随着功率变换技术的飞速发展,单相功率变换器(整流或逆变)已在光伏并网、LED驱动、机车牵引、不间断电源、燃料电池、电动汽车等系统中得到广泛的应用。无论是整流还是逆变,单相功率变换器的交流侧与直流侧瞬时功率都不平衡,为了平衡交直流侧瞬时功率并保证直流母线电压两倍工频纹波足够小(通常5%以内),其内部的直流母线电容通常采用大容值的电解电容。然而,电解电容存在使用寿命短、可靠性差等不足,影响变换器的寿命及可靠性。因此,为延长单相功率变换器的使用寿命,提高其工作的稳定性,本文提出了一种升压型有源电容变换器(Active Capacitor Converter,ACC),通过控制其端口电压、电流满足电容元件的电压、电流微分关系,从而使用容值确定的有源电容替代原来的电解电容,进而实现无电解电容的单相功率变换器。论文首先完成了单相功率变换器直流母线电容大小的精确计算方法,然后介绍了升压型有源电容变换器的主电路拓扑结构组成,阐述了其工作原理与特性和模块化及标准化设计的实现,对其主电路和控制回路进行了详细合理的参数设计并使用了仿真软件进行验证,最后基于数字信号处理器F28335搭建实验样机进行了相关实验验证研究。本论文主要研究内容及研究取得的成果如下:首先,本文以两级单相功率因数校正器为例计算其内部所需直流母线电容的大小。并以其为升压型有源电容变换器的基础工作平台,给出了单相功率变换器直流母线电容大小的精确计算方法,为后续设计升压型有源电容变换器的有源电容值提供了基础。其次,在Boost/Buck双向DC/DC变换器的输入端并联一个小电容的基础上,给出了升压型有源电容变换器的能够实现模块化设计的主电路拓扑结构和闭环控制方法。详细阐述了升压型有源电容变换器的工作原理及其主电路参数设计的方法和准则,然后对升压型有源电容变换的双环控制回路进行分析与设计,并给出了电流内环和电压外环的补偿器设计方法。最后,对升压型有源电容变换器原理的可实现性和主电路参数设计正确性进行分析和验证。根据主电路参数设计的结果在仿真软件中搭建了仿真模型,并在实验室里制作了实验样机,仿真和实验结果均验证了方案的可行性和参数设计的正确性。