随着能源危机的加深和环境保护的需求,新能源汽车的发展可期。针对混合动力汽车的实际需求,本文针对高功率密度、高效率、安全隔离、低电流纹波的双向变流器开展了研究。所研究的双向变流器主要包括双向DC-DC变换器、三相整流器和三相逆变器。在分析目前混合动力汽车的需求基础上,设计了双向变流器的总体方案。针对混合式控制带有源箝位电流源型半桥双向DC-DC变换器,在分析了其工作原理的基础上,提出了改进的软启动控制策略来改善其启动性能。仿真研究表明,改进后的DC-DC变换器具有效率高、安全隔离、电流纹波低、启动电流小的特点。建立了三相三桥臂整流器的数学模型,通过仿真研究,优化了其控制策略和调制方式,仿真结果表明:所设计的三相三桥臂整流器输出具有直流波动小的特点。提出了一种新型二极管箝位的多电平逆变器,建立了其数学模型,通过仿真研究,得到了优化的电容电压不平衡补偿和控制策略。仿真结果表明:与三相三桥臂逆变器的输出相比,所提多电平逆变器拓扑的输出具有谐波含量低、电磁兼容性好、开关损耗低、逆变频带宽等优点。为了验证理论研究的可行性,研制了双向DC-DC主电路和驱动采样版、三相三桥臂整流器主电路和驱动采样板、多电平逆变器电路板和控制板,开发了相应的控制软件,完成了样机的研制及调试,并开展了实验研究。实验结果验证了理论分析和设计仿真的正确性,所给出的方案和设计具有可行性。