电推进作为一种先进的空间推进技术,具有高比冲、寿命长的优势,在轨道转移、深空探测等领域存在广阔的应用前景。作为电推进系统的重要组成部分,电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)调节太阳能电池板产生的电流,给电推进器和其他负载供电,其输出电压和输出功率决定了推力器的主要性能,高效率、高功率密度和高压大功率输出成为未来PPU的发展方向。本文采用新型GaN晶体管,研制了一台四管Buck-Boost+LLC两级式直流变换器。针对航天电推进系统PPU阳极电源的宽输入宽输出电压范围、高效率、高功率密度的要求,本文首先给出了前级采用双管Buck-Boost变换器,并给出了其两模式控制策略和双调制-单载波控制方法。为了进一步减小损耗,采用同步整流技术,得到四管Buck-Boost变换器(FSBB,Four-Switch Buck-Boost Converter)。后级采用定频工作的全桥LLC变换器实现隔离输出。得到FSBB+LLC两级式直流变换器拓扑。本文接着分析了四管Buck-Boost变换器的两模式控制和软开关技术,详细推导了软开关的实现条件。然后,建立了该变换器的小信号模型,并采用电压电流双闭环控制策略。最后进行了闭环参数设计,保证了系统在Buck和Boost模式下的稳定性。本文接着分析了工作于直流变压器(DC Transformer,DCX)方式的后级LLC谐振变换器的工作原理,当开关频率恒定时,有利于优化设计谐振电感和变压器,而且当开关频率略低于谐振频率时,可以同时实现原边开关管的ZVS和副边整流管的ZCS,使变换器得到很高的变换效率。利用基波近似法得到了变换器的简化电路模型,推导了变换器的电压增益函数。最后,在实验室搭建了一台开关频率为400kHz、输出功率为600W的两级式直流变换器的原理样机,采用新型GaN晶体管,并给出了实验结果。实验结果表明,在宽范围电压输入情况下,两级式变换器可以实现宽范围电压输出,其中前级四管Buck-Boost变换器在部分输入输出电压范围下可以实现软开关,后级LLC变换器可以实现全负载范围软开关,验证了上述理论分析的正确性。