随着半导体工艺的不断发展,特征尺寸不断降低,模块所需的电源电压也在不断降低,甚至低至1V以下。若在便携式电子设备典型输入电压(约10V)下,采用传统Buck变换器来实现高降压比则会出现效率以及电感和电容的成本问题。故高降压比、高效率的单片电源管理芯片研究和设计就非常有意义。考虑到开关电容电路的效率高、易集成、电压应力小等优点,论文提出了一种适合于高降压比的开关电容与Buck(SC-Buck)的混合拓扑结构。设计的芯片系统采用了新颖的混合拓扑结构。整个系统只需要四个功率开关,极大地节约了芯片面积;同时通过对时序的优化设计,保证只有一个功率开关处于硬开关的状态,提高了系统的效率。控制策略上采用了改进的峰值电流控制模式,通过对系统中零极点的分析设计可以实现对输入电压和输出负载变化的快速瞬态响应,且对输出电容的ESR值没有要求。在较轻载情况下,启动自动调节失调电压的过零检测模块,以保证功率管会在电感电流过零时及时关断。如果负载进一步降低,系统则会进入Burst模式来进一步提高系统在轻载下的效率。针对上电瞬间的浪涌问题,系统还进行了专门的两级软启动设计。此外,芯片还设计了过温保护及过流保护来保证系统安全工作。芯片在Global Foundries 0.18μm BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺下完成设计。论文设计的SC-Buck直流变换器输入电压为5～10.5V,输出电压为1V,最大输出电流为4A,最高效率可达85%以上。系统仿真结果表明,芯片在上电时能够正常启动,负载跳变时的系统响应、轻载条件下的零电流关断和Burst工作模式也符合设计预期。