新时代,中国对生态安全极为重视,提出了到2030年碳达峰和2060年实现碳中和的中长期目标。在能源应用领域,电气化无疑是最优的选择。在众多的直流-直流变换器结构中,LLC为代表的的谐振直流-直流变换器以宽范围高效的优势,在中、大功率范围成为首选拓扑之一。然而,在设计和应用的过程中,工程师们陆续发现,常规的LLC谐振变换器在电压增益、输入范围、轻载效率等方面仍存在诸多问题。本课题将以LLC为基础,针对这些问题,结合开关电容变换器与高阶谐振网络提出新的解决方案,设计一种高降压比的高频高效DC-DC变换器。针对LLC在高输入电压或轻载条件下,过高开关频率导致的开关损耗以及过大无功环流导致的通态损耗问题,提出了开关电容作为谐振网络前端的预降压方案。常规LLC谐振变换器在高输入电压或者轻载条件下,需要将开关频率提升至很高的频带,这不但使得开关损耗增加,而且使得谐振网络呈现很强的感性,使得线路上存在很大的感性无功电流,造成较大的通态损耗。所提出的开关电容预降压电路可以实现?降压变换,减小谐振变换降压比,使谐振网络频率无需拉升至很高,从而提高了高输入电压和轻载条件下的效率。另一方面将开关电容电路与谐振网络级联,也有效地实现开关电容电路的软充电和可控性。采用五阶谐振网络代替常规的三阶网络,利用高阶网络更加优良的谐振特性进一步解决了常规LLC在宽输入和宽输出应用中的频率调节范围宽、调节分辨率低以及通态和开关损耗大的问题。五阶谐振网络具有三个更有特色的谐振点。可以在输出端叠加三次谐波输出,并能大大缩短频率调节范围并有良好的软启动特性。针对所采用的开关电容环节和高阶谐振网络,分别利用极限频率法和FHA基波分析法进行研究,得到开关电容等效输出模型和高阶谐振网络的直流电压增益特性。随后分别从无功环流和整流损耗两个角度,对高阶谐振变换器效率提升的原理进行了研究。依据开关电容等效模型和高阶谐振网络的直流增益特性,提出了变换器的参数设计方案。平面变压器的设计借助AP法来完成,并对其绕组结构进行了优化。随后对高阶谐振网络的参数分散性进行了研究,以弥补理论分析中理想条件与器件寄生参数带来的误差,并为实际硬件电路参数的调整提供了参考依据。为了实现输出电压闭环,通过极限频率法和扩展描述函数法分别建立开关电容电路和谐振变换电路的小信号模型,在此基础上设计高阶补偿器提升系统稳定性与控制精度。依据开关电容的充电特性和增益曲线中的陷波点,制定了对应的软启动方案,实现系统稳定可靠闭环运行。最后,通过搭建一个输入范围300-450V,恒压输出12V、额定功率100W、可实现全负载范围内软开关,额定工作点效率93.7%的试验样机平台,验证了理论的正确性。