新能源的大规模利用、网侧负荷结构的变化以及电力电子换流技术的快速发展,使得直流电网的优势日益凸显。目前,产学界已对直流电网的稳定性、故障保护、网络拓扑结构等问题展开研究,并已报道了诸多直流电网的试点工程。为了实现不同电网之间的高效互联以及电能的智能管理,直流变压器的研究在国内外得到广泛关注,并成为电工技术研究的热点之一,因此本文围绕着中低压直流变压器应用中的若干关键问题开展了深入研究和探讨。相比于硅基IGBT,碳化硅MOSFET开关损耗低,速度快,应用在直流变压器中,可将隔离频率推高到声频范围以上,大幅度降低噪音,并提高变流器性能。为了利用碳化硅MOSFET的寄生二极管作电路中的续流二极管,以降低成本和器件封装难度,本文从关断电压、关断电流、电流变化率和结温四个方面系统地评估了其寄生二极管的反向恢复特性,并跟碳化硅肖特基二极管和硅基p-i-n二极管进行了对比分析。针对直流变压器的应用,产学界已开展了诸多研究。受限于功率半导体器件的电压等级,目前直流变压器的解决方案中常采用多个高频变压器实现不同电网间的电气隔离和电压匹配,造成变压器加工成本高、整机体积大等问题,影响了直流变压器的工程应用前景。针对上述不足,本文针对中低压直流变压器应用提出了一种隔离型能量双向流动的模块化多电平DC/DC电路结构,实现了中压直流和低压直流间的转换。该结构中压侧采用模块化级联的方式构成高压换流阀,克服了功率半导体器件耐压不足的问题,而后借助一个双绕组的高频变压器实现电气隔离和电压转换。模块化的结构有利于批量生产和成本控制,同时电压调制自由度高,控制灵活。单个变压器容量大,结构简单,有利于降低变压器体积和加工成本。为了实现输出功率的连续调节和级联模块的电压均衡,本文提出了一种双移相的控制策略。通过原副边电压的移相控制实现输出功率的调节,有效利用了变压器漏感能量,同时实现了器件的软开关,降低了开关损耗。通过级联模块输出电压问的移相控制保证了各模块之间的电压均衡,控制简单,并且在不增加开关频率的情况下,各模块电压实现快速均衡。本文设计制作了基于碳化硅器件的实验样机,对所提出的电路结构和控制策略进行了验证分析。在双移相控制下,为了简化各模块间的电压均衡控制,变流器的电压增益须小于一个临界值,压缩了变流器的优化空间。为了克服该电压增益受限的问题,同时具有双移相控制的诸多优点,本文提出了一种占空比控制的均压策略。变流器的输出功率仍通过变压器原副边电压的移相角控制,但级联模块输出电压的占空比不再恒定在50%,而是进行了占空比调制,以此来调节模块电容的充放电状态,实现各模块间的电压均衡。该控制策略下,变流器的电压增益不再受限,各模块电压同样实现了快速均衡。本文在单相结构的基础上提出了多相结构模块化多电平DC/DC电路拓扑,并重点分析了三相结构的模块化多电平DC/DC变流器,同时跟单相结构进行了对比分析。多相结构模块化多电平DC/DC变流器中,器件电流应力低、输出滤波器体积小、循环功率小、dv/dt显著降低,拓展了所提变流器的功率等级和应用范围。