随着电子信息技术的快速发展,如何为各种电子元件提供高效、稳定的供电成为了业界共同面临的问题,DC-DC变换器凭借能量转换效率高、体积小等优点成为了业界常用的功率拓扑。由于汽车电子、工业控制等应用场景的不断涌现,Buck变换器需要在宽输入输出电压、宽频率和宽负载的应用范围内正常工作。为了满足上述需求,宽应用范围Buck变换器由此产生,设计这类Buck变换器需要选择合适的控制策略并且搭建符合要求的实现电路。为了找出合适的控制策略,本文归纳了宽应用范围Buck变换器对控制策略的性能需求,通过对边带效应的分析确立了DC/DC环路稳定性的推导思路,对PCM(Peak Current Mode,峰值电流模)、COT(Constant On-Time,恒定导通时间)电流模、RBCOT(Ripple-Based COT,纹波控制COT)三种业界常用的控制方式进行了精确的小信号建模,基于建模结果对几种控制方式在宽应用范围下的模型参数变动和频率补偿策略进行了分析和验证。综合考虑各类因素,PCM以其抗噪声能力强、开关频率易受控制等优点,成为本文选择的控制方式。基于PCM控制方式和相应的频率补偿策略,本文首先设计了一款高可靠性的异步整流控制器。为了实现全片内集成的内部供电,本文在电路内部设置了分离电源轨,使用多个LDO(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器)和伪LDO架构电路完成系统供电;高精度的基准偏置电路用于产生零温度系数的基准电压和偏置电流;高速SenseFET电流采样、与频率相关的斜坡补偿等电路实现了宽应用范围下的环路控制功能。上述方案基于0.35μm 60V BCD工艺进行了流片,测试结果表明,本文提出的电路方案在4.5-36V,200k-1.5MHz,0-2A的应用范围内均可以实现良好的输出调整效果,满足了设计要求。基于异步电路的研究结果,本文还设计了一款满足更宽应用范围的同步整流控制器,重点研究了该电路面临的几项关键问题。为了满足低压高频下的系统供电需求,本文提出了高能量转换效率的LDO、基于开关LDMOS的自举充电电路。此外,本文还针对高频应用提出了一种新颖的电流采样架构,设计了同步整流控制器需要的下管电流检测模块。仿真结果表明,基于上述方案搭建的控制器芯片可以在3.6-42V,200k-3MHz,0-3A的应用范围内实现对输出电压的调整。