在现代便携式电子设备中,锂电池已经成为最广泛使用且经济的储能设备。随着电子设备小型化发展,电源管理模块的集成度越来越高。相应地,小尺寸片外器件的寄生参数也因特殊的制造工艺发生变化。同时,应用的多样化对电源管理模块要求更多。其需要具有较高的输出电压直流精度、较好的电磁兼容特性、较快的瞬态响应速度以及较强环路稳定性。在这样的背景下,设计一种具有良好的电磁兼容特性、高输出电压直流精度、瞬态响应较快且稳定性不依赖于片外元件寄生参数的DC-DC变换器是具有商业价值以及理论研究意义的,这也是本文主要的研究目的。本文基于自适应导通时间控制模式,设计了一种锂电池供电应用的降压型DC-DC变换器。由于自适应导通时间降压型DC-DC变换器的控制环路中不需要对控制环路进行补偿,所以相比于传统的控制模式,其响应速度将会更快。另外,为了防止片外输出电容的寄生参数的对环路稳定性造成影响,本文采用了纹波注入的方式增强了变换器的稳定性,使得变换器在低ESR的情况下能正常工作。再者,为了克服该控制模式下所采用的谷值电压检测以及纹波注入所导致的输出电压直流精度问题,采用了输出电压直流校准模块来补偿这部分误差量,有效地提高了输出电压直流精度。之后,为了抑制开关频率的偏移,提高变换器EMI的性能,考虑所有功率管的导通压降等非理想因素对频率的影响,采用了电压采样的方式使得导通时间能与实际的占空比成正比,保证了开关频率的一致性。最后芯片内部还具有软启动电路、限流保护,保障芯片能稳定安全地工作。本文首先比较各种控制模式的优缺点,分析了自适应导通时间控制模式所存在的问题,提出了相应的方法进行改善并对变换器环路小信号模型进行了推导。其中采用纹波注入减小了环路稳定性对片外元件寄生参数的依赖性,采用精度校准电路提高了输出电压精度且自适应的补偿导通时间提高了开关频率的稳定性,减少了EMI。本文采用了SMIC 0.18μm标准的CMOS工艺,使用Cadence Spectre仿真工具对电路模块以及整体进行了仿真验证。结果表明:变换器能够在低ESR的情况下正常工作;在2.7V-4.5V的输入电压范围下,CCM模式下的开关频率相比于2MHz的额定频率误差能够低于1.9%,输出电压直流点相比于预设值1.8V偏差能够低于1%。负载电流从0.2A阶跃到0.5m A以及从0.5m A阶跃到0.2A两种情况下稳定时间分别为7μs和19μs,且上冲电压和下冲电压分别为39m V和42m V。