全世界数据中心快速兴建，其大量的能耗成为不可忽视的问题。近年来，宽禁带半导体器件不断发展，性能不断提升；软开关电路拓扑的研究趋于成熟，逐渐应用于商用产品。因此，可提高开关频率以减小无源器件体积，从而提高变换器整体功率密度。该方案为下一代数据中心电源架构的研发提供了全新的思路。本文将以氮化镓(GaN)器件与LLC谐振电路拓扑为基础，详细探讨高频变压器的设计方法，从而提高变换器整体效率与功率密度。
　　本文首先介绍了LLC谐振电路拓扑的工作原理，分析其软开关工作特性的优势；推导其电压增益特性，确定适用于本文所设计变换器的工作状态。在此基础上，结合仿真波形，对变换器所有器件进行选型，详细计算变换器各部分损耗，进而确定高频变压器设计目标。
　　接下来，本文讨论了高频平面变压器设计中所面临的问题。详细分析趋肤效应、邻近效应、磁芯气隙外扩磁场边缘效应对于绕组损耗的影响，提出相应的设计原则。讨论不同绕组布局中交流并联通孔数目及出入端子结构对于绕组损耗的影响，选择最优绕组布局。在此基础上，对传统平面变压器进行优化设计，得到最优结构。
　　针对传统平面变压器的不足，本文提出三种不同的变压器结构，分别为分数匝平面变压器、矩阵平面变压器与集成矩阵平面变压器，以进一步提升变换器效率与功率密度。对每一种变压器结构的原理进行介绍，针对每种结构进行详细的优化设计。通过综合对比，选出适用于本文所设计变换器的最佳方案，总结具有普适性的高频平面变压器设计流程。
　　最后，本文搭建了1MHz400V/12V500W的实验样机，采用了GaN器件及本文提出的高频平面变压器。样机峰值效率达到了96.8%，满载效率可达95.9%，主功率回路功率密度达到了327W/in3，验证了高频平面变压器优化设计流程的可行性。