低功耗系统级芯片(System on Chip,SoC)对其电源管理芯片(Power Manager IC,PMIC)提出了快速动态电压调节(Dynamic Voltage Scaling,DVS)的需求。数字控制具有着灵活、基准调节简单、精度高等优势,正逐渐取代传统模拟控制成为此类电源芯片的研究热点。但是数字控制的DVS在调节速度和稳定性方面还未达到较好的平衡,且大多数需要额外进行电感电流采样,增加了成本。本文设计了一种适用于快速动态电压调节的数字控制Buck DC-DC电路。首先从环路分析、DVS上调和DVS下调方面介绍了所设计电路的基本原理。然后具体开展了如下工作:(1)使用状态空间平均法推导主拓扑传递函数,并介绍了比例积分微分(Proportion Integral Differential,PID)补偿算法的原理和物理意义;(2)设计了动稳态平滑过渡算法,使得系统能够快速而平稳地从动态切换到稳态;(3)设计了DVS上调算法,包括过渡阶段、预测阶段、逼近阶段和电感电流回调阶段,实现了快速的无过冲的动态电压上调;(4)设计了DVS下调算法,包括过渡阶段、过零检测阶段、预测阶段和电感电流回调阶段,实现了快速的无下冲的动态电压下调。最后,根据所设计的电路,搭建Matlab-Simulink仿真平台,进行算法级和RTL级仿真验证;并根据仿真验证结果和应用场景确定器件和电路参数,在基于FPGA的样机上,对本文所设计的控制电路进行了实测验证。实测结果表明,本文所设计的适用于快速动态电压调节的Buck DC-DC电路能够在12V或5V的输入电压条件下实现满载为10A的全负载范围内的稳压控制,其峰值效率达到91%;能够在动稳态切换过程中实现快速而平滑的过渡;并且能有效地提升电路的DVS性能:其DVS上调速度最快达40μs/V,FOM(速率/输出电容)约为0.0943s/(F·V),上调过冲电压基本为0V;其DVS下调速度在2A负载的条件下达到了260μs/V,FOM(速率/输出电容)约为0.61s/(F·V),下调下冲电压基本为0V。