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如今,小型化和高效率是开关电源的追求目标,随着开关频率的提升,变换器的尺寸不断减小,然而,开关、驱动和磁性元件等和频率相关的损耗也在不断增加。传统的硅（Si）器件在更高的频率下已经越来越多地被第三代宽禁带半导体器件如氮化镓（Gallium Nitride,GaN）、碳化硅（Silicon Carbide,SiC）等代替。第三代宽禁带半导体器件除了拥有更高的禁带宽度,其性能系数（Figure of Merit,FOM）相比Si器件也低很多,带来更小的导通电阻(On-resistance,Rds（on）)以及更小的门极充电电荷（Qg）。在兆赫兹（MHz）以上的频率,GaN器件的优势更加明显,其Qg只有相同规格Si器件的几分之一,能够大幅降低驱动和开关损耗。在低压小功率场合,应用超高频（Very High Frequency,VHF）谐振变换器实现直流变换,针对传统空芯变压器集成方案占用印制电路板（Printed Circuit Board,PCB）面积大的问题,提出了一种3D集成方案,将空芯变压器集成在主电路的下方,并利用有限元仿真对变压器和其他元器件的距离进行控制,减小了变压器磁场的干扰。这种集成方法大大减小了PCB的面积,提升了变换器的功率密度。新型空芯变压器集成方案在三台5 V输入、5 V/2 W输出超高频谐振反激变换器上进行了实验验证,分别为20-MHz Si方案、30-MHz GaN方案和50-MHz GaN方案。其中,30-MHz GaN方案样机实现了80.1%的效率（相比20-MHz Si方案提升1.1%）和32 W/in3的功率密度。50-MHz GaN方案样机实现了39.4 W/in3的功率密度,相比20-MHz Si方案提升41%。在效率接近的前提下,三台变换器的高度都只有商用产品的一半,因此非常适合对尺寸要求高的场合。针对高压输入场合传统LLC变换器开关管电压应力高的问题,提出了一种基于模块化多电平（Modular Multilevel Converter,MMC）结构的LLC变换器,将原边器件电压应力减小为输入电压的一半,应用了650 V的GaN器件,取代1700 V的SiC器件,大大减小了器件的导通损耗,并将开关频率提升至1 MHz,大幅提升功率密度。应用矩阵变压器实现大降压比,原边自动实现均压,副边自动实现均流。由于使用了平面变压器,高压下层间电容的影响很大,在谐振电流中引入了高次谐波,影响了原边零电压开通（Zero Voltage Switching,ZVS）的实现。为此提出了一种分离谐振腔的解决方案,将谐振电感和谐振电容分成完全相同的两个,分别放在谐振腔的电流流入和流出端,减小两个阻抗的差异,提高谐振电流的一致性。为了进一步减小变压器层间电容,变压器绕组应用了非夹绕方案,有效减小了谐振电流中的谐波含量。实验中搭建了两台1 kV输入、32 V/3 kW输出的MMC LLC样机,开关频率为1 MHz,同步整流方案效率为95.9%（比二极管方案高1.8%）,功率密度高达107 W/in3,相比300-kHz SiC样机体积减小了69%,满载效率提升1.5%。