燃料电池能量转换效率高,污染小,适用性强,被誉为继水力、火力、核能之后第四代发电装置。在燃料电池供电系统中,一般加入储能元件和双向变换器来辅助供电,以提高整个系统的动态性能。双向变换器的动态响应将直接影响到燃料电池供电系统的动态性能。本文从电路拓扑和控制方式两方面来讨论双向变换器的设计,并提出在两端“源”的场合下双向变换器的软起动方法。在电路拓扑方面,论文将三电平结构引入到两电平Buck-Boost双向变换器中,得到三电平Buck-Boost双向变换器(以下简称三电平双向变换器),其优点是电感可以大大减小,有利于提高变换器的动态响应。论文分析三电平双向变换器的工作原理、电路特性和参数设计,并研制一台1kW的原理样机进行实验验证。在控制电路方面,论文介绍PWM控制的边带效应,引入多频域模型分析两电平双向变换器和三电平双向变换器的控制环路带宽。由于边带效应的存在,两电平双向变换器的带宽最高只能到开关频率的二分之一,而三电平双向变换器中PWM交错控制可以消除边带频率fs-fp的边带效应,该变换器的带宽最高可以达到开关频率,是两电平双向变换器的两倍,因此三电平双向变换器具有更好的动态响应。论文通过仿真分析和对比,验证三电平双向变换器的动态特性好于两电平双向变换器。在燃料电池供电系统中,双向变换器工作在两端“源”的场合下,传统软起动方法将会导致反向电流出现,并因此损坏变换器。论文提出一种新颖的两段式软起动方法,它分两个阶段分别让主控管和被控管的占空比从零开始逐渐增加,有效防止反向电流的出现。将该方法分别应用到两电平和三电平双向变换器中,并进行实验验证,实验结果表明该方法是有效的。