光刻机作为集成电路制造的核心装备,被誉为“半导体工业皇冠上的明珠”,它集成了光学、流体力学、高分子物理等领域顶尖技术,已经成为衡量一个国家科技发展水平的重要标志。工件台是光刻机的关键子系统,其性能直接影响光刻机的特征尺寸、套刻精度及产率。平面电机及功率放大器（变换器）作为工件台的核心部件,与控制器、光学传感器组成了多自由度的超精密运动系统。功率放大器电流的非线性失真会使平面电机产生运动轨迹误差和定位误差,影响工件台的超精密运动和定位性能,从而制约光刻机的工艺制程,因此功率放大器需要满足高动态和低非线性失真的要求。在总结国内外现有功率放大器拓扑及相关技术优缺点的基础上,本文提出了一种谐振极型双降压软开关功率放大器（Resonant pole-based dual buck soft-switching power amplifier,RPDBSPA）方案,开展了双降压软开关拓扑建模、非线性电压误差分析及控制、交叉耦合误差抑制、反电势扰动补偿等方面的研究工作。本文首先分析了提出的谐振极型双降压软开关电路拓扑及其工作机理,建立了软开关拓扑的状态空间平均模型和谐振变换模型。根据软开关拓扑谐振模型,分析了软开关的时序模态,推导了软开关各个状态的模态方程,得到了软开关模态转换的条件和边界。基于软开关的时序模态,分析了辅助谐振支路电路参数对软开关条件及电流应力的影响,研究了寄生参数回路对辅助支路器件电压应力的影响,并推导了不同负载条件下主开关器件的占空比边界。此外,根据软开关拓扑的电流循环路径,分析了循环电流对系统的影响。为实现低非线性失真的电流,双降压软开关拓扑应具有较高的线性输出特性,需要对其非线性电压误差进行分析和抑制。为此,本文分别对电感电流相关的非线性电压误差、软开关谐振换路的非线性电压误差及其控制方法进行研究。首先,通过分析断续导通模式（Discontinuous Conduction Mode,DCM）和连续导通模式（Continuous Conduction Mode,CCM）的电感电流状态,推导了开关节点电压的表达式,揭示了在断续导通模式下非线性电压误差导致电流过零畸变的机理,对比分析了两种注入偏置电流的过零畸变抑制方法对电流谐波的影响。其次,软开关谐振支路在开关节点处引入了非线性的斜坡电压和零电压误差,零电压时间是影响谐振换路非线性电压误差的关键因素。基于建立的非平衡均压情况下的谐振等效模型,推导了零电压时间的表达式,分析了均压不平衡对软开关关键模态及零电压时间的影响,在此基础上提出了基于零电压时间控制的非线性电压误差抑制方法。考虑到理想电路条件下建立起来的数学模型与实际的物理模型存在着差异,本文对非理想电路条件下双降压软开关拓扑的电流非线性失真进行了研究。首先,建立了非理想电路条件下双降压软开关拓扑的数学模型,推导出了偏置电流和输出电流的表达式,揭示了非理想电路条件下电流解耦不完全会引入交叉耦合误差。其次,理论上对比分析了交叉相位调制下和同相位调制下的电流误差特性,相比同相位调制,交叉相位调制下的电流误差更小,能够实现更低的电流非线性失真。然后,总结了非理想电路条件下交叉耦合误差对输出电流的影响,提出了交叉相位调制下基于增益参数优化的耦合误差抑制方法。非理想电路条件下拓扑数学模型的建立及分析,揭示了交叉耦合误差对输出电流的影响机理,同时给电路元件的选型提供了理论指导和依据。在分析和总结上述影响规律后,为实现低非线性失真的输出电流,需对功率放大器的闭环控制策略进行研究。首先,LC滤波可以优化系统输出电流的谐波特性,但在电路拓扑上形成了LCL环节,这使得系统的极点位置发生了偏移,影响了系统的稳定性。因此本文分析了基于谐波电流反馈的有源阻尼补偿方法提高系统的稳定性,并研究了不同程度的阻尼补偿对谐振峰的抑制效果。其次,考虑到电机负载反电势的情况,分析了反电势对输出电流的影响,提出了基于偏置电流解耦控制的反电势扰动前馈补偿策略,抑制了反电势对电流谐波的影响。然后,根据系统的性能指标要求,研制了一台直流母线电压500V,开关频率100k Hz,输出电流12.5A的RPDBSPA样机,实现了指标:电流环带宽＞5k Hz,峰值电流12.5A,输出电流总谐波失真（Total harmonic distortion,THD）＜0.070%。