为减小化石燃料燃烧带来的环境污染,近几年纯电动汽车技术快速发展,市场占有率也越来越高。800V高压动力电池组在实现纯电动汽车超快速充电、大功率传输线束和控制模块紧凑性的同时也对辅助电源系统中的DC/DC变换器提出了宽范围、高频、高功率密度和扁平化的要求。第三代宽禁带半导体GaN器件因具有低导通电阻和高开关频率的特性,非常适合用于实现1000V以下电力电子变换器的高频、高功率密度。平面磁性元件虽然可以实现电力电子变换器的扁平化,但其寄生参数和绕组电流的高频效应也为平面磁性元件的设计应用带来了新的问题和挑战。本文主要从基于高压GaN器件的宽范围直流变换器设计及其平面磁性元件高频工作时带来的问题进行相关的研究并提出相应的优化控制策略。首先基于设计指标要求和GaN器件的规格,选定堆叠桥式三电平LLC拓扑进行相关的研究。详细介绍了该拓扑类半桥LLC工作模式、倍频工作模式和PWM三电平工作模式的基本工作原理,并分析了各工作模式下开关管驱动信号延时导致输入分压电容电压不均衡的机理。在此基础上提出了通过微调上、下桥臂开关管驱动信号相位差实现各工作模式下输入分压电容电压均衡的控制策略。平面磁性元件作为高频谐振直流变换器的关键组成部分,本文通过仿真和实验发现平面磁性元件高频工作时各寄生参数间会产生高频纹波电流,导致谐振电流波形出现畸变,降低变换器的整体性能。通过优化PCB绕组的材料和结构参数,使寄生电容从80.19p F减小到46.92p F,高频纹波电流幅值减小为优化前的1/4。然后对PCB绕组的高频损耗进行Maxwell仿真分析,得到高频工作时由磁芯气隙边缘磁通导致的绕组边缘损耗约占绕组总损耗的80%。通过分析工作频率、PCB绕组与气隙之间的水平和垂直距离、气隙等因素对绕组边缘损耗的影响。本文利用绕组避让和分布气隙相结合的优化策略,使得在300k Hz/1k W工况下气隙附近PCB绕组温度从110℃降低到35℃,大幅减小了高频条件下由气隙边缘磁通导致的绕组边缘损耗。最后,对堆叠桥式三电平LLC谐振变换器的谐振参数和其它硬件电路进行了参数设计和器件选型。搭建了一台输入400～800V,输出25～40V,输出功率为2k W的实验样机,对理论分析和优化策略的可行性进行了实验验证。