随着5G（第五代移动通信技术）时代的到来,数据中心耗电量大幅增加,电费成本急剧上升,因此如何提高电源系统效率逐步成为重点。以阿里服务器采用的巴拿马电源举例,新型电源系统投资比传统方案成本下降约40%,运行效率提升约4.5%,全生命周期建设减少约4000余万元。新时代对电源系统的要求主要分为:更高的效率追求、更高的功率密度追求以及更快的动态响应追求。针对三者高标准高性能的追求,主要采用以下4种方式进行解决:新型变压器结构的使用、新型变换器拓扑的使用、新型控制方法的使用以及新型开关器件的使用。本文结合第三代半导体器件氮化镓制作一款效率高于95%功率密度高于80W/inch~3高降压比转换的实物样机,以满足现如今市场的要求。本课题采用易于实现高功率密度的谐振式LLC变换器,对变换器基本电路组成以及工作模态分析做出简要介绍,其次针对系统参数设计做出理论分析,确定系统k值为主要影响输出电压动态调节特性的参数,结合电路分析给出系统实现软开关条件。最后将高频系统中交流阻抗以及变压器漏感引入电路分析,并对系统软开关条件进行高频修正,给出LLC参数设计流程图。在高频LLC电路中,磁性元件的设计至关重要,通常来说高频电路中绕组交流阻抗远高于直流电阻,本文首先分析了高频电路中交流阻抗的产生原因,并给出对应的几种改进方式:采用交错式绕组结构、整流器件集成副边绕组结构以及分数匝绕组结构。为实现系统高效率的输出,副边绕组通常采用多层并联方式减少交流电阻,然而却大幅增加了层间电容,为原副边提供共模通道,增加开通损耗甚至严重影响谐振腔波形。针对该问题,借助Maxwell电场分析对比几种绕组结构电场分布,给出对应绕组改进方法。在高频磁性元件气隙处由于磁通边界效应,在绕组上产生涡流损耗,导致绕组温度急剧上升,有害于系统安全可靠运行,针对此问题本文对比了几种不同气隙与绕组结构,得出采用多段式气隙以及分布式气隙结构最优的结论。最后结合上述分析给出本文所采用的分数匝变压器结构以及全部优化过程。本文首先对LLC电路进行小信号建模,通过调整数字补偿器参数对系统相角裕度进行补偿,使系统工作在稳定状态。其次针对系统上电浪涌问题,本文采用了渐变占空比方式进行软启动控制,以替代传统的降频启动方式。面对轻负载状态下连续控制模式系统效率较低问题,采用自适应脉冲控制手段,通过间歇控制减少系统固定损耗进而提高系统效率。为满足系统对快速动态响应的追求,本文采用了状态轨迹控制方式,在负载变化时切换对应开关管导通时间实现快速动态响应。最后搭建一台500W功率375V转12V的LLC实物样机,从实践上验证理论分析的可行性。分别给出了系统软启动、4脉冲轻载控制、6脉冲轻载控制、以及系统PI调节快速动态调整波形图。满载时系统效率达到96%,轻载时系统效率达到91%满足系统要求。