高精度交流电源在精密制造、精密测量等领域有着极其重要的应用。传统的线性功放精度较高,但效率低、功率小、难以提高功率密度;开关电源效率高、功率大,但死区等因素导致难以实现高精度。本文基于Delta-Sigma调制方法与PID控制,研究功率级高精度的交流供电电源实现方法。本文首先针对Delta-Sigma调制方法研究时域建模方法,分析其控制特性。在考虑时延等因素情况下,分别建立模拟式Delta-Sigma控制以及Delta-Sigma+PID电压双环控制在逆变器中的时域数学模型,推导了一阶、二阶及三阶系统的噪声整形特性和时延的影响。证明了基于Delta-Sigma+PID电压的双环控制在误差抑制与抗负载干扰方面所具备的优势,给出了双环系统的稳定性判据。通过搭建模拟式Delta-Sigma内环数字PID外环台架,实现了0.1%的电压总谐波失真（Total Harmonic Distortion,THD）,证明了本控制方法在提高精度方面的能力。第二,针对模拟式Delta-Sigma抗干扰差与拓展性差的问题,本文进一步研究了用于数字式Delta-Sigma控制的高速采样问题。本文采用隔离型Delta-Sigma型模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）实现了高速串行采样;通过FPGA的简化解码滤波器和并行计算能力解决了数字采样速度低、时延大、精度低的问题。在此基础上,采用双环控制,在Si C MOSFET半桥实验台架下实现了THD为0.091%的500W高精度交流电压源,获得了很高的稳态控制精度与瞬态响应速度。第三,本文进一步对Delta-Sigma电压内环+PID电流外环的全数字高精度交流电流源进行了研究。建立了Delta-Sigma电压+内环PID电流外环的时域模型,推导证明了与常规PWM控制等相比其具备的高精度潜力,分析得到了双环设计的稳定性判据,基于Si C MOSFET搭建了实验平台,实现了THD为0.077%的高精度交流电流源,且在负载切换下具有优异的暂态特性。本文系统性地解决了Delta-Sigma控制以及增加PID外环后的双环控制系统在时域中的建模与设计问题,并提出了相应的稳定性判据,理论与实验均证明了该双环系统具备良好的控制精度与暂态响应速度。本文基于Si C MOSFET逆变拓扑上实现了极低THD的高精度电压源与电流源。本文所提出的基于双环控制的高精度交流电源有着广泛的应用前景。