相比模拟控制开关电源，数字控制开关电源具有适应性强、可编程、设计周期短、易集成、易管理等优点。随着数字集成电路设计技术的发展，数字电源逐渐在某些高端应用领域取代了模拟电源的地位，市场占有率逐渐上升。传统的数字电源由ADC（模数转换器，Analog Digital Converter）转换模拟输入信号，应用数字PID(比例-积分-微分，Proportion Integral Differential)补偿，通过数字PWM（脉宽调制，Pulse Width Modulator）计算出占空比控制信号。由于ADC的采样延时，数字电源的动态响应速度较慢，针对这一点本文引入非线性控制算法来达到快速响应的目的。数字PID补偿和非线性算法是本文的重点研究对象。论文的工作内容如下：本文的研究基于一款PWM/PSM双模切换的数字电源，应用了数模混合集成电路的设计方法，其中数字流程使用成熟的EDA（电子设计自动化，ElectronicDesign Automation）软件设计。讨论了数字电源特有的量化效应和极限环效应。本文给出了数字电源的整体结构，详细分解每个子模块的结构和功能，包括ADC、DPWM、软启动模块、模式切换模块和功率级电路。详细介绍本文数字电源工作的两种工作模式，给出数字电源状态机切换的顺序和工作时序。关于数字PID补偿模块的设计，本文重点介绍数学模型的建立、数字PID模块的IIR（无限冲激响应，Infinite Impulse Response）滤波器实现、HDL(硬件描述语言，Hardware Description Language)代码的自动生成和定点数的确定。最后给出前端仿真结果，完成后端物理设计。引入了非线性控制算法，包括电荷平衡算法、迟滞控制算法和非线性增益算法，给出每种算法的原理和稳定性分析。对后两种非线性算法给出了基于本文数字电源的应用和实际负载阶跃的瞬态仿真结果。相比纯线性控制，引入非线性控制算法后数字电源的动态响应速度得到了2μs的提高。最后给出本文数字电源的系统整体仿真结果，包括开关电源各项指标的仿真，整体芯片版图的设计和实际流片的测试结果。