随着直流分布式电源系统在通信电源、飞机舰船二次电源和新能源开发等领域中的广泛应用,LLC谐振直流变换器因能够满足高功率密度、高效率转换和高频化的直流变换器的发展方向,逐渐成为电力电子专业方面研究的重点。传统的直流变换器多采用硬开关技术,很大程度地限制了功率密度和主功率管开关频率的提高。移相全桥PWM ZVS直流变换器虽然有成熟的控制技术,但是其存在一些固有缺点,如非全范围的ZVS、效率较低、输入电压低等。LLC谐振变换器可以全范围实现主开关管的ZVS、整流二极管易实现ZCS且不会反向恢复。因此,全桥LLC谐振变换器替代移相全桥PWM ZVS直流变换器逐渐成为主流趋势。然而LLC谐振变换器长期以来一直存在两个技术难点:谐振参数设计、控制系统小信号建模。谐振参数设计难点是因为LLC谐振变换器工作模式复杂、谐振元件太多、物理直观性很差等原因;本文提出了一种直流增益特性曲线图与谐振参数公式相结合的设计思路用来简化谐振参数设计流程。该思路首先基于直流增益特性曲线图直观地分析LLC谐振变换器合适的工作频率范围,然后推导简洁、方便使用的谐振参数公式,描述出设计流程图,最后给出样机设计实例。使用这种设计思路,谐振参数设计会更简单、更迅速、更容易让人们理解。控制系统小信号建模难点主要是因为对于LLC谐振变换器而言,开关频率是直流变换过程中的关键控制变量,其谐波分量不能轻易忽略,所以用于传统PWM变换器的常见建模方法不适合用于LLC谐振变换器小信号建模。本文采用扩展描述函数法,能够较为精确的考虑到LLC谐振变换器中关于开关频率的非线性状态变量和其谐波分量对LLC谐振变换器的影响。该建模方法首先使用扩展描述函数算子与谐波平衡理论,根据系统非线性状态变量的频域表达方程建立非线性的大信号模型;然后考虑在稳态条件时,忽略大信号模型中的一阶时间导数,得到稳态方程;最后对稳态方程加入小信号扰动,忽略稳态分量得到控制系统的小信号模型。最后样机仿真波形和实验结果验证本文章理论分析与设计思路的正确性。