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5G和AI智能技术的普及促进了智慧医疗、智慧家居和智慧交通等产业的发展,进一步提高人类的生活品质,这些电子信息产业的发展离不开开关电源的发展。随着人们不断追求绿色可持续发展的理念,这也推动着开关电源向着高频化、高效化的方向发展。本文主要进行恒定导通时间控制（Constant On Time,COT）控制Buck变换器的高频化研究。首先,通过描述函数法分别对锁相环（Phase Locked Loop,PLL）调制的电流模COT控制Buck变换器和RBCOT（Ripple-Based Constant On-Time,RBCOT）控制Buck变换器进行小信号建模,分析其环路稳定性,并给出环路补偿方案。接着,从超窄脉宽技术、环路延时对带宽的影响、频率漂移、效率优化以及振铃等几个方面分析了Buck高频化的关键技术。最后,基于上述研究设计了两款高频COT控制Buck变换器本文基于0.18μm BCD工艺,设计一款基于PLL调制的COT控制高频Buck变换器,通过PLL实现调节Buck的导通时间保持频率恒定和扩展变换器支持多相级联。本文完成了芯片的系统架构、工作和保护逻辑设定,采用R3D优化了功率管布线电阻,并给出功率级隔离方案。通过Spectre对子模块和整体电路进行验证,实现了版图设计和芯片测试。测试结果表明,变换器支持在4MHz高开关频率下工作;单路最大负载电流4A,支持4相并联16A的输出;负载电流从0A到2.5A变化时,输出电压的下冲为27mV,恢复时间7.8μs;输出电压的过冲为38mV,恢复时间6.4μs;在典型的12V输入,1.2V输出下负载调整率小于0.5%;电源电压从4V到16V变化时线性调整率小于0.1%/V;峰值效率高达97.5%;芯片的功能均达到设计要求。本文基于0.18μm BCD工艺,还设计一款基于单周期输出电压预测技术（Single Cycle Output Voltage Prediction,SCOVP）的高频率稳定度RBCOT控制Buck变换器。提出了一种具有SCOVP技术的单脉冲计时器（One-Shot Timer,OST）电路,通过单周期占空比预测输出电压信息,并根据预测的输出电压补偿TON时间,解决由于Buck的寄生电阻在负载变化时引起的频率漂移问题,实现了Buck的频率稳定。仿真结果表明,芯片的最大负载电流5A;在2MHz的工作频率下,负载电流从5A到1A变化时,输出电压的过冲为58mV,输出电压恢复时间4μs,频率重新稳定时间5μs;输出电压的下冲为33mV,输出电压恢复时间1.46μs,频率重新稳定时间3μs;负载从1A到5A变化时最大频率漂移ΔfSW只有13kHz,负载平均频率变化ΔfSW/ΔILoad为3.24kHz/A。相比于传统的COT控制频率稳定度从88%提升到99.35%。