为了应对能源危机和环境污染,发展可再生能源已成为全球的共识。随着分布式电源大量地接入电网,直流电网技术的研究越来越重要。高性能的DC/DC变换器是直流电网中的核心装置。采用三电平全桥电路构建的双有源桥（dual active bridge,DAB）DC/DC变换器能通过较多的控制自由度对电路的性能进行优化。本文以三电平全桥DAB变换器为研究对象,以效率优化和中点电压平衡为控制目标,对DAB变换器开展了深入的研究。三电平全桥电路可以输出五电平波形,具有对称占空比调制和非对称占空比调制等两种调制策略。本文通过分析两种五电平调制策略的基波功率特性,得出了结论:两种调制策略下各次谐波对应的传输功率可以忽略,因此均可以采用基频分量法进行分析。本文以电感电流基波有效值最小化为目标,对两种五电平调制策略进行了优化,进而得到了控制变量的取值范围。在此基础上,对比了两种调制策略的优化效果,结果表明,两种调制策略都能取得相同的优化效果。在上述优化方法的基础上,本文进一步分析了两种调制策略的软开关范围。首先推导了三电平全桥变换器的软开关电流条件,接着通过分模态计算得到两种调制策略的软开关范围。对比两种调制策略可知,非对称占空比调制能实现更宽的软开关范围,尤其是在中低负荷下可以显著地提高效率。最后,通过搭建损耗模型对两种调制策略进行了损耗分析,结果表明,非对称占空比调制能更加显著地减小变换器的开关损耗。中点电压平衡是三电平全桥变换器的设计中需要解决的重要问题。三电平全桥电路具有冗余的开关状态,本文分析了各种开关状态对中点电压的影响,通过开关状态的组合确定了多组不同的开关模式。根据中点电压在一个开关周期内的变化是否为零,对开关模式进行分类,并据此提出一种能实现中点电压自平衡的控制方法,该方法具有控制效果好、易于实现等特点。最后,本文以ANPC三电平电路为例搭建了三电平全桥DAB变换器的实验样机,从软开关范围、电感电流有效值和效率三个方面对两种五电平调制策略进行了对比。实验结果表明,非对称占空比优化调制策略在实现电流基波有效值最小化的同时具有更宽的软开关范围,能降低开关损耗,提高变换器的整体效率。同时,采用所提出的中点电压平衡控制方法,变换器的中点电压在稳态和暂态时都能有效保持平衡。