车载、数据中心、航天等空间有限的应用场合,对变换器提出了高功率密度高效率的应用需求。近年来,采用氮化镓器件的多电平PFC在功率密度与效率方面都展现出了较大的优势。在传统的多电平PFC变换器设计过程中,因为GaN器件的损耗模型与其电压应力有关,为了实现效率优化与拓扑电平数量的优选,不得不用穷举法对不同电平下不同电压等级的GaN器件分别计算损耗。因此,可选的电平数越多,损耗的计算量越大。为了构建能够将多电平变换器的电平数作为一个自变量的损耗模型,从而形成一个统一的多电平损耗模型,简化设计方法,本文根据NFoM(NFoM=C_osser*R_dson)推导出多电平变换器中GaN器件的最小损耗模型。通过这个统一的器件损耗模型,避免了将不同耐压的器件参数反复代入,并比较计算结果的繁琐过程,可以直接得出将电平数作为自变量的最佳效率。根据此模型,本文给出了在给定效率指标下,电平数以及开关频率的设计方法。根据优选出的电平数,构建了2kW级联H桥（CHB）PFC样机,实现了高于99%的预期效率与超过1000 W/in³的功率密度。在基于高效率优选出的电平数的基础上,本文对中间直流母线电解电容的体积进行了优化,给出了母线电容体积的理论最小值。并且分析与比较了CHB与其它两电平方案,在母线电解电容体积上的差别。一般的AC/DC应用场合常用的方案由前级PFC与后级隔离型DC/DC两级构成,因此CHB多电平PFC造成的多个不同电势的低压直流母线问题,可以通过后级的隔离型DC/DC来解决。针对两级的应用情况,本文分析了输入串联输出并联（ISOP）与输入串联输出串联（ISOS）两种系统级联方式下系统的稳定性。对于不稳定的情况,本文给出了控制上相应的改进方法并通过仿真进行了验证。