近年来,随着电力电子技术的发展和能源短缺问题的突显,越来越多的分布式新能源接入电网,直流配电网也受到越来越广泛的关注。直流配电网中需要隔离型双向DC-DC变换器(Isolated Bidirectional DC-DC Converter,IBDC)用于实现电气隔离、电压变换及能量双向传输。然而,如何在确保IBDC高效运行的同时,自然、平滑地实现能量双向流动仍是一个亟需的问题。另一方面,氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride High Electron Mobillity Transistors,GaN HEMT)以高开关速度、低开关损耗、低导通电阻、无反向恢复损耗等优良特性受到广泛关注。在此基础上,本文提出一种基于GaN HEMT的同步PWM调制CLLLC(谐振电容-谐振电感-励磁电感-谐振电感-谐振电容)变换器,围绕其工作原理、运行特性、运行控制策略等方面展开深入研究。首先,本文分别对基于变频调制策略和基于同步PWM调制策略的CLLLC变换器的工作原理展开分析,基于时域分析法推导了同步PWM调制CLLLC变换器不同工作模态下的状态方程,为后续运行特性分析奠定基础。分析表明,同步PWM调制CLLLC变换器能够自然、平滑地实现能量双向流动与正反向运行切换。在同步PWM调制CLLLC变换器的工作原理分析的基础上,针对其电压增益特性、软开关特性及功率传输特性展开详细分析。通过分析各模态持续时间与原副边占空比的关系,结合时域分析模型,得到其独立于负载的电压增益特性;结合软开关条件与时域分析模型,得到其实现全范围软开关的边界条件;基于基波近似法分析得到其通过原副边占空比调节实现功率自然双向流动的传输特性。变换器运行特性分析为后文变换器参数设计提供了有效指导。针对CLLLC变换器谐振回路状态变量为大幅变化的正弦量的情况,采用扩展描述函数法对同步PWM调制CLLLC变换器进行数学建模,依次建立其大信号模型、小信号模型。为将小信号模型应用于控制器设计,通过提取主导零极点的方式对小信号模型进行降阶处理,得到简化的小信号模型。在此基础上,提出适用的控制器参数设计方法,形成具有良好动稳态响应的闭环系统,使系统能够快速、无静差地实现输出电流指令跟踪,实现变换器自然双向运行。最终,在前文分析研究的基础上,提出了包含原副边占空比、谐振回路参数、滤波电容等在内的参数设计方法。基于所提参数设计方法,根据技术要求,研制了一台基于GaN HEMT的实验样机,通过实验验证本文所提方法的可行性与有效性及理论分析的正确性。总之,通过理论分析结合仿真与实验验证,表明本文所提同步PWM调制CLLLC变换器在保证自然、平滑地实现能量双向流动的同时,能够保持谐振变换器高效、高功率密度的优良特性。