随着电子设备的不断普及和升级,电池供电的便携式电子产品需要更为先进的电源管理技术,以此保证设备的供电的稳定性、负载响应的迅速性和续航能力。DC-DC变换器有更灵活的电压转换范围,多种性的控制方式,以及更快的响应速度和更高的效率,所以得到了更加广泛的应用。传统的设计中(电流模控制)满足低功耗的系统往往控制简单,不能实现快速的负载响应;能实现快速瞬态响应的系统,控制复杂且功耗较大。为了同时满足高效率和快速响应的目标,论文先建立了Buck转换器的损耗模型,研究了轻载和重载下最优的功率管尺寸,复用一个控制器满足轻载下的跳周期工作和重载下脉宽调制工作,兼顾不同负载的效率;基于最优时间控制的瞬态增强模式可以加快负载变化时的响应速度,并在瞬态增强模式退出前完成控制器的预测和置位,实现无缝的模式切换;该瞬态检测电路还设计了抗干扰控制逻辑,避免产生误触发的问题。设计了动态偏置电路,合理打开或者关闭电路中的模块,降低静态功耗。此外,系统中使用的负载电流变化值检测无需知道电容或电感中寄生参数的准确值。设计的电路是基于0.18μm BCD工艺,Buck转换器的输入电压范围是3V-3.6V,输出电压是1.8V。负载电流在5m A到500m A变化时,电压的跌落和过冲分别是26.74m V和28.46m V,恢复稳定的时间(1%的输出电压变化)分别是1.97μs和1.82μs。系统的峰值效率为96.6%,典型负载下(500m A)的效率为94.3%,轻载(5m A)的效率为86.7%。该系统比传统电流模控制具有更快的响应速度,降低功耗的设计在轻载时也能维持效率。