高效率、高功率密度是当前电力电子技术发展的趋势,提高变换器开关频率是提高功率密度的有效方法之一,然而现有Si器件性能对开关损耗的影响限制了变换器频率提升。第三代宽禁带半导体材料,如碳化硅(Silicon Carbide,SiC)和氮化镓(Gallium Nitride,GaN),为同时实现高效率和高功率密度提供了重要机遇。本文发挥两种器件优异开关特性,分别对SiC宽输入范围高效回馈型直流电子负载与GaN MHz宽输入宽输出特种电源的应用进行了研究。针对测试节能的需求,本文提出了一种基于SiC的三级式能量回馈型直流电子负载架构,该架构可以高效率的将被测装置(Device Under Test,DUT)能量回馈到电网,通过高频隔离进一步提升系统功率密度。论文基于功能需求分析提出了三级式架构无超调软起动策略和控制环路切换的轻载控制策略,分析了二次谐波电流的传递机理,建立了负载模拟单元的小信号模型;通过负载单元的控制环路设计实现了对二次谐波有效抑制。搭建了一台150 V-750 V输入,220Vac输出,5 k W样机,通过动态与静态实验验证了所提架构及控制策略的可行性和有效性。样机满载工作时,峰值效率为95%,功率密度达到0.77 W/cm~3。针对宽输入宽输出航天发射特种应用,基于GaN器件,采用LLC-DCX与三相交错同步整流buck变换器两级式方案,解决传统单级LLC变换器在宽输入电压范围下调频范围过宽的问题,提升了变换效率和模块功率密度。针对输入电压超过现有GaN器件定额(650 V)的问题,采用了堆叠桥式(Stack Bridge)结构,降低器件电压应力的同时减小了开关dv/dt。针对1-MHz开关频率,分析了LLC整流二极管寄生结电容对LLC变换器原边侧功率器件ZVS实现的影响。搭建了一台400-800 V输入、22-40 V/2 k W输出1MHz的GaN样机。实验结果验证了所提方案及控制策略的可行性和有效性。样机峰值效率为93.8%,功率密度达到7.9 W/cm~3。