高压直流电源广泛应用于工业生产、医疗器械、环境治理等众多领域,对国民经济发展起到至关重要的作用。谐振变换器具有良好的软开关特性,易于实现高效高频化发展。LCC串并联谐振变换器能够利用变压器寄生参数、具有较好的负载保护能力和输出调节能力,是实现高压直流电源的理想拓扑结构之一。LCC谐振变换器作为一种强非线性系统,复杂的工作过程增加了分析与设计的难度。传统高压直流电源前级一般采用二极管整流器,主要弊端为功率因数较低,同时会向电网注入大量谐波电流。因此采用可控型前级整流器成为高压直流电源的重要发展趋势。本文选择前级为VIENNA整流器、后级为LCC谐振变换器的两级式高压直流电源拓扑结构,围绕数学建模、稳态分析、参数设计、控制方法优化等关键技术展开了深入研究。主要取得的研究成果如下:利用动态相量法建立了前级VIENNA整流器的数学模型,基于该模型分析了直流侧中点电位的特性。由于中点电流在每个周期内的平均值不为零,所以导致直流侧中点电位不平衡同时存在低频振荡。采用调制波叠加零序分量的方法对中点电位进行平衡,以直流分量和三次谐波分量为主导成分,将零序分量分解为二者叠加的形式,并分别推导了其与中点电流的数学表达式。在此基础上提出一种基于零序注入的单周期控制方法,分别计算零序的直流分量和三次谐波分量,并通过系数调节二者的比例关系。该方法能够在平衡中点电位的同时抑制低频振荡,有效地解决了前端VIENNA整流器的直流侧中点电位问题。通过仿真和实验验证了控制方法的有效性。针对单电容滤波LCC谐振变换器的强非线性特征,将并联谐振电容、高频变压器、副边整流器及输出滤波电容等效为一个复数阻抗,得到了谐振变换器的等效电路。利用相量变换法建立了谐振变换器的大信号模型,将谐振电压、电流等状态变量的时域微分方程转换为复数形式,提高了仿真速度同时能够准确表征变换器的稳态特性。基于等效电路和大信号模型,分析了 LCC谐振变换器的直流电压增益、谐振电流、软开关等稳态特性,指出了负载、开关频率、输入阻抗角、整流关断角以及谐振电容比等关键电路参数对谐振变换器稳态性能的影响,给出了参数的设计原则。在稳态分析的基础上提出了一种限定输入阻抗角的谐振变换器参数设计方法,使变换器在满足输出要求和软开关条件的同时实现谐振电流优化,提高了谐振变换器的效率。通过仿真和实验验证了理论分析和参数设计方法的可行性和有效性。在LCC谐振变换器大信号模型的基础上,首先建立了传统移相调制的完整主电路小信号模型和非对称移相调制的主电路小信号模型。然后重点研究了数字移相调制器的小信号模型。利用动态相量法推导了数字移相调制器输入指令值至输出移相角的传递函数,揭示了数字移相调制过程中存在小信号延时这一特征。对于传统数字移相调制器,其小信号延时是移相角和开关周期的函数,还和具体的调制方式有关。对于非对称数字移相调制器,占空比和移相角两个输入之间的耦合作用只有当考虑高次谐波分量时才变得较为明显,实际中为了简化分析可以忽略不计;其小信号延时同样是移相角和开关周期的函数,与占空比无关。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。为了进一步提高LCC谐振变换器的效率,提出了一种非对称移相控制方法。该方法有占空比和移相角两个控制变量,通过PWM移相混合调制实现了对二者的单独调节,增加了控制的自由度。对谐振变换器的输出功率、软开关及谐振电流等稳态特性进行了分析。分析结果表明同一输出功率可由不同的控制量组合来实现。即同一输出功率对应无限多个稳态工作点,各稳态工作点之间由于控制变量组合的不同导致了软开关特性和谐振电流特性不同。在理论分析的基础上提出了一种效率优化策略,对于任意输出功率能够搜寻最优稳态工作点,在保证软开关的前提下使谐振电流减小。从而降低了导通损耗,提升了 LCC谐振变换器的整体效率。最后分析了移相调制器等数字控制环节造成的小信号延时对控制环路的影响,为控制器参数设计提供了理论依据。通过仿真和实验结果验证了本章理论分析的正确性。本文针对前级采用VIENNA整流器、后级采用LCC谐振变换器的两级式高压直流电源,利用动态相量法建立了前后两级变换器的动态模型。提出了 VIENNA整流器直流侧中点电位平衡方法、LCC谐振变换器参数设计方法和非对称移相控制方法。通过大量实验验证了模型以及控制方法的正确性和有效性。