电动汽车由于其具有可靠性高、安全性好、成本效益低、对环境十分友好等特点,成为了新时代人们关注的焦点。车载电源作为电动汽车的关键组成部分,是连接车内高压系统与低压系统的桥梁。由于汽车内空间十分狭小,高频化小体积化成为其研究难点,运用新型氮化镓器件可以实现电源在超高频环境下工作,有利于提高电源性能。所以本文以氮化镓器件为基础,以实现高功率密度与高效率为目标设计了一台车载电源,并且从电路拓扑、变压器设计、控制方法等方面对其进行了研究与优化。本文首先对氮化镓器件进行了研究。氮化镓器件具有电子迁移率高、反向恢复电荷小、电场击穿能力强等特点,适合应用在高频、高温、高压场合。将氮化镓器件与普通硅器件的特性与结构进行对比研究,总结GaN器件的优越特性。对氮化镓器件的寄生参数进行分析,提出如何避免寄生效应影响的措施,并在此基础上进行驱动电路的设计与优化。最后对氮化镓器件进行开关性能测试,通过实验结果观察其开通与关断状态。车载电源输入电压波动较大,范围较宽,经综合考虑选用BOOST+半桥LLC两级电路作为电源拓扑。BOOST电路稳定母线电压在400V,便于后级LLC电路调节与控制。LLC电路由于其具有软开关特性,可以提高电源的整体效率。分析电路的工作原理,运用基波分析法与时域分析两种方法对LLC电路进行研究,得出增益特性曲线,分析变化趋势,并以此为基础进行电路参数设计,推导死区时间。运用软件进行仿真,根据仿真结果进一步对参数进行轻微调整。为了实现高功率密度、体积小型化要求,本文选用平面矩阵变压器代替传统立式变压器。对平面矩阵变压器的结构进行优化,提出原副边变压器并联连接的矩阵形式,减小了导通损耗,并利用磁通抵消原理将两个变压器集成在一个E型磁芯上。为了准确设计变压器的漏感,我们对变压器进行磁建模,推导漏感值的表达式,并用仿真软件进行了仿真验证。对变压器绕组结构也进行了优化,运用磁集成技术将次级同步整流开关管与电容集成到副边绕组上,大大减小了端接损耗。运用Ansys软件仿真,观察其电流密度与磁场强度云图,电流实现均流共享。最后进行车载电源的总体设计。对LLC变换器的同步整流方案进行研究,提出自适应死区时间的控制方法,具有良好的瞬态性,效率得到明显提升。选用PFM+PWM混合的控制方法,其中PFM用于较重负载时,PWM用于较轻负载,可以使变换器在全负载内稳定运行。最后制作实验板子进行实验测试,观察分析实验波形,实现高功率密度与高效率目标。