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在需要对交流电进行升降压的场合，AC-AC功率变换器相比传统自耦变压器具有体积小、重量轻等优点。开关电容功率变换器由于不含磁性元件，能够显著提高变换器效率、减小体积。本文首先提出了一种桥式模块化双向开关电容AC-AC变换器，能实现变比为4n或1/4n(n=1，2，3…)倍的AC-AC变换。阐述了该变换器的拓扑结构、工作原理及基本性能。设计并研制了一台实验样机，额定功率600W，电压220V/55Vrms，开关频率100kHz。 然后，针对传统开关电容变换器输出电压不可调节问题，提出了一种相控谐振型开关电容AC-AC变换器，由桥式模块化双向开关电容AC-AC变换器和小型谐振电感组成。由于电感的存在，AC-AC变换器存在安全换流问题。为此提出了一种安全换流策略，通过检测输入电压极性控制开关驱动信号，在死区时间内避免电容回路短路引起电流尖峰，并且为电感提供续流路径。所提出的相控谐振型开关电容AC-AC变换器，采用移相控制的方法，能实现输出电压调节。理论分析了该变换器的谐振电流、传输功率、电感储能和电压变比。 进一步研究中，提出了三相桥式模块化双向开关电容AC-AC变换器，以适应三相交流电变换场合。理论分析了变换器的工作原理，并进行了仿真验证。 最后，通过实验验证了桥式模块化双向开关电容AC-AC变换器理论的正确性，以及性能的优越性。该变换器仅由开关和电容组成，无磁性元件，具有能量转换效率高、功率因数高、可双向运行、开关管电压应力低等优点。对相控谐振型开关电容AC-AC变换器的仿真和实验表明安全换流策略有效可行，采用移相控制法可调节输出电压，在电压变比为0.25附近时效率最高可达95％，具有能量转换效率高、输出电压可调节、功率因数高等优点。