随着LED照明、充电电池等低压用电场合和光伏组件、燃料电池等低压新能源发电设备的持续增加,高转换比变换器的需求也日益凸显。高转换比整流器需要将电网电压转换为较低的用电电压而且还要具有功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)的功能,如何在实现这些功能的同时又使得变换器尽量做到结构简单、性价比高,就需要对高转换比整流器进行深入探讨。与此同时,在新能源发电领域,如何将较低的光伏组件或燃料电池电压转换为较高的市电网侧电压,同时又保持简洁的变换器结构和较高的效率,也需要对高转换比逆变器进行深入研究。目前,这些问题成为了电子电子变换器领域的研究热点之一。单周期控制作为一种大信号非线性控制方法,具有电路实现简单、动态性能好、抗干扰性强等优点,被广泛运用于电力电子和电力系统设备等应用领域,受到了学术界和工业界的持续关注。因此,对高转换比变换器拓扑及其单周期控制方法进行深入研究,不但具有重要的理论意义,而且也具有较强的工程实用价值。在负载为低电压用电设备的应用场合,传统的双级式高转换比PFC整流器通常先通过Boost变换器实现功率因数校正功能,再通过一级降压变换器,实现输出电压的控制。该方案不仅结构复杂、功率器件数量多,同时由于Boost电路的升压特性,会使得器件的电压应力较高。论文首先提出一种双向开关的无桥Buck-Boost高转换比整流器拓扑,其电路结构简单,功率器件仅有两个开关管和两个二极管;无桥化的电路结构,可以降低传统整流二极管桥带来的导通损耗;通过引入耦合电感可以实现高转换比降压,在输出电压较低时避免占空比工作于极限状态;两个开关管使用同一个驱动信号,同时其反向串联结构使得驱动电路变得简单。采用单周期控制作为PFC控制策略,省去了传统PFC控制方法所必须采用的输入电压检测和控制回路中的乘法器,从而简化控制电路、降低成本。仿真和实验证明了该拓扑及其单周期控制策略工作原理可行,并具有功率器件数量少、电路成本低、PFC效果好等优点。在此基础上,论文通过拓扑的演化,提出了一族单级式高转换比无桥Buck-Boost PFC整流器拓扑,该族拓扑通过电网侧和输出直流侧电路结构的变化可以实现相似而又不同的电路特性,同时保持了器件数量少、电路结构简单的优点。最后通过仿真验证了该族拓扑的可行性,结合单周期控制可获得良好的PFC性能。在单级式高转换比逆变器拓扑方面,传统的双级式方案通常由前级高转换比DC-DC变换器和后级全桥逆变器组成,其电路结构复杂、功率器件繁多、成本高。常见的单级反激式拓扑由于功率解耦所引入的解耦电路使得电路器件增加、效率降低,而传统的Boost类拓扑虽然功率解耦较为简单,但由于有限的电压转换比使其不适用于高转换比逆变器场合。论文首先提出一种单级式高转换比Buck-Boost逆变器拓扑,该拓扑是在双向开关的无桥Buck-Boost PFC整流器拓扑基础上演化而成,与其具有相反的功率流向。所提出的拓扑功率器件非常少,仅需要4个开关管;通过引入耦合电感实现了高转换比;采用单周期控制完成逆变功能,可以获得高质量的正弦输出电压以及高抗干扰性。最后通过仿真验证了该拓扑工作原理可行,并具有结构简单、成本低等优势。由于Buck-Boost型单级式高转换比逆变器拓扑也存在功率解耦电容较大的问题,论文随后提出了一种带耦合电感的单级式高转换比Boost型逆变器拓扑。该拓扑基于全桥逆变器,通过复用下桥臂开关管来实现Boost升压,从而实现了单级式拓扑结构;同时,拓扑引入了耦合电感,通过调节耦合电感的匝数比实现了高转换比,从而克服了传统的Boost变换器转换比有限的问题;拓扑保留了高压直流母线,使得功率解耦变得容易,从而避免了单级Buck-Boost型或反激式高转换比逆变器中解耦电容大或者需要引入额外功率解耦电路的问题;拓扑独特的运行方式使得升压和逆变控制相互独立,从而使该单级式拓扑具有了传统双级式拓扑升压和逆变分别控制的优点。而后,论文又通过引入充电泵结构,提出了一种具有更高电压转换比的单级式拓扑。充电泵结构仅引入了两个电容和两个低压二极管,使得电压转换比大大提高,从而使该拓扑适用于对转换比要求更高的场合。同时,充电泵结构还可以吸收耦合电感的漏感,从而消除开关器件上的振荡,提高系统可靠性。两种拓扑均采用单周期控制作为逆变输出的控制方法,具有控制电路简单可靠、抗干扰性强等优点。论文通过仿真和实验的形式,证明了这两种拓扑能够实现高转换比升压逆变的功能,同时具有器件数量少、功率解耦电容小、低成本、高效率等特点。