凭借着优良的电气特性,氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）正逐渐被市场认可并已经率先应用在消费电子领域。由于增强型GaN HEMT的高速开关特性,基于增强型GaN HEMT的AC-DC变换器具有高频化、小型化的特征,其应用研究成为了学术和工业界关注的热点。本论文面向基于增强型GaN HEMT的两级AC-DC变换器,针对两级AC-DC变换器中的断续导通模式（DCM）Boost功率因数校正（PFC）变换器和LLC谐振变换器,分别研究了DCM Boost PFC变换器的电流失真补偿控制策略、效率优化控制以及LLC谐振变换器的高精度直流增益模型和零电压开关（ZVS）实现时间等问题。首先分析了增强型GaN HEMT的伏安特性、开关速度以及开关过程中高dv/dt对驱动回路的影响。为了更好地应用增强型GaN HEMT,分析了其关键寄生参数,针对寄生电容的非线性特性,提出了线性电荷等效模型。此外,针对实际工程应用中高dv/dt和高di/dt引起的可靠性问题,从PCB布局布线的角度总结归纳了抑制方法,为后续基于增强型GaN HEMT的PFC变换器和LLC谐振变换器的应用奠定了基础。针对基于增强型GaN HEMT的DCM Boost PFC变换器电流失真严重、功率因数偏低等问题,研究了无电流传感器平均电流模式（SACM）控制。考虑GaN HEMT和电路其他器件的寄生参数,建立了电感电流的精确模型,量化分析了SACM控制下寄生参数对PFC变换器输入电流和功率因数的影响。进一步推导了一种占空比补偿增益,并提出了带占空比增益补偿的SACM控制来重新调节输入电流。该补偿控制策略可以将输入电流重新调节为正弦波,在较大的负载范围内提高变换器的功率因数,降低电流谐波失真。针对基于增强型GaN HEMT的DCM Boost PFC变换器的效率优化问题,综合考虑电路中各器件的寄生参数和GaN HEMT的开关动态过程,推导了变换器的总输入和输出电荷,建立了PFC变换器的综合电荷率模型。基于综合电荷率模型,推导了变换器效率关于输入电压、输出电压和GaN HEMT导通时间的关系。在每个工作点,都有一个特定的导通时间,使PFC变换器的效率最大化,由此提出了最大效率平均电流模式（MEAC）控制,并对MEAC控制下的变换器损耗进行了分析。MEAC控制器通过调整导通时间来最大限度地提高了PFC变换器的效率,并改善了变换器的功率因数和电流谐波失真问题。最后,针对基于增强型GaN HEMT的LLC谐振变换器中传统基波近似模型误差较大的问题,在考虑次级侧漏感的影响下,提出了扩展谐波模型。为了解决增强型GaN HEMT在LLC谐振变换器中应用时面临的驱动设计问题,详细分析了换流过程中高dv/dt和高di/dt对驱动回路的影响,分析并总结了GaN HEMT在这种应用场景下的驱动解决方案。此外,结合直流增益的扩展谐波模型,在考虑次级侧寄生电容情况下分析了死区时间内DCM下LLC谐振变换器ZVS的实现过程,并推导了实现ZVS所需的时间。通过搭建的原理样机验证了模型和分析的准确性,对精确设置基于GaN HEMT的LLC谐振变换器死区时间提供了重要参考。