单相PWM整流器因其可实现单位功率因数运行、工作在整流和逆变两种状态等优点,广泛应用于光伏并网、电动汽车、储能及电力机车牵引系统等领域。但单相PWM整流器因其拓扑结构特点,交流侧与直流侧之间有二次脉动功率流动,导致电能质量降低,缩短器件使用寿命,影响系统稳定运行。传统的解决方法是采用大容量的电解电容并联于直流母线间,但会导致整流器的功率密度降低,由于电解电容的寿命较短使整流器的寿命受限。为了解决上述问题,目前采用在直流侧附加开关器件的有源功率解耦技术得到越来越多的关注。本文基于单相PWM整流器的数学模型,分析了直流侧母线电压二次纹波的产生机理及危害,研究了一种基于直流分裂电容的功率解耦电路拓扑。该拓扑是在单相PWM整流器的直流侧增加一个对称半桥电路,将二次脉动功率全部转移至对称半桥电路中,维持直流侧电压恒定。但现有对该电路拓扑的研究均是在分裂电容容值完全相等的理想条件下,没有考虑温度、湿度等环境因素以及时间效应所造成的电容容值漂移,导致两个电容容值间出现偏差。本文对该电路拓扑的工作原理、控制策略进行了研究,通过分析得因电容容值偏差会产生功率解耦电路不可抵消的一次功率分量,通过仿真验证了对功率解耦性能的影响。为了解决功率解耦电路的解耦性能受电容容值偏差影响的问题,本文研究了一种基于直流分裂电容的鲁棒功率解耦控制策略,不论电容容值是否相等均可以取得优越的功率解耦效果。针对系统锁相研究了一种基于频率固定的二阶广义积分器锁相环,实现了精准锁相。对单相PWM整流器系统进行参数设计,在Matlab/Simulink中对该电路拓扑进行了仿真研究,验证了该功率解耦控制策略的有效性。本文据此进行单相PWM整流器系统的软件、硬件设计,硬件方面主要完成了主电路、驱动保护电路、采样电路及控制器设计,软件方面完成了数字化控制系统设计。在此基础上,搭建了一台额定功率2k W的基于直流分裂电容鲁棒功率解耦的单相PWM整流器样机。实验结果验证了控制策略的可行性,直流侧电容容值显著减小,功率解耦效果良好且不受分裂电容容值偏差影响,明显提高了系统在实际运行中功率解耦的鲁棒性,同时降低了系统成本和体积。