在变频交流电源体制的多电飞机上,随着电子设备的快速发展及国防军事领域装备的列装,二次电源系统常用的自耦变压整流器等设备的诸多弊端日益突出。级联H桥多电平整流器可在降低单个功率器件电压应力的同时,有效减小滤波元件的体积重量,实现系统的小型化和轻量化,提高系统功率因数,并与DC/DC变换器相配合,实现航空显示设备、武器控制等机载设备所需的28V直流电压。本文首先比较了两级式多电平变换器不同的拓扑与调制策略,选取前级为级联H桥整流器、后级为并联输出半桥LLC谐振变换器的两级式结构作为研究对象。针对级联H桥整流器,通过对单极性倍频载波移相SPWM级联H桥整流器的工作模态分析,推导出电感电流纹波表达式、交流侧桥臂电压及电感电流高频谐波表达式,结合数学分析与仿真结果,验证了前级拓扑的优越性所在。分析电流低频谐波产生原因,并建立损耗模型,研究了级联H桥电容电压均衡控制机理。针对半桥LLC谐振变换器,分析了零电压开通机理,得到软开关实现的两个必备条件。通过增益分析与波形参数推算,从减小损耗等角度,给出适用于本文的谐振参数设计方法。中间母线电容电压均衡和功率均衡问题是控制的关键,本文提出了几种级联H桥直流侧均压策略,而后对三种两级式整流器控制方案进行对比分析,采用一种可自动实现均压均功率的简化控制方案。随后针对航空变频条件,提出使用一种电网频率波动范围内均有较高增益的控制器,通过建模对闭环参数进行了设计,并进行仿真验证。最后对一台1kW两级式两模块AC/DC变换器实验样机的硬件与软件进行设计,实验验证拓扑与控制策略的有效性。