在电力电子变换系统中,通常采用中间母线变换器来实现电气隔离和电压匹配。LLC谐振变换器可以实现功率器件的软开关,变换效率高。为此,本文选用LLC谐振变换器作为中间母线变换器的电路拓扑,研究其存在寄生电容时的工作情况及其优化设计。针对输入电压较高的场合,本文采用三电平LLC谐振变换器,以降低开关管的电压应力,易于选择合适开关管。本文分析了三电平LLC谐振变换器的工作原理,采用基波近似法推导了其电压增益表达式。将该变换器的开关频率设置在略低于谐振频率,此时其电压增益基本与负载无关,具有很好的直流变压器(DC Transformer,DCX)特性。而且,可以在全负载范围内实现原边开关管的零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)和副边整流管的零电流关断(ZeroCurrent-Switching,ZCS)。因此,定频三电平LLC谐振变换器特别适合作为中间母线变换器。在实际电路中,存在变压器绕组电容和输出整流管结电容等寄生电容,这会造成极轻负载特别是空载时输出电压飘高。本文分析了考虑寄生电容的三电平LLC谐振变换器在轻载时的工作原理。由于此时采用基波近似法得到的变换器电压增益表达式不准确,本文采用时域分析法,通过求解变换器轻载时各开关模态的时域表达式,推导了极轻负载条件下考虑寄生电容时变换器的电压增益函数,阐述了输出电压飘高的原因。这是因为在变压器原边电压换向时,寄生电容会导致谐振电感电流大于励磁电感电流,其电流差在原边电压完成换向后传递至变压器副边,使得极轻负载时输出电压显著升高。最后,本文设计了一台输入电压为640V,输出电压为40V,功率为160W的三电平DCX-LLC谐振变换器原理样机,给出了其主电路参数和控制电路设计。同时,通过合理设计变压器绕组结构,减小了其绕组电容。实验结果表明,所设计的原理样机具有优良的DCX特性,极轻负载时输出电压飘高较小;而且实现了功率器件的软开关,变换效率高。