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降压型开关变换器以其高效率逐渐取代了线性稳压器而广泛应用于各类电子产品中。近年来随着工业电源和汽车电源的迅猛发展,对开关变换器提出了新的技术要求,如在宽输入电压、宽负载和宽温度变化范围内稳定地工作,以及简单的外围电路设计和更小的系统占板面积。本论文设计了一款基于片内PID(Proportion Integration Differentiation,比例积分微分)补偿器的高压大功率电压模式Buck变换器。该变换器的开关频率为300KHz,输入电压范围为8V~30V,最大负载电流为5A,效率高达87%,线性调整率小于0.02%/V,负载调整率小于0.01%/A;采用有源电感、有源电容以及密勒电容实现片内PID补偿,从而简化了芯片外围电路的设计、减小了系统的占板面积;通过改变PID补偿器中低频极点的位置实现增益补偿,以保证在整个输入电压范围内反馈环路的稳定性;软启动电路防止了芯片启动时浪涌电流和过冲电压的出现;频率折返式振荡器、打嗝模式的短路保护电路以及智能过温保护电路可以有效地防止芯片在异常工作状态下发生损坏。本文首先分析Buck变换器的工作原理,介绍PWM和PFM两种调制模式以及电压和电流两种控制模式的原理和优缺点;接着从电压模式的Buck变换器出发,分析了环路的频率补偿原理以及芯片设计中需要考虑的重要因素,如效率、安全性和EMI等。然后,根据芯片的性能指标,分析设计出了系统的整体架构;基于UMC 0.6-μm BCD工艺,对作者所负责的子电路进行详细地分析和设计,包括电压基准源、偏置电路、具有频率折返功能的振荡器、软启动电路、打嗝模式的短路保护电路、智能过温保护电路以及片内PID补偿器,并运用HSPICE软件对各子电路进行了功能验证和性能参数仿真。最后,对整体电路功能和典型性能参数进行了仿真验证,仿真结果满足预期设计要求。