高压直流电源作为一类特殊的DC-DC变换器,已被广泛地用于静电除尘器、医用X光机以及高压静电纺丝机等各类设备之中。为提高输出电压,高压直流电源系统普遍采用级联倍压整流电路的方式。然而,倍压整流电路随着输出功率的增加,带载能力变差,会出现输出电压跌落和输出纹波变大的问题。因此,对倍压整流电路进行优化设计具有重要的工程价值。本文设计的高压直流电源采用LCC谐振变换器级联倍压整流电路的结构,既提高了系统的效率,又提升了输出电压。在此基础上,针对倍压整流电路中输出电压纹波过大的问题,本文运用电荷转移法推导倍压整流电路的输出纹波公式,采用了一种优化电容容值分布的方法,在总电容容值减小的情况下,达到减小输出电压纹波的目的。根据理论分析,进行系统的软硬件设计,搭建电路进行实验验证。论文主要工作如下:首先,本文介绍了高压直流电源中LCC谐振变换器的工作原理并进行电路建模,得到了其RC等效电路。通过对等效电路的分析,计算出系统的电压增益特性和阻抗特性表达式,以此阐述系统实现软开关的原理。其次,对升压电路中的高压变压器和倍压整流电路进行分析和优化。对于高压变压器,先是建立了高压变压器的等效模型,分析了其分布电容对系统的影响,并采用一种分段绕制法对高压变压器进行优化设计。在倍压整流中,从电路倍压原理出发,将电路中的电容进行分类,在等电容设计的基础上采用只增加平滑列电容容值的方法来减小输出纹波,并采用Saber软件进行仿真验证。然后,选用TMS320F28035为系统的主控芯片,对系统的软硬件设计过程进行详细分析介绍。硬件设计主要包括:谐振网络的参数计算和选型,高压变压器、倍压整流电路以及控制电路中驱动电路、采样电路的设计等。软件设计则有程序流程设计和DSP相关组件的初始化等。最后,搭建了一台输出电压为30 k V,功率为200 W的实验样机。通过波形和数据分析,验证了理论分析和设计方法的正确性。最后实验结果表明,采用的优化电容设计方法在减少总电容容值的情况下具有降低输出电压纹波的作用。