LLC谐振变换器具有软开关、低电磁干扰、高效率和高功率密度等优良特性，在新能源发电、电动汽车、数据中心等领域均有较多应用。将其应用于水下能源供给平台有利于提高系统的可靠性和集成度，实现更加稳定、高效的电能补给。然而海洋可再生能源具有间歇性、不稳定性的特点，使得水下能源供给平台中的变换器输入电压在宽范围内变化。传统LLC谐振变换器增益范围有限，难以兼备宽输入电压范围与高效率。提高LLC谐振变换器在宽输入电压范围下的工作效率，对于水下装备电能的高效、稳定补给具有重要意义。
本文以应用了氮化镓（GaN）器件的全桥型LLC谐振变换器为主要研究对象，围绕高频化、宽输入电压范围、软开关三个关键问题进行深入研究，并提出优化方法及思路，从多维度提高变换器的工作性能，进而满足水下能源供给平台对电力电子直流变换器的综合需求。
首先，本文对增强型GaN晶体管的结构特性、开关特性和驱动特性进行了研究。针对增强型GaN晶体管栅极驱动电压噪声容限较低的问题，通过分析高dv/dt导致米勒导通的机理和高di/dt引起栅极电压振荡的机理，给出了驱动电路的优化设计方法从而抑制了栅极噪声。并将GaN器件与Si MOSFET在具有半桥、硬开关特点的Buck电路中进行应用对比，通过实验验证了GaN器件在高频应用中的优越性，为GaN LLC谐振变换器的高频化设计作铺垫。
其次，本文针对LLC谐振变换器的增益范围拓宽技术进行了深入研究，并提出了一种变模态控制策略。该变模态控制策略由全桥变频、单桥臂不对称、半桥变频、半桥不对称四种子控制模态组成，能够在拓宽输入电压范围的同时保证各工作点处均能实现原边开关管的软开关，从而使变换器兼备宽输入电压范围和高效率。通过仿真验证了该控制策略的有效性。
最后，本文给出了GaN LLC谐振变换器的硬件电路及数字控制的详细设计方案。基于该设计方案研制了一台额定功率为330W，谐振频率为1MHz的GaN LLC谐振变换器样机。实验结果表明，变换器的输入电压范围被显著拓宽，样机效率在全输入电压范围内均保持在90%以上，峰值效率高达95.02%。验证了样机软硬件设计方案的可行性及控制策略的有效性，具有一定的工程应用价值。