电力电子变压器已成为全球研究热点,高速列车轻量化更是发展趋势,车载电力电子变压器取代传统牵引传动系统中的牵引变压器和四象限整流器是未来之必然。双向DC-DC变换器作为车载电力电子变压器的核心组成部分,其功率密度的高低、能耗的大小以及是否能够稳定运行,对车载电力电子变压器的性能优劣起着至关重要的作用。本文研究的全桥三电平双向DC-DC变换器具有耐压高、耐流大的优势,更适合在大功率场合中的工程实现,研究其高效能控制策略具有重要的现实意义。本文以全桥三电平双向DC-DC变换器为研究对象,首先对比分析了全桥三电平双向DC-DC变换器相较于全桥两电平、半桥两电平和半桥三电平的结构优势。深入分析了移相控制策略下,全桥三电平双向DC-DC变换器的工作原理、传输功率特性、软开关特性和回流功率特性。在此基础上,发现了移相控制下全桥三电平双向DC-DC变换器无法在全功率范围内实现软开关,并且存在回流功率较大的问题。为了解决上述问题,针对全桥三电平双向DC-DC变换器提出了一种两个控制自由度的单侧PWM加移相的控制方法。深入分析了该控制方法下变换器的工作原理和工作特性,发现该控制方法能有效增加变换器的软开关范围。针对变换器回流功率问题,进一步提出了一种最小回流功率优化控制策略,本文称之为优化的单侧PWM加移相控制。该控制策略使变换器在全功率范围内实现软开关的同时,可有效减小系统回流功率,仿真结果验证了理论分析的正确性。但在此控制策略下,变换器存在轻载运行电流应力大,轻载运行时效率低的问题。为了进一步提高效率,提出了一种三个控制自由度的双侧PWM加移相的控制方法。深入分析了该控制方法下变换器的工作原理和工作特性。针对变换器回流功率问题,进一步提出了一种最小回流功率优化控制策略,本文称之为优化的双侧PWM加移相控制。理论分析表明,该控制策略能有效减小轻载时的电流应力、优化轻载效率,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,搭建了全桥三电平双向DC-DC变换器的小功率实验平台,首先验证了系统的动态响应。之后,分别对移相、优化的单侧PWM加移相和优化的双侧PWM加移相三种控制策略下的工作模式进行了验证,并分析了三种情况下的回流功率。实验结果验证了本文提出的调制方法和两种优化的控制策略的可行性和有效性,实验结果表明采用两种优化控制策略均有效减小了变换器的回流功率,并且优化的双侧PWM加移相控制能有效减小轻载时的电流应力。在文章的最后,对三种控制策略下变换器处于不同功率等级时的效率进行了测量和对比,效率曲线结果表明,优化的双侧PWM加移相控制策略相较于移相控制策略和优化的单侧PWM加移相控制策略,可有效提高全桥三电平双向DC-DC变换器的效率。