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基于电感储能的非线性开关DC-DC稳压电源具有广泛的输入输出电压范围、较高的转换效率、较强的带载能力及高的集成度,这些特性满足了当代电子电力产品/设备对电源的需求,特别是对于便携式电子产品。所以其得到了广泛的应用,并仍然具有广阔的发展前景。本文以基于电感储能的非线性开关DC-DC稳压器为研究对象,简要介绍了其基本工作理论,分析对比了几种典型的基本控制模式,并重点研究分析了其中的固定导通时间电流模(COTCM)控制模式。COTCM控制模式兼具固定导通时间控制模式和电流模控制模式的优点,如简单的结构、轻载高效、快速的瞬态响应速度、限流保护等,同时无需斜坡补偿提高了系统稳定性与带载能力。然而其工作频率随输入输出电压、负载、系统延时、死区时间等波动,其工作频率的不稳定导致系统难以集中处理EMI,其调制方式固有的缺陷限制了负载跳变中瞬态响应速度的进一步提高,其输出电压精度随应用环境变化,这些缺陷限制了其进一步发展。有鉴于此,本文在COTCM控制模式的基础上进行优化设计:引入输入电压前馈与输出电压反馈实现自适应导通时间控制,消除了输入、输出电压对系统工作频率的影响;提出一种内置伪PLL应用于系统中,根据系统实际工作频率偏离参考工作频率的程度自动调节开关功率管的导通时间,大大抑制了负载、系统延迟、死区时间等因素对其工作频率的影响,进一步提高了工作频率的稳定性;引入跨导线性环技术实现了工作频率的跟踪、可调,简化了外同步功能的实现,拓宽了系统工作频率范围并降低了锁相环电路的设计难度;新颖瞬态响应增强电路的设计进一步加快了其在负载跳变中的响应速度;模拟校准电路的设计实现了输出电压正、负连续可调,提高了输出电压精度;研究分析了其环路稳定性,在获得精确频域模型的基础上应用片内频率补偿技术进一步提高了其环路稳定性。最终得到一种称之为改进型的自适应导通时间电流模(AOTCM)的控制策略。本文将上述改进型AOTCM控制策略应用于降压型DC-DC稳压器,并集成可编程软启动,振铃消除,过零检测,过温、过流、短路保护等功能,最终得到一款高性能的自适应导通时间谷值电流模控制的降压型DC-DC稳压器芯片。该芯片在Cadence平台上基于350nm BCD工艺完成电路的设计、仿真与版图设计。仿真结果证明本文实现了工作频率高度稳定且范围广泛、轻载高效、大负载、超快速的瞬态响应、高输出电压精度等设计目标。