三相背靠背变换器被广泛应用于不间断电源、电机变频驱动等工业场合。背靠背系统通过前级整流器和后级逆变器两级变换结构给负载供电,其能量变换效率是系统重要指标之一。传统的基于硅器件的背靠背变换器由于采用硬开关工作方式,开关损耗大,因而开关频率受限,造成无源元件体积上升和音频噪声。本文主要从功率器件和电路拓扑两方面出发研究了背靠背变换器的高效率变换技术。本文首先将混合模块引入到两电平和三电平背靠背变换器之中,分析了混合模块对两电平和三电平电路的效率提升效果。根据T型三电平电路不同工作模式的换流特点,设计了混合模块的与硅模块的不同组合方式,并根据损耗模型对采用混合模块和硅模块的背靠背变流器在不同开关频率下的系统效率进行了评估。本文提出了一种能够同时适用于三相四线制背靠背变换器中的PWM整流器和逆变器的统一控制方案,该控制方案能够缩短控制系统开发周期,简化程序代码的调试和维护工作。除了从功率器件方面减少损耗提升系统效率,还可以考虑从变换器拓扑结构的角度来提升背靠背系统的效率。直流侧谐振型软开关电路的辅助电路结构简单,更加适合应用于多相电路中。本文提出了一种三相四线制零电压开关背靠背变换器拓扑,在该拓扑中,整流侧和逆变侧通过共用一个辅助谐振支路,能够同时实现所有开关器件的零电压开通,有效减少开关器件的开关损耗,提升系统效率。本文首先分析了零电压开关背靠背变换器电路的工作原理,提出了一种边沿对齐的脉宽调制(EA-PWM)策略,采用该调制策略辅助开关在每个开关周期内只需动作一次就能实现所有开关的零电压开通,能够有效降低辅助电路的损耗并减轻其控制复杂度,同时该调制策略适用于不同功率因数、不平衡负载以及非线性负载等复杂工况。此外,本文建立了三相四线制零电压开关背靠背变换器的损耗模型,并基于该损耗模型对50kVA实验样机进行了效率优化,包括功率器件选型、谐振参数优化设计、滤波电感优化以及关键换流回路母排设计等。最后通过实验验证了电路的软开关工作和电路基本功能,实验结果表明该软开关技术能够显著提升背靠背变换器的变换效率。相比传统硅器件,SiC MOSFET具有更加优异的开关性能,同时其开关损耗中开通损耗的比例远大于关断损耗,因此将其应用于零电压工作的软开关电路中,能够消除大部分的开关损耗,从而更好地发挥软开关电路的优势,进一步提升系统效率和功率密度。为评估碳化硅器件对三相四线制零电压开关背靠背变换器的效率提升效果,分析比较了不同开关频率下采用SiC MOSFET的三相四线制零电压开关背靠背变流器与传统硬开关电路的效率。搭建了一台基于SiC MOSFET器件的10kW三相四线制零电压开关背靠背变换器样机,并与硬开关背靠背变换器在开关器件电压应力和效率方面进行了实验比较。最后对软开关变换器的扩展应用进行了讨论。