与两电平直流变换器相比,飞跨电容多电平直流变换器具有更低的器件电压应力和更小的电感电流纹波。因此,飞跨电容多电平直流变换器非常适合于中高压领域及高效高功率密度场合。与两电平直流转换器不同,飞跨电容多电平直流变换器不仅需要将输出电压调节到给定值并限制电感电流以避免过流,而且还需要平衡飞跨电容电压。由于飞跨电容多电平直流变换器是含有系统约束的多变量强耦合非线性系统,因此设计一种能够平衡飞跨电容电压并在满足系统约束的同时快速调节输出电压的控制器并非易事。能提供快速动态响应速度的有限控制集模型预测控制（Finite control set model predictive control,FCS-MPC）可以很好地应用于飞跨电容多电平直流变换器,但是其开关频率不固定且稳态性能差。本文提出了应用于飞跨电容多电平直流变换器的连续控制集模型预测控制（Continuous control set model predictive control,CCS-MPC）,其可以提供固定开关频率和实现优异的稳态性能。此外,本文还提出了飞跨电容电压估计方法以实现无传感器飞跨电容电压主动平衡控制。首先,本文提出了用于三电平飞跨电容升压变换器的CCS-MPC,包括显式模型预测控制和简化模型预测控制。与FCS-MPC相比,显式模型预测控制不仅具有快速的动态响应,而且具有优异的稳态性能。简化模型预测控制为显式模型预测控制的简化,其可以在满足控制要求的情况下大幅度减小计算负担和复杂度。所提出的CCS-MPC作为内环控制器用于控制电感电流和飞跨电容电压。在此基础上,提出了带龙伯格观测器的外环控制器,其可以在满足限流条件下改善输出电压的动态性能和鲁棒性。与之前提出的控制方法相比,所提出的控制方法不仅具有良好的动态性能,而且还拥有更强的抗输入电压扰动能力。其次,本文提出了用于三电平飞跨电容降压变换器的CCS-MPC,其用于控制飞跨电容电压和电感电流。在此基础上,提出了能获得快速输出电压动态响应速度和良好鲁棒性的带龙伯格观测器的外环控制器。与之前提出的P控制器相比,所提出的控制方法具有更好的稳态性能,且可以尽量避免使用负载和输入电压传感器。与改善之后的P控制器（即IP控制器）相比,所提出的控制方法能在更小的电感电流峰值情况下获得更快的输出电压动态响应。为了避免使用飞跨电容电压传感器,还提出了飞跨电容电压估计方法以实现无传感器飞跨电容电压主动平衡控制,即无传感器控制方法。除了飞跨电容电压的稳态性能和动态性能稍差外,无传感器控制方法的其余情况与有传感器控制方法基本一致。最后,本文提出了基于输出电压检测和电感电流测量的飞跨电容电压估计方法,其适用于一般的飞跨电容多电平直流变换器。然后提出了适用于飞跨电容多电平直流变换器的基于CCS-MPC的级联控制方法,也称为有传感器控制方法,其可以很好地实现限流、输出电压控制和飞跨电容电压主动平衡控制。与之前提出的用于四电平飞跨电容升压变换器的控制方法相比,所提出的有传感器控制方法具有良好的动态响应速度。将有传感器控制方法与飞跨电容电压估计方法相结合形成无传感器控制方法,其可以在不使用飞跨电容电压传感器的情况下较好地实现飞跨电容电压主动平衡控制,从而有效避免自然平衡情况下可能出现的振荡和不稳定。