随着信息技术和国防工业的不断发展,不但AC-DC变换器的需求指数增长,而且技术指标也越来越高。相较于AC-DC变换器的定制开发,模块化开发具有开发周期短、通用性强的优点,已经广泛应用于各种AC-DC供电系统的构建中。集成PFC和隔离DC-DC于一体的大功率隔离AC-DC电源模块不但可以解决传统PFC电源模块级联隔离DC-DC电源模块中因工作时序造成的控制复杂问题,而且具有模块数量少、成本低、可靠性高的优点。另一方面,调研发现单级隔离AC-DC电源模块虽然器件数目少,但是功率传输容量有限,难以满足高功率应用。相较而言,两级式隔离AC-DC电源模块架构在大功率场合更具优势。然而,当前集成PFC与隔离DC-DC于一体的隔离AC-DC电源模块主要存在:(1)前级PFC通常采用有桥Boost PFC变换器,低压输入时效率不高;(2)后级隔离DC-DC变换器开关频率多为100k Hz左右,限制了电源模块功率密度的提高;(3)普遍采用Si MOSFET,随着半导体技术的不断进步,Si器件已逐渐接近其理论极限,阻碍了电源模块转换效率和功率密度的进一步提高。因此,本文以隔离AC-DC电源模块高效率、高功率因数和高功率密度为目标,从电源架构、变换器拓扑、参数优化和数字控制等方面进行了深入研究和讨论。首先,论文从转换效率、EMI特性、功率密度、成本等角度,对各种PFC变换器进行了综合考量,最终确定Dual-boost无桥PFC变换器作为前级PFC部分的技术方案。在详细分析了Dual-boost无桥PFC变换器的工作原理和工作模态的基础上,基于分解的前级PFC变换器的技术指标和尺寸限制,进行了电感优化、器件选型以及启动浪涌抑制电路的设计。接着针对后级隔离DC-DC变换器高压输入、低压大电流输出的特点,以实现高效率和高功率密度为目标,通过对常用拓扑的对比分析,选择主次侧二极管箝位移相全桥ZVS变换器作为后级隔离DC-DC变换器拓扑结构。在分析了Si MOSFET移相全桥ZVS变换器存在问题的基础上,确定了基于GaN HEMT的移相全桥ZVS变换器的技术方案。分析GaN HEMT的移相全桥ZVS变换器的工作原理及运行模态,设计了功率级电路参数、高频GaN HEMT驱动电路和数字控制算法。最后,在实验室构建了1kW隔离AC-DC电源模块样机。实验结果表明:1)前级PFC变换器额定220V输入、满载输出条件下能够获得97%的转换效率和0.993的PF值,功率密度高达205.85W/in~3,且在85-265V输入、半载以上能够获得大于94%的转换效率和大于0.95的PF值;2)后级基于GaN HEMT的移相全桥ZVS变换器在额定400V输入、半载以上样机转换效率高于95%,满载转换效率95.1%;3)两级工作时,额定220V输入、满载输出条件下转换效率达92.1%,相较于同功率密度、相同输出/功率等级的工业界成熟的产品PFE1000FA-28,效率提升了3个百分点。