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随着能源危机和环境问题的加剧,基于分布式电源和储能系统的直流微网以其优越的性能受到广泛的关注。由于负载不断波动,需要一种高效率的双向DC-DC变换器将储能装置连接至直流微网母线,以维持母线电压恒定。针对现有双向DC-DC变换器在宽负载范围内容易失去软开关特性的问题,本文提出了高效率谐振型双向DC-DC变换器,从软开关实现条件、谐振腔结构和控制策略展开深入研究,主要内容如下:1.总结了双向DC-DC变换器的研究背景和国内外研究现状,讨论了软开关技术的本质,对本文涉及的技术要点作了主要介绍。对不同谐振腔的调压特性,功率传输能力进行比较;对变换器的控制策略作了分析,决定采用移相加调频(Phase-shift and Frequency-modulate,PSFM)混合控制策略;对双向DC-DC变换器的主要建模方式作了介绍,详细分析了基于傅里叶分解的基波分量法,并决定计及不同的倍频分量对本文变换器进行建模。2.为了解决串联谐振双向DC-DC变换器在宽负载范围内难以实现零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)导致运行效率较低的问题,提出一种高效率串联谐振双向DC-DC变换器(High Efficiency Series Resonant Bidirectional DC-DC Converter,HE-SR-BDC)拓扑。推导出计及开关管寄生电容时的ZVS实现条件,并对谐振参数进行校正,使谐振腔储存的能量能够对寄生电容完全放电。采用移相加调频(Phase-shift and Frequency-modulate,PSFM)的混合控制策略,当变换器轻载运行时,通过增大开关频率和移相角,拓宽ZVS的实现范围。采用基波分析法分别从时域和相量域对系统进行建模,分析变换器的工作特性。最后,给出系统参数,并验证其正反向运行效果。3.提出了一种高效率多谐振双向DC-DC变换器(High Efficiency Multi-Resonant Bidirectional DC-DC Converter,HE-MR-BDC),以解决串联谐振变换器能量传输效率低,以及开关管关断电流小导致ZVS实现困难的问题。在串联谐振的基础上引入并联谐振结构,LCLC谐振腔具有三个谐振频率,能够传输基频和三倍频能量,减小了谐振腔环流。谐振腔电流为基频和三倍频分量的叠加,增大了谐振电流过零点斜率,使得关断电流增大,进一步拓宽了ZVS的实现范围。考虑傅里叶分解后的基频和三倍频分量对系统进行建模,分析其工作特性,并推导计及寄生电容的软开关实现条件。最后,对HE-MR-BDC进行参数设计,搭建仿真系统进行验证,并与串联变换器的运行效果进行比较。