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可再生能源的开采和利用在近些年步入了高速发展阶段。为了有效地利用可再生能源,储能电站、直流微电网和电动汽车等设备得到了广泛的应用。实现这些设备之间能量的有效转换有利于推动产业的发展,而设备间能量的双向流动又为能量的有效管理提供了新的方向与策略。因此,双向DC-DC变换器在大功率下的典型拓扑——双有源桥DC-DC变换器(Dual Active Bridge DC-DC Converter,DAB),近年来得到了广泛的研究和重视,其对可再生能源的普及和发展具有重要的意义。首先,本文对DAB变换器的拓扑结构和工作模态进行分析,并对三种常用的控制策略——单移相控制(Single Phase Shift,SPS)、双移相控制(Dual Phase Shift,DPS)和三重移相控制(Triple Phase Shift,TPS)的控制特点进行分析,分别计算出三种控制方法下的有功传输功率和回流功率。针对DAB变换器回流功率过大造成的功率回流和能量损耗问题,本文以控制自由度最高的TPS控制方法为基础,提出了一种最小回流功率的控制方法,该方法可以在保证变换器输出功率满足要求的前提下,使得变换器整体的回流功率最小,从而达到提高传输效率的目的。其次,为了克服DAB变换器在现有控制方法下动态响应速度不足的问题,本文提出了一种适用于DAB变换器的动态矩阵预测控制(Dynamic Matrix Predictive Control,DMC)方法。DMC控制具有误差反馈校正环节、模型预测环节和滚动优化环节,以预测误差和控制变化量的最小化约束来达到更优动态响应特性。通过Simulink仿真平台,验证了DMC控制方法在输出电压突变和负载跳变时的控制性能。最后,本文搭建了一台DAB实验样机,并给出了DAB变换器的硬件设计思路和软件设计思路,例如高频变压器、驱动电路、采样电路等的选型和设计,以及基于TMS320F28335的软启动程序和闭环控制系统的实现。结合Simulink仿真实验,对前面所述的最小回流功率控制方法和DMC控制方法的实际性能进行了验证,通过硬件实物实验证明了控制方法的有效性。