电源调节器(Power Conditioning Unit, PCU)为航天一次电源系统的核心组成部分,它连接太阳能电池阵、蓄电池以及一次母线的负载,合理地分配能量。根据欧洲宇航局航天器电源标准,PCU通常由输入和输出电压同极性、电流均连续的DC/DC变换器组成。传统的DC/DC变换器难以满足此要求,故不适用于PCU。叠层升压变换器(Stacked Boost Converter, SBC)是指由一个叠层支路与一个隔离型DC/DC变换器通过输入端并联输出端串联构成的一类变换器。它是一种非隔离电流连续型升压变换器。在电压增益小于3的工况下,它具有高效率、输入输出电流连续以及控制系统易于设计等特点,因此适用于PCU。本文系统研究了SBC的电路拓扑、变压器漏感的影响以及系统稳定性优化等问题。本文首先根据SBC拓扑结构的基本原则,对叠层支路和隔离型DC/DC变换器典型拓扑结构进行不同组合,提出了电压型SBC(V-SBC1)和电流型SBC(C-SBC1和C-SBC2)三类独立电感SBC拓扑的基本结构与生成规则。在此基础上,推导出多族独立电感SBC拓扑。这些拓扑既包含了已有文献报道的无法实现低纹波的输入电流并且极限升压比只有2的SBC拓扑,也得到了一些性能优越的新的SBC拓扑。进一步研究独立电感V-SBC1、C-SBC1和C-SBC2拓扑,发现独立电感C-SBC1和C-SBC2拓扑的电感还可以替换成耦合电感。根据耦合电感中两个电感在电路中不同支路的位置,本文接着提出C-SBC1和C-SBC2两类耦合电感SBC拓扑的基本结构与生成规则,并由此推衍出各类结构的拓扑族。与独立电感SBC相比,耦合电感SBC不仅减小电感总体积,还可通过调节变压器与耦合电感的匝比实现对电压增益以及电流纹波的调节以满足实际应用场合的需求,具有独立电感SBC所无法实现的独特优势。为避免输入短路,SBC中包含有变压器。在简化分析时,通常将变压器近似为理想变压器,即不考虑漏感的影响。考虑实际变压器的漏感后,SBC的工作模态非常复杂,且对SBC的稳态性能会产生不同影响。本文以推挽SBC为例,根据变压器漏感引起的不同电流尖峰特性,把独立电感SBC和耦合电感SBC分为无尖峰、正向尖峰、负向尖峰以及正负向尖峰四类。然后选择具有负向尖峰、正向尖峰和正负向尖峰的典型拓扑,分析研究了变压器漏感对于开关瞬态切换过程的影响。在此基础上,本文采用了测量SBC低纹波连续电流的等效电流采样法,以防止变压器漏感引起的电流尖峰对于电流采样的干扰。然而,等效电流采样会引入电流采样误差,因此本文接着对各种SBC的采样误差进行分类分析,推导误差公式并对测量值进行补偿,以提高测量精度。航天器中PCU的工况复杂,变换器之间存在并联运行和级联运行等工作模式。因此PCU能否稳定工作不仅仅取决于变换器本身,还与并联系统以及级联系统的稳定性有关。当SBC作为级联系统中的后级变换器时,除了需要合理设计变换器的环路增益以外,还需要关注其音频敏感度以及输入阻抗等因素。对系统的控制策略进行改进可以改善音频敏感度以及输入阻抗,但这不仅需要增加额外的检测元件,还会使控制系统变得复杂、不易设计。基于已有SBC的三输出电容结构,本文在分析了电容以及引线的寄生参数影响后,提出了适用于SBC的单输出电容结构。通过建立考虑杂散参数下基于单电容和三电容两种结构变换器的精确模型,分析比较平均电流控制下两种电容结构的环路增益、闭环输出阻抗、闭环输入阻抗以及闭环音频敏感度。与三电容结构相比,单电容结构在不改变输出容值的基础上节省了两个输出电容,可以提高功率密度；并且只需根据母线特性设计输出电容,而不需要考虑输出电容对于音频敏感度以及输入阻抗谐振峰的影响；此外在不影响稳定裕度和输出阻抗的前提下,优化了音频敏感度和输入阻抗。