随着大数据时代的迅速发展,数据中心所需的能量不断增加。AC/DC变换器作为其重要组成部分,提高变换器效率和功率密度成为主要追求目标。其中,两级式AC/DC变换器凭借其控制精准、设计较为简单的优点而拥有巨大发展空间。本文提出一种基于图腾柱软开关PFC电路的AC/DC变换器,电路结构简单且器件数目少。同时电路中开关器件具备软开关特性,能够在较高频率下稳定工作,进而在有效提高系统功率密度的同时保证变换器效率。本文探究了Ga N型图腾柱软开关无桥PFC电路的工作原理,得到了在全输入电压范围内利用开关管寄生电容谐振具备软开关特性的约束条件。通过全数字控制实现电路在电流临界和准方波两种状态下切换工作,保证变换器在具备功率因数校正功能的同时实现开关管零电压开通。同时本文结合变换器工作特性,提出了电路中主要元器件参数的设计方法。本文分析了PFC变换器传统电压闭环控制方法的局限性,并提出了闭环优化设计方法以获得更好的动态响应。结合变换器固有输出纹波特点,设计了梳状滤波器以消除电压纹波对控制回路的影响。并针对加入滤波器后的系统建立了时变非线性系统模型,利用Nyquist曲线设计了补偿网络并基于差分算法设计了数字补偿系统。基于上述软开关条件和数字补偿设计,本文提出了图腾柱软开关无桥PFC电路的数字化双闭环控制策略,并利用Simulink平台进行仿真验证。其中电流内环以电流过零检测环节为基础,通过对开关器件开通和关断时刻的控制实现了零电压开通,并设计了防误触发环节及过电流抑制环节以提高系统的稳定性;电压外环通过采样母线电压对输出电压进行快速精确调节。硬件电路设计上,为了提高功率密度并降低系统损耗,本文采用了新型Ga N功率半导体器件,并提出了相应的驱动电路设计方法。同时利用平面磁性元件作为电感,并采用了变绕组宽度的设计方法,有效降低磁性元件损耗。最后搭建了一台额定输出功率400W,功率密度2.1W/cm3的样机进行实验验证,实验测得输入电压为工频交流220V时,变换器前级输出电压稳定400V,整体系统峰值效率为93.4%,验证了理论分析的正确性。