势,阐述设计一种宽负载高效率DC-DC变换器的意义。其次介绍降压型DC-DC变换器工作原理、工作模式及控制模式等基本的理论。重点研究电流环路中的斜坡补偿及芯片带载能力、高效率等问题,研究设计重点模块及其他关键电路并仿真分析。最后对所设计的DC-DC变换器做芯片级的仿真分析。本文重点研究峰值电流模电流环路中次谐波振荡产生的机理及斜坡补偿的理论依据,对斜坡补偿电路进行基本的分类及实现方式进行探索,在消除次谐波振荡的基础上,研究与分析开关电源管理芯片带载能力的影响要素。为达到宽负载的设计目标,综合考量电路系统的设计,本文采用一种新型的分段线性斜坡补偿电路,提出了跟随斜坡钳位电路、改进求和电路等带载能力提升技术。此外,本文基于DC-DC变换器中的主要功率损耗,采用多工作模式提升轻载下的芯片效率,设计一种高精度的无损电流采样电路,实现宽负载的同时,降低全负载范围内的功率损耗。在BCD1.8μm的工艺下对DC-DC变换器进行芯片级仿真,验证本降压型DCDC变换器是否正常工作以及本文设计方案是否达到设计要求。仿真结果显示,在负载大于10mA以上,选择恰当的工作模式可以保证芯片效率高于93%,典型应用下效率为94%;采用本文的带载能力提高技术,带载能力提高26.4%。以上结果显示,本设计目标基本达到。