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随着5G通信、人工智能、云计算和大数据技术的快速发展,高功率密度电子设备对于开关电源的要求也越来越高。开关电源在逐渐向高频化、多相化、数字化的方向发展。相较于模拟控制,数字控制模块化和智能化程度更高、灵活性更强,因此自数字控制方案提出以来,各大电源、半导体芯片公司纷纷开发出了自己的数字电源产品,推动了数字电源的发展。本文主要设计和实现一款多相DC-DC数字控制芯片。该芯片以CPU核—CK802处理器为核心,不仅具有软启动和均流功能,而且可以通过程序编写,最大化体现数字电源的灵活性。本文从芯片的数字滤波器(DPID,Digital Proportion Integration Differentiation Compensator)和高精度数字脉宽调制器(DPWM,Digital Pulse Width Modulator)、数字均流控制技术以及软启动技术四个方面展开进行设计。本文所设计的DPID采用并联独立型结构,通过零极点补偿,确定了补偿网络参数,提升了环路稳定性和瞬态性能;DPWM采用一种新型的全数字结构,基于同步设计避免了对RS触发器的使用,添加了多相交错同步功能,最终实现高达2MHz开关频率,250ps分辨率的DPWM输出;数字均流控制器基于调节DPWM和数模转换器(DAC,Digital to Analog Converter)两种均流控制方式进行设计,通过分析均流环路小信号模型得到其结构和参数,提高了环路稳定性。在完成芯片的电压环路和均流环路设计后,基于软件方式,实现了软启动技术,避免电压过冲。仿真结果表明电压控制环路稳定性良好,均流控制电路也实现了轻重载下均低于5%均流误差,加入软启动技术后输出电压未发生过冲。本文所设计多相DC-DC控制器芯片基于0.18μm CMOS工艺流片。测试结果表明,芯片通过调节基准电压可以实现0.6-3.3V输出电压,且具有过流保护和软启动功能。测得芯片的负载调整率为1%,线性调整率为0.21%。DPWM输出具有250ps分辨率和高达2MHz的开关频率。