硅(Si)功率半导体器件经过三十多年的发展,其性能已逼近理论极限,而开关电源的发展趋势继续向高频化、高功率密度化和高效化进步。以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料有着许多Si材料所不具备的优异性能,宽禁带GaN器件有望成为Si功率半导体器件的替代者。增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(e GaN HEMT)的特性与传统Si MOSFET有些相似,但又有差异。本文即以高效和高频为目标,设计和研究增强型GaN HEMT在一台两级DC/DC模块电源中的应用,特别对驱动电路和效率的优化进行分析和改善设计。论文首先介绍了GaN器件的发展与现状,分析了GaN材料和器件的优势,并对国内外GaN器件的应用研究热点与进展做了概括。随后,具体设计了基于EPC公司增强型GaN HEMT的两级DC/DC模块电源。其采用Buck+推挽拓扑和同步整流,开关频率为700k Hz,对平面磁性元件及输出滤波器本文也进行了具体设计。本文详细研究了杂散电感对高频驱动电路的影响,并对本文所选的GaN HEMT型号设计了高频驱动电路,通过优化驱动电路与PCB布局实现了可靠驱动。计算了磁性元件的理论损耗,仿真验证了GaN HEMT损耗小的优势。此外,本文分析了推挽级软开关的机理,通过优化死区时间提高了变换器效率。对抑制GaN HEMT的反向导通损耗也做了分析和改善设计,并实验验证了措施的有效性。在理论设计的基础上,制作出450W全砖八层板结构样机,并实测了主要电源指标,效率可达95.05%。论文也实验了在500k Hz和340k Hz开关频率下的多个电源指标。实验结果表明,增强型GaN HEMT在提高开关频率和效率上较Si器件有着显著优势,具有优良的工程应用前景。