我国拥有漫长的海岸线、辽阔的海域和众多的海岛,海岛与岸基的建设关系着国家经济命脉和国防安全。海岛和岸基建设中,国防设施、港口等重要负荷的传统能源提供方案存在高能耗、高排放、生态环境压力大、电能质量差、保障成本高等缺陷。海岛/岸基大功率特种电源装备,是解决这些落后供电技术的重要手段,也是海岛开发及海岸工程的基石和重要保障。大功率直流特种电源,采用高效率LLC谐振变换拓扑,要求在高温、高湿、高盐雾的海岛恶劣环境下高效稳定运行。亟待解决大功率直流特种电源研发中的宽电压增益条件下谐振腔参数优化、变压器设计与效率优化、宽频率变化范围导致的最高效率点偏离等设计难题。本文正是针对上述问题进行系统深入研究,主要研究内容包括:(1)针对传统磁集成LLC变压器损耗在谐振变换器总损耗中占比较大的问题,提出了一种基于阻抗反射原理实现LLC谐振变压器效率优化的设计方案:利用变压器阻抗反射,在变压器次级绕组或辅助绕组两端并联一个线性电感来获得所需的谐振腔激磁电感。所提出的变压器设计方案不再以在主功率变压器磁芯磁路中插入气隙的方式获得谐振腔激磁电感,基本消除了边缘效应造成的不利影响,减小了边缘效应造成的损耗,解决了变压器局部温升相对较高的问题,同时还提高了磁芯窗口面积利用率,降低了邻近效应造成的损耗。由于激磁电感可以通过变压器体外的线性电感调节,因此参数修改的灵活性也大大增强。实验结果表明这一新型LLC谐振变压器设计方法有效提高了变压器的效率,降低了变压器温升。(2)针对LLC谐振变换器设计中存在的直流电压增益范围和轻载效率之间存在的矛盾,提出了一种激磁电感动态调节的方法:将“开关控制电感”并联在次级绕组或变压器辅助绕组两端,通过控制“开关控制电感”支路中开关的驱动信号与次级绕组或辅助绕组端电压波形的相位差,实现了谐振腔激磁电感连续、动态、可编程调节,是一种新型LLC谐振变换器设计方案。所提出的设计方案创造性的改善了LLC谐振变换器设计的灵活性,能够依据输出电压和负载情况调节激磁电感的大小,既能满足LLC谐振变换器在重载时输出电压调节范围要求,又能保证轻载条件下的较高效率,实现了综合效率的提高。(3)针对在高电压、大电流、大功率应用场合LLC谐振变换器中半导体功率器件高关断损耗问题,提出了一种半导体功率器件关断损耗优化的谐振电容最小化谐振腔参数设计方法。半导体功率器件的关断损耗与关断前流过器件的电流密切相关,所提出的谐振电容最小化谐振腔参数设计方法有效减小了功率器件关断时刻电流,从而减小了关断损耗,同时,也减小LLC谐振变换器的频率调节范围,减小了电磁干扰,提高了全负载范围LLC谐振变换器的综合效率。(4)针对高输出电压、宽输出电压调节范围的大功率应用需求,提出了一种追踪最高效率点的新型高效率IPOS电源设计方案,所提出的IPOS电源由移相全桥变换器和错相并联LLC(iLLC)谐振变换器输入端并联输出端串联构成。移相全桥变换器调节输出电压以适应负载端的电压变化需求,而iLLC谐振变换器承担大部分功率输出并始终工作在谐振频率附近,因此始终保持在最高效率点。所提出IPOS电源系统中移相全桥变换器采用一种移相全桥和半桥LLC的混合拓扑结构,利用移相全桥的滞后臂作为半桥LLC谐振变换器的驱动开关网络,有效解决了传统移相全桥变换器在轻载情况下滞后臂难以实现软开关的缺陷,同时提高了电能传输率,减小了输出滤波电感的体积,减小了续流期间的环流损耗,有效提高了变换器的效率。所提出的IPOS电源系统中的iLLC变换器采用2相全桥LLC谐振变换器错相并联,有效减小了输入、输出电流纹波,因此减小了输入和输出的滤波电容,并利用“开关控制电感”动态调节谐振腔激磁电感的技术对错相并联谐振腔的直流电压增益微调,实现了iLLC并联谐振腔之间的均流,实验证明能实现相间电流不均衡度小于4%。本文针对海岛大功率直流特种电源的高效率变换中的技术难题,提出了基于阻抗反射原理的高效率谐振变压器、激磁电感动态调节的实现方法、优化关断损耗的谐振电容最小化谐振腔参数设计方法和追踪最高效率点的新型IPOS多级电源方案。理论分析以及实验验证表明了本文所提出方法和解决方案的有效性。本文研究成果亦可为其它工业或商业用大功率谐振式直流-直流变换器装备的研制提供重要参考和借鉴。