随着高速列车的飞速发展,高频化、轻量化与智能化已成为下一代高速列车电气装备的重要发展趋势。充电机是高速列车的核心电气装备之一,为高速列车的驱动电路、控制电路、蓄电池提供电源。目前,既有高速列车充电机存在体积较大、质量集中、多级变换效率低等缺点,LLC谐振变换器以其低损耗、小体积等优势,在小功率应用场合已成为研究热点,但在中大功率应用场合尚未普及。因此,研究LLC谐振变换器在高速列车车载充电机的应用,提升其效率、增益范围与功率密度,对下一代高速列车的提速增效具有重要意义。首先,本文对LLC谐振变换器的拓扑结构、工作原理进行了深入分析,推导了LLC谐振变换器处于断续工作模式、临界连续工作模式和连续工作模式下的全周期能量流动关系,探讨了各个工作模式下变压器原边、副边开关器件的软开关特性,确定了以断续工作模式、临界连续工作模式为主的工作区域,为LLC谐振变换器的谐振参数设计奠定基础。为了实现LLC谐振变换器稳态模型的优化与谐振参数设计,本文提出了一种适用于LLC谐振变换器的谐振参数优化模型,分析变换器中寄生参数对归一化直流增益的影响机理,基于频域分析法建立考虑寄生参数的频域模型。通过探寻断续工作模式断续区域的影响机理,基于时域分析法建立考虑断续模式的时域模型。最终,推导了LLC谐振变换器归一化直流增益与各谐振参数间的耦合机理,并设计了基于小变量扰动的迭代求解算法,实现了LLC谐振变换器谐振参数的工程化精确设计。在谐振参数模型的基础上,本文设计了LLC谐振变换器的综合控制策略。在稳定状态下设计了变频控制策略,通过调节开关频率保持输出电压电流的稳定。在启动状态下设计了超调抑制策略,分析频率与占空比控制的一致性,利用减小占空比降低启动时的直流增益,实现平滑启动。在轻载状态下设计了间歇控制策略,利用间歇工作特性抑制输出电压过高现象。在重载状态下设计了数字同步整流控制策略,以原边开关器件信号为参考控制副边开关器件导通关断,降低副边开关器件的开关损耗。最后,基于MATLAB/Simulink仿真对LLC谐振变换器拓扑结构、谐振模型、控制策略的有效性进行了验证,并研制了一台基于Si C MOSFET的LLC谐振变换器实验样机。在实验样机上完成了不同工作状态下的算法验证。此外,对LLC谐振变换器进行了损耗分析与优化,为其工程化应用奠定了良好的基础。