现代社会对于电子产品的需求不断扩大,对电子产品性能的要求也不断提高,随着板级系统的集成密度越来越大,对各个功能模块之间抗干扰的要求也越来越高,尤其电源模块。模块小型化要求宽范围的降压变换器(BUCK),一个完整的BUCK变换器包括控制环路和功率级电路。控制方式上,恒定导通时间控制(Contast On Time,COT)控制以其轻载效率高,瞬态响应快的优势被越来越多的应用在各种电源产品中,但由于COT控制的频率稳定性较差,使其成为应用中的难点。因此自适应恒定导通时间控制(Adaptive Contast On Time,ACOT)的研究极为重要。基于ACOT的纹波控制COT(RBCOT)和电流模COT是应用较为广泛的两种方式。这两种方式在电路实现层面的难点主要是电流采样方案和内部供电电路以及驱动模块。此外针对RBCOT存在的稳定性和输出电压精度的问题,本文也提出了具体解决方案。在BUCK功率级设计中,电感的选择以及功率级建模及其重要。本文首先从BUCK功率级原理讲起,从物理和数学上严格推导BUCK电路的原理,以及输入输出电压与占空比的关系。在功率级参数的设计中电感取值至关重要,电感的磁芯材料决定了该电感的频率范围以及损耗,电感的骨架形状以及面积大小也决定了整个电源系统的集成度和功率密度。因此本文着重讨论了功率级电感的设计。另外,考虑到BUCK拓扑各种控制模式下的电流模应用非常广泛,本文也将对带电流环的功率级进行建模。早期的平均模型忽略了电感电流的边带效应而不准确,后来的描述函数法数学计算复杂,物理意义不明确,因此本文将介绍基于描述函数法的等效三端开关模型,并给出各种控制方式下各个参数表达式。BUCK电路的控制方式,可以分为恒频控制,变频控制,电流模,电压模等。本文将分析几种主流控制方式的优缺点及其环路特性,着重介绍所研究的架构ACOT控制。基于ACOT的电流模BUCK变换器设计中,将从系统架构选取开始,直到子模块关键参数设计以及整仿验证。其中,将对该系统关键的子模块进行计算和分析,重点介绍电流采样方案。供电电路采用抗高压高稳定性结构,电流采样方案采用基于三极管的指数特性的信号运算,实现极高线性度的信号处理。该系统可以在输入5到36V,输出3.3到15V,负载电流5A的范围内正常工作,轻载DCM和强制CCM可选。基于对电流模COT设计的考虑,本文改进了一款基于ACOT的纹波控制BUCK变换器。RBCOT具有瞬态响应快,电路简单,轻载效率高等优点,但在输出电容的ESR很小时,存在震荡的问题。另外其输出电压精度受纹波大小影响有很大误差。本文针对传统RBCOT的稳定性和输出电压精度的问题提出了纹波增强和失调消除方案。并且对其中关键的谷值检测电路,信号叠加及PWM比较器电路进行设计和分析,并给出仿真验证结果。该电路可在稳态以及瞬态负载跳变过程中快速跟踪纹波信号谷值,消除输出电压失调。