开关电源变换器作为一种功率变换电路,相比传统的功率变换器具有转换效率高、体积小和抗干扰能力强等优点,被广泛用于各类供电系统。由于开关电源变换器在集成度、功耗和应用灵活性等方面的要求越来越高,其数字化控制已经成为必然趋势。如何提高数字控制变换器的静动态性能,是学术界的研究热点。本论文以提高开关电源变换器的动态响应速度和稳压精度为目的,研究了连续电流模式(CCM)和不连续电流模式(DCM)下,变换器的多种模型、电流观测器和先进数字电流模式控制策略。在变换器模型的研究方面,为了简化建模过程并便于建立包含寄生参数的精确模型,采用新的全微分法进行小信号建模。针对CCM变换器,分别建立了其基本小信号模型和精确小信号模型。通过仿真,验证了寄生参数对系统型别和零极点的影响。相比基本小信号模型,精确小信号模型可以更准确地描述变换器的中低频特性。针对DCM变换器,建立了其基本小信号模型,并证明它可以较准确地描述系统频率特性。进而,考虑寄生参数效应对电感电流的衰减作用,建立了DCM变换器的精确电流模型。相比基本电流模型,精确电流模型可以更准确地描述变换器的电感电流和平均输出电流。CCM和DCM变换器模型的研究为电流观测器和先进数字电流模式控制器的设计奠定了理论基础。在先进数字电流模式控制策略研究方面,分别基于CCM和DCM变换器展开研究。对于CCM变换器,研究了其数字无差拍电流模式控制和数字预测电流模式控制。其中,数字无差拍电流模式控制通过线性外插对下个周期的电流进行估计,从而提前一个周期获取电感电流。进而,通过计算下个节拍的占空比,将电感电流在两个周期内调整至参考电流。数字预测电流模式控制利用已知信息对电感电流斜率进行计算,进而对电流进行预测和控制,可在一个周期内将电流调整至参考值。为了提升DCM变换器的动态响应速度,研究了其数字电荷平衡控制策略,通过控制输出电容的充电电流来实现快速电压调整。其中,由电流观测器对输出电流进行估计,进而电压控制器根据估计电流和电荷平衡原理产生参考电流。最终,电流控制器根据参考电流对变换器输出电流进行控制,完成输出电容的电荷再平衡。针对基于电流观测器的数字预测电流模式控制,研究了寄生参数对电流观测精度和输出电压稳态误差的影响。通过变换器的精确小信号模型,对控制进行了深入分析,并证明变换器的寄生参数效应会导致电流观测误差,使观测电流发散,最终降低变换器的动态响应速度,并引起输出电压的稳态误差。进而,提出了观测器的综合补偿和自矫正补偿策略。其中,综合补偿策略包含对电流观测器的补偿和对采样电压的补偿,分别用于修正寄生参数和输出电压纹波对电流观测精度的影响。自矫正补偿策略则在电流观测器的输出端引入积分反馈,进而对观测电流自身进行矫正。通过设计合适的矫正系数,可获得较快的观测电流收敛速度和输出电压响应速度。最终,通过建模、仿真和实验,证明这两种补偿策略都能够使观测电流收敛,并消除输出电压的稳态误差,提高系统动态性能。针对基于DCM变换器精确电流模型的数字电荷平衡控制,发现其电流观测器和电流控制器分别存在观测电流误差和参考电流误差,并证明造成误差的原因是寄生参数引起的能量损耗,对两种误差单一或不等量的补偿将导致输出电压的稳态误差。进而,提出一种双重电流误差补偿策略,通过一个电流误差观测器计算电流误差量,对观测电流和参考电流进行等量的补偿。经过补偿,有效消除了控制中的观测电流误差和参考电流误差,提升了输出电压的动态响应速度,并消除其稳态误差。