随着智能化便捷时代的发展,电子设备都需要满足体积小、功耗低等要求。其供电电源也向着高集成、高效率的方向发展。其中,提高功率密度一直是模块电源研究的热点问题,开发一款高性能的模块电源具有重要的现实意义。本论文为设计一款宽温(-45-105℃)的50W高性能模块电源,对优化效率、环路特性、大信号瞬态响应以及高频化设计展开了研究。首先选用了低端有源钳位正激拓扑,应用了平面变压器以降低高度。然后采用了铝基板层叠式结构以工作在宽温环境,设计了前级电路以抑制瞬态尖峰电压。然而在样机试验时发现,该模块电源效率偏低,动态特性未达标,且在大信号负载跳变时出现误关断的故障,动态特性较差。为解决上述问题,本文进行了效率特性和环路特性的优化。首先在完成整体损耗分析的基础上,选定平面变压器作为损耗优化的对象。然后针对低压大电流的应用场合,对平面变压器的匝数设计和绕组分布进行优化,并运用理论分析、Maxwell仿真和实际试验的方法完整地验证了效率特性的优化结果。接着,分析了瞬态时域波形与频域指标间的联系,详细分析了主功率级、磁复位级和控制级电路参数对动态特性的影响。最后给出了基于时域指标的环路参数优化设计,并从磁复位的角度解决了负载大信号阶跃响应时误关断的故障,实现了对模块电源环路特性的优化。最终版模块电源满足了所有指标。此外,为进一步提升功率密度,本文探索了基于GaN器件的高频化设计技术。首先以提高效率和降低磁件体积为目标,运用优化算法对开关频率和变压器进行了设计。然后对高频化时的振荡、软开关等问题展开了研究。最后基于高端钳位正激电路完成了一款800kHz高频样机的研制,实验结果验证了理论分析的正确性。采用GaN器件和高频化设计后新样机功率密度提升约50%,最高效率近91%。