近年来,燃料电池以其能量转换效率高、环境友好度高等方面的优势得到了快速发展,燃料电池分布式电源作为燃料电池的重要应用之一,对其能量转换系统的研究越来越关注。由于燃料电池随着负载电流的增加,输出电压下降率大,即输出电压范围较宽,并且燃料电池很难快速响应负载的突变,因此,对能够满足燃料电池输出电压范围并拥有较快的动态响应特性的直流变换器的研究与开发已成为一项重要的课题。针对燃料电池能量转换系统应用场合,本文以提高对宽输入电压范围适应性为目标,采用全桥三电平LLC谐振变换器拓扑,并研究了其工作原理和电路特性,具体从以下几方面开展了工作:首先,结合特定应用需求,对比研究了燃料电池能量转换系统中的多种直流变换器拓扑,选定了最为匹配的全桥三电平LLC谐振变换器拓扑。针对传统控制策略下谐振槽输入电压总谐波失真大的问题,本文提出一种改进型对称双移相控制策略,能够实现变换器三电平模式和两电平模式的切换,并且降低了谐振槽输入电压的总谐波失真。基于该控制策略,研究了LLC谐振网络的直流增益特性、软开关特性,并通过分析两种策略下谐振槽输入电压的总谐波失真随斩控角的变化,推导出改进型控制策略下的谐振槽输入电压总谐波失真小的结论,并仿真验证了理论分析的正确性。其次,根据燃料电池能量转换系统的具体设计要求,对全桥三电平LLC谐振变换器进行了详细的参数设计,重点开展了谐振网络的参数设计、高频变压器的设计,谐振电感设计等研究,并对数字控制器进行了优化设计。此外,在Saber仿真环境下,搭建了全桥三电平LLC谐振变换器的仿真模型,仿真验证了变换器对宽输入电压范围的适应性、软开关情况、输出电压纹波情况以及负载突变时系统的响应特性,最终验证了全桥三电平LLC谐振变换器及所设计控制策略的正确性。最后,根据设计指标的要求及仿真分析结果,搭建了全桥三电平LLC谐振变换器的300W实验样机,进行实验验证,实现了改进型对称双移相控制策略,并且宽输入电压范围适应性、软开关情况以及效率等指标达到了预期要求。