随着全球性的能源危机和环境污染问题的日益严峻,新型可持续能源日益成为工农业生产的主体能源,其中光伏发电由于无噪声、无污染排放、清洁等优点近年来发展迅速,逐渐成为未来重要电力来源之一。虽然光伏发电系统运行的关键技术日渐成熟,但伴随光伏发电系统而来的电气安全和效率问题却严重制约着其广泛发展与应用;如何提高光伏发电系统的效率,抑制和降低电压和电流冲击对设备与系统的损害、预防火灾等问题,日渐成为国内外光伏学者研究的热点。本文对目前三类含倍压单元的热点高增益DC-DC变换器进行详细研究,分析安全隐患存在的原因,有针对性的进行优化设计,进行理论分析,给出了变换器的各项性能参数,并通过仿真和实验验证了设计的正确性。首先,对含开关电感单元的高增益DC-DC变换器主要技术进行了研究,分析出该类变换器的安全隐患是由于有电流冲击的存在,为了消除开关电感结构中的电流冲击,设计了一种二次型开关电感结构,并以含开关电感单元的Zeta变换器为例,进行比较和验证,证明该结构有效抑制了电流冲击,并给出了几种开关电感结构的对比与拓展,总结了含开关电感结构变换器的工作实质。其次,对含耦合电感和开关电容的高增益Boost变换器主要技术进行了研究,分析可知,含耦合电感的变换器的安全隐患是由于漏感与开关器件寄生电容谐振,在开关器件关断的瞬间,会产生较大的电压冲击。含开关电容的Boost变换器安全隐患是由于两电容串联瞬间电压不平衡,会产生较大的电流冲击。为了消除两类冲击,设计了一系列耦合电感开关电容型变换器,该变换器利用漏感抑制了开关电容结构中的电流冲击,同时利用开关电容支路吸收了漏感能量,有效抑制了电压冲击,在提升变换器电压增益的同时,解决了上述问题。将二极管-电容支路增添到上述变换器中,使变换器的增益将进一步提升。给出了一系列的耦合电感开关电容组合式变换器的拓展结构,这些结构均可以应用于各种高增益、高效率场合。第三,对交错并联DC-DC变换器主要技术进行了研究,分析出该类变换器的安全隐患是由于变换器一般含有耦合电感和开关电容结构,存在电压冲击和电流冲击。为了消除两类冲击,设计了一种含耦合电感开关电容的交错并联Boost变换器,不仅抑制变换器中的电流冲击与电压冲击,而且的电压增益成倍提升,并保留了电流连续性、具有较小的输入电流纹波等优点,使变换器整体性能得到优化,降低了 EMI。上述四种优化设计的变换器,不仅有效抑制或吸收变换器中的电压冲击和电流冲击,而且降低了元器件上的电压应力,提高了变换器的稳定性、安全性、效率和使用寿命,预防火灾的发生,解决了存在的安全隐患。该论文有图120幅,表12个,参考文献124篇。