自从21年国庆节前有了可爱的小棉袄，工作之外的时间就被她占去了大半，也导致我的文章计划不断被推迟，小编“星星”小姐姐屡次委婉的催更，都被我以各种理由推脱，实在是不好意思。今年，小棉袄也三岁出头了，很可爱，我这个年过半百的老父亲也终于能够抽出一些时间重新拾起这个久久没有更新的星球号，写一篇吧。下面进入正题：
对于服务器设备来说，虽然不像一些小终端那样追求极致的低功耗设计，但随着近年来CPU，内存和外设等性能的提升，整机功耗也在不断突破以往的限制，整机乃至机房的耗电量就成为重点被关注。因为巨大的耗电量既造成能源的浪费，还会增加企业和个人的电费支出，而且散热也是一个令设计者头疼的问题。比如整机PSU转化效率为90%，进入主板后CPU供电模块的VRM效率为90%，那从整机输入侧到CPU核心电压这条路径上的电能转换效率只有90%*90%=81%！可能这个数字不够直观，但拿目前主流服务器CPU TDP功耗大概300W举例，将会有19%*300W也就是57W浪费在VRM功率变换阶段，相当于一个桌面CPU的功耗！而这部分功耗最终会以热的形式传播到主板和空间，造成整机内部环境温度升高和器件温度升高，这是我们不想看到的。想避免或者减轻这部分浪费及其带来的负面影响，最有效的手段就是提高DCDC在功率变换过程中的转换效率。
图1. 同步BUCK降压电源原理示意图
上图中所示为DCDC的一般电路原理，一个同步降压转换器的功率损耗主要集中在HS FET，LS FET，Driver，输出电感，输入电容。其中，MOSFET的损耗占绝大部分，然后是输出电感，最后是输入电容Cin。下面简明扼要地绍下各个部分的损耗及其计算方法，篇幅所限，针对每部分损耗的详细的分析会在另外的文章中介绍：
（1）HSFET损耗构成及其计算
HSFET损耗由导通损耗，开通损耗和关断损耗，输出寄生电容充放电损耗等构成
- 1） HSFET导通损耗估算公式：
- 2） 开通&关断损耗估算公式：
- 3） 寄生电容Coss损耗估算公式：
（或者Coss*Vin用Qoss代替）
- 4） 二极管反向恢复损耗估算公式：
（2）LSFET损耗构成及其计算：
LSFET损耗由导通损耗，体二极管损耗（死区续流）等构成
- 1) LSFET导通损耗估算公式：
- 2) 体二极管损耗（死区续流）计算公式：
- 3) 寄生电容Coss损耗估算公式：：
（或者Coss*Vin用Qoss代替）
（3）电感损耗构成及其计算
电感损耗主要包括线圈损耗和磁芯损耗。线圈损耗分为直流低频损耗和交流高频损耗，磁芯损耗分为涡流损耗，磁滞损耗，剩余损耗等部分。
- 1) 电感线圈直流损耗估算公式：
- 2) 电感磁芯损耗估算公式(一般以实测为准)：
（4）驱动损耗构成及其计算
驱动HSFET和LSFET过程中产生的充电放电损耗，主要是交流损耗，分为HSFET驱动损耗和LSFET驱动损耗这两部分。
- 1) LSFET驱动损耗估算公式：
- 2) HSFET驱动损耗估算公式：
（5）VCC损耗构成及其计算
由于DCDC内部逻辑和驱动电路通常由LDO供电，因此这部分转换会产生一部分效率损失，同时还有自举电路也会产生一些消耗。
- 1) HSFET驱动LDO损耗估算公式：
- 2) LSFET驱动LDO损耗估算公式：
- 3) 内部逻辑LDO估算公式：
（6）输入电容损耗构成及其计算
输入电容一般承受脉动的输入电流，虽然平均电流为0，但由于脉动成分较大，因此其RMS电流较大，同样会产生一部分功耗。
- 1) 输入电容损耗估算公式：
分析过DCDC中各部分功耗，就可以计算其在不同负载条件下的效率，并绘制出效率曲线。下面是采用EXCEL表格计算的一个主板BUCK电路的效率数据，并且将效率曲线绘制出来。
图2. DCDC理论计算参数设置
图3. DCDC理论计算效率曲线
为了验证以上计算结果的准确性，我们在实际主板找到参数完全相同的一个DCDC模块电路，然后进行效率实测。测试结果如下：
图4. DCDC实测效率曲线
为了更加直观的对比两个结果，将两份图标合并如下：
图5. DCDC实测效率曲线VS计算效率曲线
可以看到最终的实测效率和计算效率差距很小，不超过1%，轻载时候实测效率偏高，可能由于控制器内部做了一些轻载优化设计，重载时候实测效率低于计算，可能是由于负载增加后温升效应明显，导致线路阻抗和MOS的RDSon增加，效率变低。
以上就是这篇文章的内容，介绍了构成开关电源损耗的主要组成部分——MOSFET，输出电感，输入电容等。然后，根据工作过程中实际测试的效率结果，做出对比分析，直观的说明了DCDC或者BUCK电路的效率影响因素，并总结出提升主板电源效率的方法。本文篇幅有限，对理论计算部分只是浅尝辄止，后续文章会对DCDC中各部分的损耗和计算做展开讲解分析~
