为解决光伏、燃料电池等新能源输出电压较低而无法高效并网的问题,需要多级升压变换器或单级高增益DC-DC变换器来升压至所需电网电压,因此高增益变换器尤其是单级高增益变换器近年来成为了研究与应用的热点。其中,单级多单元增益结构具有升压倍数高、功率密度高、成本低、效率高等优点,进而成为了国内外学者的热点研究对象,但该类变换器随着升压单元的增加,结构变得复杂、系统阶数增高、响应速度变慢,这将无法满足新能源系统中复杂的应用环境所需苛刻要求。为提高变换器的暂态特性,建立其模型并设计高效的单周期控制是可行方案之一,因此本文针对该类高阶变换器的建模方法与单周期控制展开研究:(1)针对单级多单元高阶DC-DC变换器,在保留其高阶非线性特性的基础上,建立切换线性系统模型,以此探讨了单级多单元高阶DC-DC变换器的能控性和单周期控制在该类变换器的适用性。(2)剖析单级多单元高阶DC-DC变换器的结构特点,提出一种适用于该类高阶DC-DC变换器的改进型单周期控制方法,并以其中一种作为典型案例,验证所提出的改进型单周期控制的有效性。(3)以离子推进引擎的应用场景作为典例,设计了其闭环系统,保证了该类高阶DC-DC变换器在多种工作模式和应用场景都能满足稳定性和快速性的要求。(4)完成了一台原型样机,并以此样机的参数设计为例,详细介绍了主电路和控制电路的参数设计,最后实验验证本文提出的控制策略及电压闭环系统的可行性。本文的创新之处在于建立了单级多单元高阶DC-DC变换器的切换线性系统模型,并基于此模型深入研究了单周期控制技术对该类高阶DC-DC变换器的适用性,进而针对具体实例应用提出了一种改进型的单周期控制方法和输出电压闭环系统,提高了其瞬态响应能力,为单级多单元高阶DC-DC变换器在可再生能源等复杂系统的大范围应用提供了可能性。