高效率、高性能、低成本是电力电子变换器永远追求的目标。在高压大功率应用领域中,这些目标的实现难度很大,但需求更为迫切。提高开关频率是改善电力电子变换器性能的重要途径,但高压大电流开关管的开关频率难以提高,使得两电平拓扑结构在中高压应用领域中难以满足高性能的需求。引入多电平技术是提高高压大功率变换器性能的有效解决方案。本文以双有源桥（dual active bridge,DAB）DC/DC变换器的多电平技术为研究对象,对DAB变换器的多电平拓扑结构及其调制方法展开了深入的研究,本文中提出了两种五电平DAB变换器的拓扑结构及相应的调制算法,有效地提高了DAB变换器的性能。针对高压、大功率的应用场合,本文提出了一种基于九开关管五电平有源中点箝位（five-level active neutral point clamed,5L ANPC）半桥电路构建的DAB变换器。该变换器采用双电流支路的零开关状态消除了电平跳变现象;通过分析开关状态之间的切换过程,本文合理地选取零开关状态实现了所有高压开关管的软开关运行;为了保证DAB变换器的可靠运行,本文研究了飞跨电容电压的闭环控制,通过分析不同的开关序列对飞跨电容电压和直流母线中点电位的影响,提出了一种飞跨电容电压的平衡控制方法。仿真与实验结果表明,该DAB变换器获得了优良的运行性能。针对高效率、低成本的设计目标,本文提出了一种基于Si/SiC混合器件5L ANPC全桥电路构建的DAB变换器,通过多电流支路的零开关状态消除了死区电平跳变,通过零开关状态之间的合理切换实现了所有高压开关管的软开关动作,通过选用双电流支路的开关状态降低了电路的通态损耗。进一步地,令承受通态损耗较多的两个桥臂内管采用SiC器件,通过设计调制方法将硬开关动作完全集中到SiC器件上,从而利用SiC器件低损耗、高开关频率的优势提高了DAB变换器的性能和效率;最后,基于滞环控制和变占空比控制,实现了中点电位的平衡控制。仿真与实验结果表明,变换器获得了与理论分析一致的优良性能。多电平技术的引入为变换器性能的优化提供了更多的手段。本文提出的两种五电平DAB变换器均具有四个控制自由度,为了实现效率的优化控制,提出了一种以传输电感电流基波有效值最小化为优化目标的优化调制算法,该算法通过调节矢量的幅值和角度来获取优化占空比组合,具有简单、直观、易实现等优点。在此基础上,本文围绕电压应力、电路成本、体积、效率和控制复杂度等方面对两种五电平电路进行了对比评估。结果表明,九开关管5L ANPC电路的电压应力低,能够实现更高的电压等级,Si/SiC混合器件5L ANPC全桥电路具有显著的低开关损耗,有利于实现高效率、低成本、高功率密度。最后,搭建实验样机并完成了实验验证和效率测试。