跨入新世纪,科学技术发展日新月异,越来越多的电子产品进入大众视野,并逐渐成为了人们生产生活中不可或缺的组成部分。Buck变换器作为一类重要的压降型拓扑,因其具有能量转化效率高、输出电压范围宽、带载能力强等优势,广泛应用于便携式设备、汽车电子、工业自动化等领域。伴随各类需求的不断增长,对Buck变换器输入电压范围、能量转化效率等指标的要求也逐渐提高,所以选择合适的环路控制方式以及合理的性能优化策略在电路设计过程中显得愈加重要。通过对比Buck变换器常见的环路控制方式并结合实际需求,本设计决定选用各项性能较为均衡的峰值电流模式(Peak Current Mode,PCM)控制架构。为实现较宽的输入电压范围,本文应用描述函数法对控制环路进行小信号建模,并根据所得结论选取合理的频率补偿参数。为解决轻负载电流应用下系统效率较低的问题,本文设计了两种轻载控制模式来减小开关损耗。为应对过温、过流等突发状况,本设计加入了多种异常情况监测机制用于保障系统的可靠性与安全性。应用所选取的环路控制方式,本文设计了一款同步整流Buck变换器。具体包括以下关键子电路:低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO),该子电路带有输入电源切换功能有利于提升系统效率同时具备较高的电源抑制性能;误差放大器(Error Amplifier,EA),该子电路附带上限箝位功能,能够起到防止电感过流的作用;过零检测电路,该子电路能够精确判断电感电流值,有效避免电感电流倒灌;轻载控制器,该子电路通过合理的比较限以及控制逻辑设置实现高效的轻载控制;高侧功率管栅源电压欠压检测电路,该子电路应用时间基准检测方式,结构简单且准确度较高。本设计采用0.18μm BCD工艺进行电路搭建并使用Virtuoso仿真平台对变换器功能以及性能进行验证。结果表明,本文设计的Buck变换器能够在3.6V~48V的宽输入电压范围内实现0.97V~24V的稳定输出且输出电压误差小于±3%,同时变换器具备最高5A的带载能力。前端仿真结果显示,系统在典型应用条件下能够达到95%的能量转化效率,在10mA的轻载条件下也拥有超过70%的效率。除上述关键性能指标外,其余系统指标也符合设计要求。