随着电力电子设备的快速发展,对开关电源的性能要求也越来越高。脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)技术由于具有轻载效率高,瞬态响应速度快的优势而备受关注。但是,传统PFM开关变换器的输出稳压精度差,难以满足如计算机、微处理器等电子设备的高稳压精度需求;且存在稳定性问题,即较小的输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistor,ESR),变换器出现不稳定现象。因此,研究具有高稳压精度的PFM开关变换器及其稳定性问题的解决方法具有重要意义。为了提高PFM开关变换器的输出稳压精度,提出了基于PFM的开关变换器数字纹波控制技术。介绍了PFM数字纹波控制Buck变换器的工作原理、控制算法;理论分析了其稳压精度、稳定性问题和克服开关周期延迟的条件;并通过仿真对理论进行了验证。研究结果表明:双缘PFM稳压精度高,而单缘PFM稳压精度差;当ESR较小时,单缘和双缘PFM均存在稳定性问题;不满足克服开关周期延迟的条件会影响变换器的瞬态响应性能。为了解决PFM数字纹波控制Buck变换器存在的稳定性问题,提出了PFM数字纹波控制的电容电流补偿技术。详细介绍了其工作原理、控制算法;通过建立采样数据模型,对PFM数字纹波控制及其电容电流补偿进行了稳定性分析,得到了稳定工作范围的显性表达式;并对PFM数字纹波控制进行了总结。通过仿真和基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的数字控制实验平台对稳定性分析进行了验证,并通过实验讨论了引入电容电流补偿技术对系统瞬态性能的影响。研究结果表明:双缘PFM的稳定范围较单缘PFM更宽;采用电容电流补偿技术可进一步提高系统稳定性,并能够提高系统的瞬态响应性能。为了拓展基于PFM的开关变换器数字纹波控制技术的应用范围,简化传统功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器的控制环路设计,研究了双缘PFM数字纹波控制PFC变换器。详细分析了其瞬态响应速度慢的原因,研究了新型的输入电流参考信号获取方法,进一步提出了具有快速瞬态响应速度的改进型双缘PFM数字纹波控制PFC变换器,并进行了稳定性分析。仿真和基于数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)的实验平台的结果表明:与双缘PFM数字纹波控制相比,改进型PFM数字纹波控制PFC变换器的瞬态响应速度更快,电压波动更小。