随着LED固体光源不断发展并逐步增大市场渗透率,发展低成本、高效率的LED驱动系统显得尤为重要。单级LED驱动系统克服了传统两级系统器件多、稳定性差的缺点。为进一步提高系统工作频率并提高系统的功率密度,本文提出了一种基于Class E的复合型高频变换器,其开关器件可工作在软开关状态,进而将其工作频率提高到了500 k Hz,主要研究内容包括:单级系统集成理论及参数优化设计,基于扩展描述函数的Class E谐振变换器小信号建模与简化,以及数字控制系统设计。本文首先根据开关器件复合理论提出了基于Class E谐振变换器的单级LED驱动拓扑族,并在此基础上分析了不同前级PFC拓扑结构对共用开关管过流或者过压特性的影响,提出了本课题研究的基于buck-boost与Class E的单级变换器。根据电路工作原理,采用基波分析法提出了Class E变换器参数的优化设计方法,实现了全负载范围内软开关特性。同时研究了系统参数对输入电压或者输出功率变化时母线电压大小以及前级buck-boost电路工作模式的影响,降低了轻载以及高输入电压时的母线电压。结合Class E谐振变换器的工作原理,将串联谐振变换器的建模方法扩展应用到Class E谐振变换器交流模型的获取上。应用扩展描述函数,推导出了Class E变换器的线性小信号模型,并在此基础上得到了小信号模型的等效电路。针对控制到输出传递函数过于复杂难以应用的问题,分析了谐振腔谐振元件的特性,应用等效电路模型,简化了基于扩展描述函数的等效电路,并且得到了非耦合的等效电路模型。根据小信号模型得到了控制到输出传递函数的表达式,分析了Class E变换器的动态特性,并通过Simplis仿真软件进行验证。根据补偿理论,设计了数字补偿电路。同时对突发模式的控制方法进行改进,提出了系统轻载时的高频控制策略。设计并搭建了一台100 W的样机进行实验验证,实验测得的结果验证了理论分析的可行性与准确性。