城市轨道交通车辆辅助电源系统中的充电机是车辆直流电源的重要装置,提升充电机的功率密度和效率对充电机性能的优化有重要而直接的影响。近年,碳化硅(SiC)宽禁带半导体器件的出现为这一目标提供了实现的可能性,LLC谐振软开关技术将进一步提升效率。本文基于碳化硅半导体器件的高频特性,详细研究了 LLC变换器的原理和特性,并将两者结合应用于城市轨道车辆充电机的研制中。首先,论文详细分析了 LLC变换器的主电路结构和三种工作模态的原理,通过基波分析法得到了电路的等效模型和电压增益函数,描述了变换器的增益特性以及ZVS特性和实现条件。结合解析法和图解法完成了谐振元件(谐振电感、谐振电容和激磁电感)参数的设计流程,并基于充电机的实际参数对谐振参数进行了完整设计。基于系统的实际参数建立了 LLC变换器充电机的仿真模型,验证了谐振参数设计的有效性。其次,采用扩展描述函数(EDF)方法对LLC变换器进行了小信号建模,完成了变换器传递函数的推导过程。基于谐振变换器的特性对系统的控制方式进行选择,基于建模获得的输出-控制传递函数对系统的稳定性进行了分析,然后通过频域分析方法完成了控制器的设计,并在Matlab仿真软件中验证了控制器的稳态和动态控制性能。对比了充电机蓄电池常用的三种充电策略,仿真验证了恒流恒压充电方式的可行性。最后,搭建了全碳化硅LLC变换器充电机实验样机平台并完成了相关验证性实验。在充电机实验样机上验证了 LLC变换器参数设计的合理性,实现了开关器件的软开关,基于扩展描述函数小信号模型的控制器设计的正确性,并使用电子负载模拟了充电机为蓄电池充电的过程,完成了充电机的恒流恒压充电过程,对充电方式的仿真进行了验证。