开关电源作为系统的供能装置,由于其性能的优劣直接关系到电子设备能否达到技术指标要求以及安全可靠地工作,因此开关电源芯片一直是微电子学和功率电子学研究的热点。本课题从系统定义到模块设计与芯片测试,完成了两款开关电源芯片的设计,并分别从小信号和大信号角度研究了影响开关电源稳定性的因素。首先,采用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法,建立了小信号下连续模式(CCM)DC/DC转换器的功率级模型,实现了非线性向线性模型的转化,采用此模型得到的从“控制到输出”的传递函数与采用状态空间方法得到的传递函数一致。并在此基础上基于Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行了设计和仿真,仿真结果表明采用双极点-双零点补偿得到的系统性能最好。其次,针对芯片的应用环境,研究了外界条件对芯片稳定性的影响,包括输入输出滤波电容的选择,PCB布局和抗振铃电路的设计。本文对芯片进行了流片与测试,测试结果表明,静态电流、效率、输入输出范围等关键指标均满足设计要求。同时采用以速度换精度的折衷方法,对第一次流片的芯片进行了优化设计。一是将误差放大器,带隙等关键电路的带宽降低到芯片内部开关工作频率的1/5,从而将工作频率处误差放大器的增益降低到– 20 dB,以降低芯片输出端的开关噪声带来的影响,提高芯片的抗干扰能力。二是增加了软启动设计,输出过流保护电路设计和钳位电路设计,以提高系统的响应速度。仿真结果表明,优化后的芯片与第一次流片结果相比:输出波纹降低了50%;在带宽降低的情况下,响应速度与第一次流片相当。最后采用CSMC0.5μm DPDM工艺对芯片版图进行了设计,并进行二次流片。