远距离水声通信是实现我国海上强国战略的关键技术之一，优质高效的电声换能系统是海洋军事对抗和海洋产业发展的重要保障。功率放大器作为电声换能系统的动力部分，其运行性能对整个系统至关重要。大功率级联型数字功率放大器不仅可以突破功率器件的容量限制，提升系统的功率等级，而且可以利用级联多电平特性提高输出电压的波形质量。大功率级联型数字功率放大器的两级式功率模块拓扑在提高系统控制自由度的同时，还能实现输入直流源的共用。
　　本文围绕大功率级联型数字功率放大器的工作原理、控制策略、性能优化和样机研制方面，主要研究了DC/DC级二次纹波电流的抑制和DC/AC级输出性能的改善。论文主要工作和成果如下：
　　1)针对大功率级联型数字功率放大器DC/DC级存在二次纹波电流的问题，提出一种用于带单相逆变器交流负载的DC/DC变换器的二次纹波电流抑制方法，迫使直流母线滤波电容几乎承担所有的二倍频功率脉动。
　　阐明了二次纹波电流的产生机理和危害，推导了闭环控制下直流输入源二次纹波电流数学表达式，揭示了母线滤波电容容值大小对其二次纹波电流幅值的影响。建立移相全桥DC/DC变换器的小信号模型，推导了常规双闭环控制下电流反向增益及二次纹波电流占比和外环电压补偿器增益的数学表达式，揭示了通过调整补偿器参数来提升二次纹波电流抑制能力的局限性。在此基础上，提出了一种基于直流母线电压反馈和输出电流前馈的二次纹波电流抑制方法。基于电流反向增益和等效支路阻抗对本章所提方法及常规双闭环控制的二次纹波电流抑制能力进行了对比分析，理论上验证了所提方法的有效性。分析了所提方法二次纹波电流抑制能力对电路参数的敏感性，证实了所提方法可实现零稳态误差跟踪。给出了所提方法的参数设计原则，保证系统较高的稳定裕度。仿真结果表明所提方法可以有效抑制二次纹波电流进入DC/DC变换器，提升系统的动态性能和转换效率。
　　2)针对大功率级联型数字功率放大器高性能输出的要求，提出了一种电压电流环基于不同坐标系的输出电压宽频带高保真控制方法，突破了常规控制方法在跟踪精度和带宽的限制。
　　建立了大功率级联型数字功率放大器DC/AC级在dq坐标系下的数学模型，推导了LC滤波器在dq坐标系下的特征表达式，揭示了αβ/dq变换会导致dq分量耦合、增加系统阶次和恶化谐振等问题。给出了单电压环PI控制的dq解耦项表达式，指出其设计和实现复杂。结合模型预测控制快速性和dq坐标系的PI控制无稳态误差的优点，提出了一种电压电流环基于不同坐标系的控制方法，提升宽频带功率放大器输出特性。电流内环采用快速预测控制方法，其实现主要包括开关状态冗余量的消除、电压评估子集的构建、双电平线性组合设计和开关动作分配。电压外环采用dq坐标系的PI控制，提出正交量voβ的预测构造方法，分析了所提正交量构造方法对电压外环的影响，给出了PI参数的设计原则，简单可靠。最后仿真结果表明电流内环快速预测控制方法能有效减少电流跟踪误差，实现功率和开关分配均衡。所提输出电压控制方法在保证大功率级联型数字功率放大器稳定性和可靠性的同时，实现了输出电压的宽频带快速无差跟踪，提高了数字功率放大器的保真性能。
　　3)研制了600VDC输入，2kVAC/200-1200Hz输出的30kVA大功率级联型数字功率放大器实验样机，详细阐述了其主电路和控制系统设计方法。
　　深入论述了主电路参数的设计方法和选型原则，包括功率器件选取、高频变压器变比计算、滤波器件设计、谐振电感设计等。根据级联型数字功率放大器的模块化的结构特点和实时性的控制要求，将控制系统设计为三层，依次为人机交互层、总控制器层和功率模块控制层，面向不同对象，协调完成各自功能。在此基础上，合理选择各层控制芯片，有序构架各层控制板电路布局，包括采样及调理电路、驱动电路、保护电路、光纤发送接收电路等。最后，最后通过实验结果证明了样机设计方案的合理性和可行性。