随着人类社会的发展,科学技术水平不断提高,人类对空间探索和科学研究的需求也日益增加,在这种情况下,具有高比冲、高载荷的电推进系统应运而生。电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)承担着将太阳能电池板产生的电能转换成电推进器所需要的电能的任务,是电推进系统中最重要的组成部分之一。PPU具有输入电压和输出电压范围宽的特点,并且有输入输出电气隔离以及高效率高功率密度的要求。针对输入输出隔离的要求,首先选择了LLC谐振变换器以及预调节器+直流变压器(DC Transformer,DCX)的两级式架构。在预调节器拓扑的选择上,比较了常用的升降压拓扑,选择了双管Buck-Boost变换器(Dual Switch Buck-Boost,DSBB)。为了实现高效率和高功率密度,将DSBB变换器改进为交错并联四管Buck-Boost(Four Switch Buck-Boost,FSBB)变换器。最终提出了一种交错并联FSBB+LLC谐振变换器的方案。为了提高开关频率以提高PPU的功率密度,本设计采用宽禁带GaN器件。本文首先介绍了GaN器件的基本工作原理及分类,在此基础上详细介绍了Cascode GaN器件的特性及优势。根据Cascode GaN的具体结构和寄生参数,分析了Cascode GaN器件结电容不匹配时存在的不能实现ZVS以及开关过程不可控振荡等问题,提出了相应的解决方法,并进行了仿真验证。在确定了前级交错并联FSBB+LLC谐振变换器的基础上,详细分析了两模式控制FSBB的工作原理以及采用单载波双调制波控制方式实现两模式平滑切换的方法。对于后级LLC谐振变换器,通过合理的参数设计使电压增益恒定,变换器工作在DCX模式。为了对PPU进行扩容,在单模块基础上,使用主从设置法实现了模块并联。研究了两级式控制环路的设计方法,并对考虑LLC影响的闭环参数进行设计。针对宽输入宽输出电压范围的DCX-LLC进行研究,当输入输出电压最低时,寄生电容最大,对软开关的影响最恶劣,并提出可以通过提高四元件谐振频率来减小结电容对ZVS影响。根据上文的理论分析,设计了变换器的主电路参数,确定了器件的选型。最后研制了两台额定功率为1.2k W的电源处理单元模块,并进行了单模块以及两模块并联系统的稳态与动态实验,验证了理论分析和参数设计的正确性。