电力电子设备由于具有高效率、高功率密度等特点,已经成为现代工程中电能变换的重要装置。直流变换器作为电力电子设备中最核心的部分之一,广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输、新能源发电等领域。经过近几十年的发展,直流变换器的种类越来越多,已经可以根据应用场合筛选出相对较为合适的拓扑结构。但是大部分拓扑仅在特定工况下具有优势,不具有一定的普适性。为此,不断有新的拓扑被提出,以适应一些特殊工况下的应用。对直流拓扑构成本质规律和内在联系的研究,有助于形成拓扑的衍生理论,丰富直流变换器的种类,成为一个重要的研究课题。论文在分析开关型直流变换器的内在构成规律基础之上,提出了变压器耦合单元的构成方法,并将其与全桥直流变换器相结合以拓宽开关管的软开关范围。通过采用不同的组合方式,衍生出一类具有不同软开关特性的组合型全桥拓扑。所提出的拓扑结构,具有软开关范围宽、电流纹波小等优点,能够有效地改善传统移相全桥变换器的性能,从拓扑层面为高效率直流变换器的实现提供了解决方案。本文首先对直流变换器的构成规律进行简要分析,提出了以电感、电容和开关管三种器件构成的单端口基本单元,并对其可行的连接方式进行研究,重构出了Buck、Boost和Buck-Boost三种基本的变换器结构。两组基本单元通过容性耦合的连接方式,可以形成四种拓扑结构,分别对应Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta变换器。将基本单元中的电感增加一个绕组,构成变压器结构,得到一个新的功率输出端口。该端口与常规的变换器以不同方式进行组合,可以推导出一类新的拓扑结构,能够满足不同工况下的功率变换要求。其次,将变压器耦合单元的构成方法应用到全桥隔离型直流变换器中,以改善传统全桥变换器的性能。全桥拓扑的原边由四个开关管构成,可以形成四个变压器耦合单元,加上自身的主变压器,总共可以构成五个功率输出端口。采用排列组合的方式,对各个端口可行的连接方式进行分析,推导出一类组合型全桥拓扑结构。组合型拓扑由于具有多个功率输出端口,通过一定的变压器耦合方式,可以在输出侧获得具有多电平特性的整流电压,保证在整个开关周期内功率传递的连续性,有利于减小输出滤波器的容量。本文以双端口全桥拓扑为主要研究对象,提出了一种具有零电压零电流开关(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching,ZVZCS)特性的双端口组合型全桥拓扑,超前管采用MOSFET,工作在零电压开关状态,滞后管采用IGBT,工作在零电流开关状态。该拓扑具有软开关范围宽、电流纹波低、转换效率高等特点。上述ZVZCS双端口组合型全桥拓扑中,励磁电感储存的能量为恒定值,为了进一步拓宽开关管软开关范围,降低传导损耗,研究了具有储存能量自适应(Adaptive-Energy-Storage,AES)的组合型零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)全桥拓扑。与常规移相全桥变换器相比,AES拓扑通过引入耦合变压器,能够有效地改善软开关范围、二次侧电压振荡、占空比丢失等问题。AES全桥拓扑本身具有双端口功率输出的特性,现有文献只采用其中一个端口作为功率输出,存在较大的环流损耗。基于组合思想,研究了AES拓扑中双端口可行的组合方式,提出了一类改进型的AES全桥拓扑,并详细地分析了该类拓扑的工作原理和电路特性。AES组合型拓扑不仅保留了原型拓扑的所有优点,而且具有更宽的软开关范围和更低的环流损耗,并且副边无需增加辅助二极管,就可以实现原副边功率传递的连续性,能够显著地降低滤波电感电流纹波。最后,对基于变压器耦合的组合型全桥拓扑存在的共性问题进行了分析,并提出了对应的解决方法。组合型拓扑由于存在两个功率输出端口,保证了原副边功率传递的连续性。但是,该特性会造成变换器的电压增益范围变窄。本文通过改变开关管的驱动时序,能够使组合型拓扑在双端口模式和单一端口模式之间进行切换,进而拓宽电压增益范围。组合型全桥拓扑虽然降低了开关管实现软开关的难度,但是仍然是依靠漏感对结电容进行充放电,完成ZVS转换。轻载下,开关管会丧失软开关的特性。本文通过对轻载下组合型全桥拓扑的ZVS转换过程进行分析,发现只要原边励磁电流大于负载的映射电流,两者之差便能够对结电容进行充放电,为零电压导通创造条件,能够进一步拓宽开关管的软开关范围。因此,对于轻载下的组合型全桥拓扑来说,其负载电流越小,软开关的实现条件越容易满足。