随着信息化的加速,新能源汽车、5G、人工智能和元宇宙等新兴产业蓬勃发展,电源管理芯片的应用场景更加广泛,各行业对电源的品质要求也越发严格,目前开关电源朝着高效低能耗、高功率密度、控制数字化、智能化和抗电磁干扰的方向发展。本文结合车载系统、通信电子及工业控制等应用场景,针对主流开关电源芯片存在的工作效率低下、系统瞬态响应速度慢和保护电路不够灵活等亟需解决的问题,进行了环路补偿优化、高效率和瞬态响应增强等关键技术的研究,设计出一款基于有源钳位正激（Active Clamp Forward,ACF）拓扑的峰值电流模PWM控制器XD1076,并将ACF电流模PWM控制技术的研究成果在芯片中进行验证。主要研究成果和创新点如下:1.分析了ACF拓扑的几种复位方式、工作过程中的谐振原理和主要优点,搭建基于ACF拓扑的Buck变换器模型,进行环路稳定性分析,针对传统线性斜坡补偿所存在的过量补偿问题,设计了动态斜坡补偿电路优化补偿参数,提高系统性能。2.进行变换器的高效率研究:通过分析变换器的损耗来源,优化变换器的外围拓扑;研究了软开关和同步整流技术,并在芯片内部设计死区时间驱动电路,实现开关管ZVS导通,极大降低开关损耗;在极轻载条件下设置Burst模式,通过强制降低工作频率来提高工作效率。3.进行了瞬态响应增强的关键技术研究:通过优化误差放大器,采用电流增强电路增强瞬态响应阶段误差放大器输出级的电流驱动能力,使占空比信号快速改变以降低电压信号恢复稳定所需的时间,提高瞬态响应速度。4.设计优化了带隙基准和过流保护电路等关键模块:带隙基准电路采用无运放的二阶温度补偿设计,温漂低至3.9ppm/℃;过流保护电路采用逐周期与打嗝相结合的限流方式,克服了传统过流保护方式频繁重启的局限,各阶段保护时长灵活可调。5.设计并搭建了ACF电流模PWM控制器芯片的系统架构,定义了芯片的性能指标、引脚封装和内部功能模块,利用Cadence、Virtuoso等集成电路专业应用软件对PWM控制器电路进行了模块和整体的设计与仿真,并完成版图设计。基于以上研究,本文采用0.18μm 1P6M 100V BCD工艺,设计了一款PWM控制器芯片XD1076,其电压输入范围17～100V,最大输出电流20A,工作温度范围为-40℃～125℃,最大工作频率1MHz,实际应用于输出电压3.3V的ACF拓扑Buck变换器中,可同时为主开关管和箝位管提供控制脉冲信号。本文最终绘制的版图面积约为2.0mm×1.6mm。