随着消费电子市场需求的不断增长,以及半导体技术的发展,便携式电子设备愈来愈趋向小型化,电子设备的续航能力与产品体积之间的折中关系日益凸显,因此高性能电源管理模块已经成为电子设备中的关键模块之一。而高效率全集成的开关变换器则成为最热门的解决方案,因为它能避免使用大体积且昂贵的片外电感,从而提高功率密度、显著降低成本,同时高效率又能够延长电池的使用寿命。然而,随着电感和电容组件的高度集成化,变换器的开关频率将达到几十甚至几百兆赫兹,此时由于反向电流和开关损耗的存在,轻载效率会大大降低,导致设备的续航时间显著下降。因此,对于高频的全集成开关变换器,在提高开关频率的同时实现较高的轻载效率变得尤为重要。本文提出一种基于自适应尺寸调整技术的全集成高效率Buck变换器,通过引入额外控制校准环,确保Buck变换器在负载较低时,能够工作在断续导通模式(Discontinuous conduction mode,DCM),从而消除反向电流带来的功率损耗,提高Buck变换器的效率。在此基础上,轻载效率还可以通过引入自适应尺寸调整技术得到进一步提升。本文提出一种新型的基于电压控制的自适应尺寸调整技术,仅通过采样误差放大器的输出电压,即可估算负载电流的大小,从而自适应地选择最优尺寸的功率开关管,降低开关损耗,提高轻载效率。相比于传统的基于电流控制的自适应尺寸调整技术,本技术减小了电流采样模块的功率损耗和电路延迟造成的反向电流损耗,这对于高频下轻载效率的提高至关重要。该设计基于SMIC 0.18μm CMOS工艺库,使用Cadence Spectre软件进行仿真验证。结果表明,本文所设计的Buck变换器在100MHz的开关频率下,在负载电流为260m A时,达到负载范围内的最高效率89.7%;在负载电流为20m A时,实现了83.2%的高效率。