随着电力电子技术的不断发展,现代电力电子变换器的发展方向已经变为高频化、模块化和智能化。同时在碳中和的大背景下,高效化也成为了现代电力电子技术的重要发展目标。LCC谐振变换器作为一种典型的电力电子变换器,凭借其软开关、原副边隔离和能够利用变压器的寄生参数等诸多优势,被广泛应用于工业、医疗、军事和科研等领域。但现有的LCC谐振变换器仍然停留在传统电力电子变换器的技术范畴之内,难以满足现今实际应用场合对高性能高压LCC变换器的技术需求。传统的控制方法受限于闭环控制带宽,难以实现快速平滑的动态响应,无法满足实际需求。LCC变换器本身低轻载效率的特点,限制了变换器高效运行的实现。而LCC变换器高压应用带来了巨大的挑战,一方面高压电路的选型设计难度和成本随输出电压的升高显著增加,另一方面高压输出过冲对电源的绝缘安全会造成显著的负面影响。为此,本文针对高性能高压LCC谐振变换器的动态性能最优化、全负载高性能高效化、高压应用等多个方面的关键技术展开了研究。首先,动态性能最优是LCC谐振变换器研究的重要内容。现有LCC变换器虽然在闭环控制上进行了诸多的研究和创新,仍然难以突破闭环带宽的限制。如果变换器具备根据外部变化预测目标稳态的能力,就可以显著提升LCC变换器的动态表现。但LCC变换器为3阶模型,其计算复杂程度较高,以现有控制器的计算能力,难以快速求解。本文在简化状态轨迹的基础上,完全通过电路关系获得稳态轨迹上各点坐标,从而得到更为简单的稳态方程。为了求解该方程,提出了基于分段近似线性化的快速两点法。当负载突变等情况发生时,该方法可在通用控制器上根据采样和指令快速准确地计算出了目标稳态。快速两点法通过控制器计算的时间在2.3μs以内,实现了快速稳态预测,可以满足变换器的控制需求。在已知目标稳态和当前稳态的条件下,本文基于简化状态轨迹建立了不同状态间的最优轨迹切换,最优轨迹切换的控制器计算时间在2.0μs以内。最后,实验结果表明该方法实现了负载突变下的最优动态响应,相比传统方法,在负载突变过程中,电压波动降低了80%以上,切换速度提高了90%以上。其次,高效率运行对大功率的和长时间工作的LCC变换器尤为重要,可以有效减少用户的用电成本及碳排放量。但因为较高的轻载工作频率和并联谐振电容无功回路的存在,LCC变换器的轻载效率较低。本文针对该需求提出了LCC变换器变结构控制方法,通过逆变桥将LCC变换器的工作模式分为全桥工作模式、半桥工作模式,LCC变换器可以根据不同模式的特点,变换不同的工作模式,以保证全负载范围的效率。为了保证不同模式的平滑切换,建立了半桥LCC变换器的状态轨迹子模态,并在此基础上完全从电特性角度建立稳态各点坐标,并建立了其稳态预测方程,验证了快速两点法在半桥LCC变换器的求解能力。在已知当前模式稳态和目标模式稳态的条件下,建立了基于快速两点法的最优拓扑切换。最后,通过实验验证,切换过程平滑快速,变换器的全负载效率明显提升。再次,基于全桥-半桥的变结构轻载优化控制方法,具备低纹波和高效率的特点。但是,随着最轻负载的进一步降低,变结构控制下的LCC谐振变换器的轻载效率相比传统单一模式虽然有所改善,但仍然会受限于LCC增益特性下高开关频率和无功电流回路的影响。因此,在对纹波要求不高的应用场合,Burst模式凭借其控制简单和不受增益特性限制的优势更受青睐。但是,随着负载减轻,传统Burst模式的工作频率不断下降,最终进入人耳能感受的频率范围产生音频噪声。噪声问题严重限制了Burst模式的应用范围。同时,因为LCC变换器谐振腔的储能作用,需要对Burst模式的开关逻辑进行优化,以避免Burst off状态下谐振腔的振荡。针对上述问题,本文建立了自适应多模态Burst模式控制方法。基于简化状态轨迹,在谐振腔无振荡的条件下,建立了4种Burst模态。根据不同模态的特点,建立了自适应Burst模式控制方法,在不同负载范围可以根据Burst模态的特性,使用不同的Burst模态,避免Burst模式的工作频率进入音频噪声频率范围。最后,通过实验验证了上述算法的有效性,有效避免了音频噪声的产生。最后,模块化的LCC谐振变换器可以减小单模块的输出电压范围,便于高压器件的选型和电路设计,同时本身具备模块化的优势,是高压直流变换器的首选拓扑。但是,因为模块间参数不一致,会引发不均压问题,显著降低了变换器的可靠性,限制了模块化LCC谐振变换器的高压应用。针对该问题,本文提出了给定参数偏差的模块化LCC参数设计方法,考虑了模块间电路主参数的器件偏差,使得不同模块间的增益差距在可控范围内。进一步在控制层面,提出了不对称占空比均压控制方法,通过控制各模块的不对称占空比改变单模块的增益水平实现均压,并建立了不对称占空比控制下的模块化倍压高压LCC变换器小信号模型并分析了其稳定性。相比现有方法,该方法不需要增加额外的硬件,同时在重载条件下也不会失去软开关特性。针对LCC变换器的高压应用的无过冲快速启动需求,本文分析了LCC增益非线性和启动过程对控制参数的要求,基于此通过模糊算法建立了分段控制参数查找表对变换器进行启动控制,实现了无过冲的快速启动,相比传统方法,高压电源的无过冲启动速度有了明显提升。此外,传统的高压LCC变换器受限于传统功率器件的限制,难以在高频化方面取得明显突破。新型宽禁带器件Si C MOSFET的使用可以提高其开关频率,保证更好的动态和稳态特性。本文针对面向LCC变换器的Si C MOSFET应用技术展开了研究。针对其串扰问题,进行了全面的建模分析,总结了2种路径和3种干扰源。并在此基础上结合LCC变换器的特点,建立了简单有效的门极并联二极管的串扰抑制方法。最后,通过实验验证了上述串扰分析和抑制方法的有效性。综上,本文针对LCC谐振变换器的高性能动态响应需求,建立了LCC变换器的预测模型并给出了快速求解算法,并通过最优状态轨迹切换,显著提高了谐振变换器的动态响应性能。针对LCC变换器高性能高效化的需求,本文提出了变结构LCC变换器控制方法,显著提高了变换器的轻载效率,同时实现了拓扑切换的最优动态响应;建立了基于简化状态轨迹的自适应多模态Burst模式,有效地解决了Burst模式的噪声污染问题。而针对高压应用带来的挑战,本文提出了不对称占空比均压控制方法、考虑参数偏差的LCC参数设计方法,解决了模块化高压LCC变换器的均压、参数设计问题;提出了基于模糊算法的启动控制方法,解决了高压LCC变换器无过冲快速启动问题;对影响高压LCC变换器Si C MOSFET逆变模块可靠性的串扰问题进行了全面的分析,提出了抑制方法,提高了高频化高压LCC变换器的可靠性。