随着通信技术的快速发展,服务器的应用越来越广泛,其电源的需求量越来越大。服务器电源系统大多采用分布式架构,中间母线变换器是其重要组成部分。本文基于LLC谐振变换器,并利用Cascode GaN晶体管,研制高功率密度高效率中间母线变换器。本文首先介绍Cascode GaN晶体管的特性,给出其开通和关断条件,并详细分析晶体管中结电容对其零电压开关(Zero Volatge Switching,ZVS)的影响,指出其内部Si MOSFET和耗尽型GaN晶体管的结电容不匹配会导致Cascode GaN晶体管无法实现ZVS。从电气参数、封装特性和驱动技术等方面对比分析Cascode GaN晶体管和高压Si MOSFET的性能,指出Cascode GaN晶体管反向恢复特性好,驱动损耗小,适合应用于高频场合。本文接着分析工作于直流变压器(DC Transformer,DCX)方式的LLC谐振变换器的工作原理,并利用基波分量近似法,推导LLC谐振变换器的电压增益函数,并分析电压增益的特性,指出为了获得良好的负载调整率,需增大励磁电感和谐振电感的比值。进一步分析变压器的寄生参数(包括漏感和层间电容)对LLC谐振变换器工作模态的影响,指出当副边整流管导通时,变压器的励磁电感、副边漏感、层间电容、谐振电感以及谐振电容会发生谐振,导致谐振电感电流和整流管电流中产生电流振荡,增大了开关管和整流管的电流应力。最后,在实验室完成了一台2kW的中间母线变换器原理样机,并进行实验验证。实验结果表明,该原理样机可以在全负载范围内实现原边开关管的ZVS和副边整流管的零电流开关(Zero Current Switching,ZCS),最高效率达97.4%,功率密度为100W/in3。