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低功耗,高效能,是当今绿色电源设计的趋势,大到电源系统模块,小到电源芯片皆是如此。本文在降压型DC-DC转换器基础上研究低功耗,高转换效率,高性能的电源控制环路方案。为了对比分析,本文首先讨论了一种应用广泛的轻载高效模式,零电流开关和突发模式(Burst mode)组合而成的ZCS (Zero Current Switch)模式。电感电流连续过零时进入轻载模式,探测到输出电压下降时离开轻载模式。采用0.5-μm BCD工艺,在输入电压12V,输出电压3.3V的典型应用下,负载降到400mA时进入ZCS模式,转换效率大大高于同样负载下的PWM模式,特别是在负载10mA时,PWM模式的转换效率只有45.6%,而ZCS模式的转换效率有81.8%.但ZCS模式在轻载到重载切换时响应较慢,输出电压下坠较大。接着本文讨论了LAM (Load Adaptive Mode)轻载高效模式,不同于ZCS模式,LAM模式下由误差放大器构成的电压环路始终工作,在模式切换时具有更快的负载响应。在LAM模式下,会根据负载大小来调节轻载门限电压,同时调节电感电流峰值,通过理论推导与电路设计,实现了对输出电压纹波的控制。但LAM模式的缺陷在于其轻载模式的负载门限较高,在中间负载区间(400mA<ILoad<1A)也进入了不合适的轻载模式而导致性能大大下降。而后,本文结合ZCS模式和LAM模式各自的优点,设计出了一种新的轻载高效PCS (Peak Current Switch)模式,其将峰值电流开关和采样保持模式组合,克服了ZCS模式大负载响应慢和LAM模式的轻载门限高的问题。在典型应用下,PCS模式的轻载门限为200mA,全负载段(10mA到3A)的转换效率在82%以上,峰值转换效率达95%.在3.3V输出下,负载由50mA突变到2A时,输出电压只有56mV(1.7%)的下坠。最后,本文对上述三种轻载模式进行了对比与总结。在全输入输出范围来看,PCS模式是最优的轻载高效模式,其在输出电压纹波和负载响应上都明显优于ZCS模式和LAM模式,仅在个别负载点的效率略低于ZCS模式。