卫星电源系统作为卫星的核心分系统之一,为保障其稳定可靠运行,电源控制器（Power Conditioning Unit,PCU）的设计至关重要。本文以典型S~3R架构100 V母线电压的PCU为背景,选择目前空间电源常用的Superbuck变换器和HE-Boost变换器分别作为PCU的充电和放电电路,对其主电路参数、控制电路和高频模型进行了研究。首先,分析了Superbuck变换器的工作原理,并根据性能指标对该变换器的主电路参数进行设计。分析了HE-Boost变换器的工作原理,着重对变压器漏感导致的续流模态进行理论推导和分析,并根据性能指标对该变换器的主电路参数进行设计。其次,采用状态空间平均法分别对理想的Superbuck变换器和HE-Boost变换器进行建模。为消除Superbuck变换器存在的右半平面零点,引入了RC阻尼网络。在实际电路中存在着非理想因素,如电感和电容的等效串联电阻（ESR）、功率器件的导通电阻、变压器的漏感、电感的非线性等,这些因素都会使实际电路和理想模型之间存在偏差。为提高变换器系统建模精度,本文采用开关元件平均模型法分别对非理想的Superbuck变换器和HE-Boost变换器进行建模,并对比分析了两个变换器理想和非理想建模的传递函数差异。在非理想建模的条件下,分析了不同负载情况对系统传递函数的影响,选择在最恶劣工况对Superbuck变换器和HE-Boost进行控制电路设计。接着,为了解Superbuck变换器和HE-Boost变换器的损耗分布,对两个变换器的损耗进行了分析和计算。建立了可用于波形仿真和损耗仿真的高频模型,并且提出了一种考虑直流偏置对电感感量影响的电感高频模型,验证了该模型在不同直流偏置条件下仿真的感量和实测的感量相对误差最大为3.14%。最后,采用Saber软件分别对Superbuck变换器和HE-Boost变换器进行了开环和闭环电路仿真,仿真结果验证了主电路参数和控制电路参数设计的可行性。采用PSIM软件的AC Sweep模块对Superbuck变换器和HE-Boost变换器的环路增益进行扫描,得出仿真和计算的波特图变化趋势基本一致。对加入高频模型的Superbuck变换器和HE-Boost变换器进行波形和损耗仿真,波形仿真结果表明其得到的电感电流纹波、开关管电压尖峰、谐振频率等与实测的基本一致,验证了波形仿真对预测实际电路波形具有一定的参考意义;损耗仿真结果表明其得到的效率相比计算的效率更加接近实测的效率,其与实测的效率相对误差最大为0.8%,验证了损耗仿真对预测实际电路效率具有一定的参考意义。