在云计算、大数据的冲击和影响下,数据中心规模持续增长,而日益突出的高能耗问题在一定程度上限制了数据中心的发展速度。提升数据中心电源系统效率,特别是提升数量庞大的电压调节模块（Voltage Regulator Module,VRM）效率,对于构建绿色数据中心显得愈发重要。同步整流Buck变换器由于结构简单、易于控制等优点广泛应用于VRM中,其近似临界导通工作模式（Near-Critical Conduction Mode,Near-CRM）作为一种无辅助电路的软开关实现方案,可以在提升变换器响应速度的同时实现零电压开通（Zero Voltage Switching,ZVS）。结合增强型氮化镓高电子迁移率晶体管（Enhancement-Mode Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor,e-GaN HEMT）禁带宽、开关速度快、导通电阻低、耐高温高压等优点,本文选择基于e-GaN HEMT的单相near-CRM同步整流Buck变换器作为研究对象,围绕提升变换器效率这一目标,开展了以下研究:首先,建立e-GaN HEMT开关分析模型。一方面,综合考虑回路寄生电感、非线性结电容和跨导建立等效电路;另一方面,结合e-GaN HEMT的开关特性和near-CRM同步Buck变换器大电感电流纹波的特点,对开关暂态过程进行模态划分,通过对子模态状态空间方程进行数值求解得到准确的开关分析模型。波形对比结果表明,分析模型波形与仿真和实验波形基本吻合,模型准确度较高。准确的开关分析模型能用来估算开关损耗,为后续损耗分析奠定基础。其次,分析变换器损耗分布情况,探究变换器效率的主要影响因素。基于开关分析模型和电感电容相关计算方法,从开关管、电感、电容和寄生效应四方面开展损耗计算。损耗分析结果表明,电感和死区时间值对变换器效率有较大影响,合理选取这些参数有助于提升变换器效率,因此在后续参数优化设计时需要对二者进行重点设计。然后,基于MATLAB GUI平台,以效率为优化目标对电感和死区时间值进行优化设计。一方面,结合纹波要求和ZVS边界条件,采用遍历法,确定满足条件的电感和死区时间取值范围。另一方面,采用面积积法设计和绕制电感,获取电感损耗计算所需参数。在此基础上,计算各组参数下的系统损耗,将系统效率最高时对应的电路参数作为优化设计结果输出。仿真结果表明,优化设计结果能同时满足电流纹波要求和ZVS边界条件。最后,搭建一台12V/3.3V 10A的同步Buck实验样机,测试各组参数下的电路性能。实验结果显示,参数优化设计结果不仅能满足电流纹波要求和ZVS边界条件,同时也能保证系统效率最高;经优化设计后,系统效率从73.2%提升至79.0%。