近年来,GaN高电子迁移率晶体管（GaN HEMT,GaN High Electron Mobility Transistor）已被广泛地应用于各大新兴半导体发展领域,如快速充电器、激光雷达和数据中心等。因其在国家战略安全和产业加速升级等方面的重要作用,正成为我国集成电路领域重点科研攻关方向之一,在最近公布的“十四五”规划和2035年远景目标纲要中,明确出要加快氮化镓等宽禁带半导体的发展。在最新的发展要求和技术革新下,GaN功率器件正面临着全新的机遇与挑战,对基于GaN功率晶体管的电力电子系统也出了更高的要求。在不断推进GaN功率系统高效、小型化的发展过程中,GaN HEMTs严重的自热效应和电流崩塌问题,以及系统集成化问题已经逐步成为领域内研究的重点和热点。本文主要研究内容如下:（1）Buck功率转换器中对于GaN器件的应用主要还是基于分立器件来进行系统设计,GaN HEMTs为系统带来更高功率密度与更高效率的同时,也不可避免地产生了更为严重的自热效应。为了能够更加准确且直观地评估自热效应对于系统性能的影响,本文结合GaN功率器件与Buck转换器系统,从器件和电路系统两个角度,采取理论计算与实验测量相结合的方法,定量地计算了GaN HEMTs自热效应在电力电子系统中造成的功率损耗。其次,在分析过程中引入了GaN HEMTs动态导通电阻对功率转换器性能的影响,使研究更加全面。（2）除自热效应与电流崩塌问题外,基于分立GaN器件的应用方案在高频下严重的EMI问题也极大地制约了系统性能进一步的升。一种新的GaN系统设计方案——All-GaN集成化设计被出并且获得了越来越多人的关注。本文从GaN器件模型出发,建立了高精度硅基GaN器件Spice模型并导入主流电路IC设计软件,搭建了电路仿真平台,这也是实现全硅基GaN集成电路设计的基石。在建模过程中加入了自热效应与陷阱模型以优化完善Spice模型,高模型精确度,同时也通过器件模型建立将器件动态特性与All-GaN集成化设计相链接。最后,出了一种带有死区时间控制的All-GaN集成栅驱动,电路引入反馈结构实现了死区时间控制,有效避免半桥结构中高侧功率器件与低侧功率器件同时打开而发生穿通现象。同时,在非门和与非门的设计上通过采用主、次侧结合的方式,有效降低了电路的静态漏电。