在需要多路电压供电的应用场合,如便携式设备和LED照明中,单电感多输出(Single-Inductor Multiple-Output,SIMO)开关变换器由于输出支路共享一个电感,减小了变换器的体积和成本,并且每路输出可单独受控,因而得到了广泛的应用。因此,对SIMO开关变换器的研究具有重要意义。论文以单电感双输出(Single-Inductor Dual-Output,SIDO)Buck变换器为研究对象,提出了V~2控制伪连续导电模式(Pseudo-Continuous Conduction Mode,PCCM)SIDO Buck变换器,并分析了变换器的工作原理。对于PCCM SIDO Buck变换器,推导了输出负载的表达式,并以此分析了负载范围与交叉影响。根据电感续流时间随负载变化的关系曲线,分析了变换器的效率特性。研究结果表明:相较于电压型控制PCCM SIDO Buck变换器,V~2控制PCCM SIDO Buck变换器具有更优的负载瞬态响应,且输出支路间几乎不存在交叉影响。并且,V~2控制和电压型控制PCCM SIDO Buck变换器的负载范围都存在上限,其效率随负载的减轻而降低。实验结果验证了理论分析的正确性。为了提高V~2控制PCCM SIDO Buck变换器轻载时的效率,提出了V~2控制混合导电模式(Hybrid Conduction Mode,HCM)SIDO Buck变换器并分析了其工作原理。推导了续流参考值、开关周期等关键参数的表达式,并以此分析了变换器的负载范围和交叉影响特性。在考虑变换器寄生参数的情况下,基于状态方程,分别推导了V~2控制HCM和PCCM SIDO Buck变换器的效率表达式,并以负载变化时的情况为例,对比分析了上述两种变换器的效率特性。研究结果表明:相较于V~2控制PCCM SIDO Buck变换器,V~2控制HCM SIDO Buck变换器维持了较小的交叉影响和快速的瞬态响应。同时,拓宽了变换器的负载范围,提高了变换器的效率。实验结果验证了理论分析的正确性。为了分析V~2控制HCM SIDO Buck变换器的稳定性,在电压外环恒定时建立了变换器的离散时间模型。在此基础上,绘制出典型电路参数变化时变换器电感电流的分岔图,揭示了变换器随电路参数变化时稳定性的变化。为了改善系统的稳定性,提出了斜坡补偿V~2控制HCM SIDO Buck变换器,并分析了变换器的工作原理和稳定性。研究结果表明:V~2控制HCM SIDO Buck变换器随着恒定下降时间的减小、工作于连续导电模式的支路输出电压和负载的减小、两条支路输出电容及其等效串联电阻的增加、输入电压的增加、斜坡补偿系数的增加而逐渐进入稳定的工作状态。并且,斜坡补偿有效拓宽了变换器的稳定运行范围。实验结果验证了理论分析的正确性。