近年来,海洋开发和海洋国防建设正在快速发展,水下远程通信和探测技术在其中扮演着越来越重要的角色。声波是水下远程通信的唯一手段,主要由电声换能系统发出,功率放大器是电声换能系统的核心装备。随着海洋通信和探测技术对电声换能系统的功率、频带、保真度和可靠性的要求不断提高,需要大功率、宽频带、高保真、高可靠的功率放大器来不断增强电声换能系统的输出性能。为此,研究大功率、宽频带、高保真、高可靠的功率放大器有重大理论研究意义和工程应用价值。本文依托国家自然科学基金项目“大功率电声高效换能机理与控制方法研究（51837005）”、广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队资助项目“海洋工程特种电能变换装备关键技术研发及产业化”（2017ZT07G237）和国家重点研发计划项目“柔性直流故障电流抑制的基础理论研究（2018YFB0904600）”,对大功率、宽频带、高保真、高可靠的数字功率放大器进行了理论研究、仿真分析和实验验证,具体工作如下:（1）调研综述了数字功率放大器的拓扑、宽频带控制和直流偏置抑制方法。首先分析了模拟、数字和混合功率放大器的技术特点和适用场合。其次,介绍了数字功率放大器的拓扑结构,然后研究了已有的数字功率放大器宽频带输出控制和直流偏置抑制策略。最后,结合项目需求的性能指标,选择了合适的数字功率放大器拓扑和控制方案。（2）针对数字功率放大器的宽频带、高保真需求,提出了LCLC型输出滤波器的参数设计方案和宽频带输出控制优化设计方法。首先建立了数字功率放大器的数学模型,推导了开环控制系统框图。其次,针对LCLC型输出滤波器,选取了开关管的开关频率,在此基础上,提出了以电感电流纹波、电容电压纹波和电容吸收无功功率为设计标准的LCLC滤波器参数设计方案,得到了滤波器参数数值。然后,以提高控制系统稳态和动态性能为目标,提出了以系统稳定性、动态响应、输出带宽和输出阻抗为评价标准的宽频带输出控制优化设计策略,实现了对四种控制方案的控制器参数优化设计,通过对控制结果的对比分析,得到了最优的宽频带、高保真控制策略:输出电压外环、电容电流内环控制。最后,建立了仿真模型,对四种控制方案的稳态和动态性能进行了比较和分析,验证了理论分析的正确性。（3）针对数字功率放大器的高可靠需求,提出了一种基于电压补偿的改进虚拟电容法实现了直流偏置抑制。首先详细分析了数字功率放大器输出电压中含有直流分量的原因。然后介绍了虚拟电容法的基本原理,探究了该方法中输出电压幅值存在稳态误差的原因。在此基础上,且根据第二章节中宽频带输出的最优控制策略,提出了一种基于电压补偿的改进虚拟电容法,消除了输出电压中的直流分量,并实现了无差跟踪,同时该方法不影响第二章节中最优控制策略的输出带宽、THD基本相同。最后,搭建了仿真模型,对理论分析结果进行了验证。（4）研制了10k W宽频带数字功率放大器实验样机。在硬件方面,对功率放大器的直流侧电容设计、开关器件和滤波器选型进行了介绍,对控制器电路、采样电路、故障保护电路和驱动电路设计进行了阐述。在软件方面,设计了上位机显示界面,编写了采样子程序和故障保护子程序。最后,对数字功率放大器在空载、阻性负载、接变压器和接换能器负载条件下进行了实验验证,并且在额定功率下,效率大于97%,THD＆lt;1%。