电力电子技术的发展对开关电源的轻量化和小型化提出了越来越高的要求。提高开关频率可以有效减小开关电源中无源元件的体积重量,从而提高功率密度。目前,开关频率达到几十兆赫兹的超高频功率变换器已成为小功率变换技术中的研究热点。为减小开关损耗,具有零电压开关特性的Class E型DC-DC变换器得到了广泛重视。ON-OFF控制电路结构简单,开关频率和占空比均恒定,有利于Class E型DC-DC变换器的主电路参数优化设计。本文研究ON-OFF控制超高频Class E型DC-DC变换器的参数设计和效率提升方法。本文首先介绍了ON-OFF控制Class E型DC-DC变换器的基本工作原理,并分析了ON模态和OFF模态的切换过程。由于变换器存在模态切换损耗,因此有必要降低ON-OFF的调节频率,以减小该损耗,提高变换效率。为了保证ON-OFF控制Class E型DC-DC变换器的正常工作,需满足两点要求:1)变换器在ON模态的输入功率大于负载功率;2)开关管实现零电压开关（Zero Voltage Switching,ZVS）。本文分析了变换器在ON模态的输入功率和开关管ZVS的实现随输入电压的变化情况,指出为满足上述要求,应在最低输入电压下设计变换器主电路参数。进一步地,本文推导了变换器中关键元器件的电压、电流应力随输入电压的变化关系,指出元器件的电压应力和电流应力在最高输入电压时达到最高。本文还提出了具有输出限流功能的ON-OFF控制方法,通过引入电流闭环,实现了过载和短路时的输出限流。仿真结果验证了上述理论分析的正确性和限流控制策略的有效性。针对ON-OFF控制的Class E型DC-DC变换器,本文提出了一种简单直接的参数设计方法。首先根据最低输入电压下开关管两端电压能否谐振回零,推导了ZVS的实现条件。接着,分析了开关管两端电压回零时刻不同对开关管电压应力、电流有效值和电压谐波含量的影响,以低电压应力、低电流有效值和低电压谐波为优化目标,给出了回零时刻的选取。在此基础上,给出了输入电感较大、输入电流近似为直流时变换器的主电路参数优化设计方法。当输入电感较小、输入电流纹波较大时,本文提出了并联电容补偿法。根据减小后的电感值,补偿相应的并联电容,可以使变换器的工作情况和感值较大时近似相同。由于开关管两端电压回零时刻随输入电压的升高而减小,为了减小由此产生的开关管反向导通损耗,本文提出了自适应占空比调整方法,使占空比随着输入电压的升高相应增大,由此提高变换效率。在实验室搭建了一台开关频率为20MHz,9-18V输入,5V/10W输出的Class E型DC-DC变换器原理样机,并进行了实验验证。实验结果表明,本文所提出主电路参数优化设计方法和占空比自适应调整方法是有效的。在ON-OFF控制中,如果开关频率是恒定的,那么Class E型DC-DC变换器在ON模态时的输入功率随着输入电压的升高而增大,这会导致变换器调节频率升高,元器件电流有效值增大,从而使得变换效率降低。分析表明,提高变换器的开关频率可以减小ON模态时的输入功率。为此,本文提出一种变频ON-OFF控制方法。该方法是随着输入电压的升高而相应提高开关频率,以减小ON模态时的输入功率,提高变换效率。本文提出了变频ON-OFF控制的开关频率选取方法,并给出了其实现方式。在实验室研制了一台9-18V输入,5V/10W输出的Class E型DC-DC变换器原理样机,实验结果验证了变频ON-OFF控制策略的有效性。无论是恒频ON-OFF控制,还是变频ON-OFF控制,都是由ON模态的输入功率和OFF模态的零功率来拟合负载功率。在轻载时,ON模态的输入功率远大于负载功率;在重载时,OFF模态的输入功率为零,远小于负载功率。这使得变换器无法在全负载范围内较好地拟合负载功率。本文基于Class E型DC-DC变换器的输入功率随着开关频率的升高而降低这一特点,提出了多功率滞环控制方法。通过引入多个不同的开关频率,得到多个不同ON模态时的输入功率,并自适应地选择与负载功率最接近的两个输入功率（一个高于负载功率,一个低于负载功率）来拟合负载功率,有效提高了变换效率。本文给出了多功率滞环控制的主电路参数设计和开关频率选取方法,并对多功率滞环控制、恒频ON-OFF控制、变频ON-OFF控制的调节频率以及元器件电流有效值进行对比分析。结果表明,多功率滞环控制可以在全输入电压和全负载范围内降低变换器的调节频率,减小元器件电流有效值,提高变换器效率。在实验室完成了一台9-18V输入,5V/10W输出的Class E型DC-DC变换器原理样机,实验结果验证了多功率滞环控制方法的有效性。