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电源管理芯片作为现今社会电子设备中的关键模块,它的性能直接决定着电子设备的好坏。开关电源以其功耗低、效率高、应用范围广、可集成化高等优点,被越来越普遍的应用。恒定导通时间(Constant On Time,COT)控制Buck变换器有着瞬态响应性能好、轻载效率高等优点,因而受到了设计人员的青睐,但是COT控制Buck变换器存在着开关频率易受工作条件改变而变化的缺点。本文设计了一款基于锁相环(Phase Locked Loop,PLL)调制的恒定导通时间控制Buck变换器。本文针对COT控制Buck变换器开关频率易受工作条件改变而变化等问题,建立COT控制Buck变换器小信号模型,确定了系统环路的补偿方案,并重点设计了频率同步作用的锁相环和外部时钟同步作用的锁相环。前一个锁相环可以将系统的开关频率锁定到一个参考时钟频率,使Buck变换器稳定工作时的开关频率恒定不变,从而解决了传统COT控制中开关频率偏移的问题。设计锁相环的带宽为Buck变换器环路带宽的四分之一左右,保证了瞬态阶跃时,保持COT控制模式瞬态响应速度快的特点,让Buck变换器的输出电压快速的恢复,不至于被锁相环降低响应速度。而第二个锁相环可以使系统的内部的参考时钟频率与外部输入时钟频率同步,为多电源芯片的并联提供了可能,极大的增加了供电方案的灵活性,去除复杂电源系统中的拍频干扰(Frequency Beating Interference)。本文基于0.35μm BCD工艺设计实现了一款基于锁相环调制的恒定导通时间控制Buck变换器芯片。并在Spectre下仿真和验证。仿真结果显示,时钟同步锁相环可以将内部时钟信号与外部时钟同步,频率同步锁相环可以稳定的控制开关频率。输入电压4V到14V变化过程中,芯片的线性调整率为0.015%/V,负载电流0A到4A变化过程中,负载调整率为0.18%。测试结果显示,本文设计的Buck变换器具有频率同步功能,实现了宽电压范围条件下输出电压的高精度和开关频率的高稳定性。为提高输出电流,本文还设计了一款采用PLL进行频率同步的Buck变换器控制器芯片。其输入电压范围为6V~18V,输出电压范围为0.6V~10V。电流采样电路采用了DCR采样方式,DCR电流采样电路中加入了电平位移电路与浮动电压产生电路,保证了宽输出电压范围情况下电流采样正确性,电流采样电路带宽为9.35MHz,增益为15.4dB,共模输入范围为0V~10V。