为实现高速列车轻量化和高功率密度化,车载电力电子变压器成为取代工频变压器的新一代发展方向。电力电子变压器由单相整流器和高频双向DC-DC变换器为基本单元结构组成。其中高频DC-DC变换器作为网侧单相整流器的负载和电机侧牵引逆变器的电源,面临前级整流器的输出电压脉动、电机加减速导致的负载突变等外部运行环境,且系统需要具备高效率运行的要求。同时,随着宽禁带器件如碳化硅等的应用,功率器件的耐压等级和功率范围提升,电力电子拓扑逐渐向可靠性高、拓扑结构简化方向发展。这就需要对中间级DC-DC拓扑结构进行筛选,以及对相应拓扑的效率及动态特性提升加以研究,以满足车载电力电子变压器高功率密度和高可靠性的需求。首先,本文介绍了双向DC-DC变换器的研究现状及其结构特点,着重分析了软开关变换器的优势,并综合分析了建模以及优化控制算法。在拓扑结构中选用双桥串联谐振变换器,通过与传统双向有源全桥变换器的对比分析,论证了双桥串联谐振变换器在传输功率范围,以及满载下电流应力等方面优于传统双向有源全桥变换器。其次,在变换器处于稳态运行条件下,软开关的实现影响了变换器的效率及稳态特性;无LC滤波的单相整流系统存在输出电压脉动,导致DC-DC变换器输出电压波动;同时谐振电感电流应力,也显著影响了变换器的效率。本文分别从软开关的实现、输出电压脉动抑制与谐振电感电流应力优化等角度,着重分析了双桥串联谐振变换器的软开关实现条件,积分参数对脉动分量的影响,以及特定增益下最小电流应力优化控制算法。同时,为提升双桥串联谐振变换器的瞬态响应速度,本文给出了输出电压模型预测控制和优化虚拟功率算法。理论分析和仿真结果表明:输出电压模型预测控制取消了外环电压比例-积分(PI)控制,优化虚拟功率算法实现了对电路模型参数不敏感的特点。与传统控制算法相比,所提算法均显著提升变换器在负载及输入电压突变下的响应速度,并改善变换器的启动特性。最后,在双桥串联谐振变换器谐振参数设计基础上,搭建了基于碳化硅的双桥串联谐振DC-DC变换器实验平台,分别开展了本文所研究的稳态优化控制方法和动态控制算法的实验验证,实验结果进一步验证了理论的正确性和有效性。