随着消费类电子产品和半导体集成电路的快速发展,电源管理(PM)已经从最初的特种应用普及到人们的日常生活中。在种类繁多的电源管理芯片中,开关电源芯片以其高效率、小体积、高可靠性等优势而被广泛应用于为各种电子系统供电。电流模控制BUCK(降压)变换器因其较宽的输入电压范围、较为简单的补偿方式、较好的瞬态响应特性等优点而成为了应用最为广泛的开关电源芯片之一。本文就基于电流模控制BUCK变换器,从小信号环路建模出发,详细推导了电流模BUCK电流内环及电压外环的传输函数,明确了环路品质因数对二分之一开关频率处双极点的影响以及斜坡补偿量与环路品质因数Q值之间的关系。本文还以电流模环路的增益裕度作为设计Q值的上限,以环路相位裕度作为设计Q值的下限而得到了理论最优品质因数,同时使用simplis软件验证了理论分析的正确性和预见性,从而为自适应斜坡补偿电路的设计提供了理论指导。为了设计一个高性能的BUCK变换器,本文从芯片系统级设计开始,一步步明确芯片外置功率管、片外电容、片外电感、DCR采样网络、频率补偿网络及软启动电容的选取。随后本文还详细说明了快速瞬态响应BUCK变换器中关键子电路的设计原理与设计规则,具体有固定斜坡补偿及振荡器电路,为实现最优Q值控制和快速瞬态响应的自适应斜坡补偿电路,以及优化本芯片因过小的输入输出压差而导致的瞬态出错的I_error瞬态纠错模块。本文使用cadence软件实现了快速瞬态响应BUCK变换器的子电路及环路搭建,并通过电路整体仿真验证了系统的上电逻辑、输出电压纹波、线性调整率、负载调整率、负载瞬态响应时间以及系统转换效率等关键参数。最终使用高精度电源、电子负载、示波器等测试工具验证了BUCK芯片的功能及性能达到了预期目标。