压电陶瓷变压器呈扁平状,体积小,所以易于集成,使变换器更容易小型化。压电陶瓷变压器还具有无电磁干扰和绝缘度高等优点,由于其本身具有很多绕线式电磁变压器所不具备的优点,所以压电陶瓷变压器的研究和应用得到了越来越广泛的关注。对于压电陶瓷变压器,由于缺乏简单有效的控制方法,使压电陶瓷变压器的使用具有很大的局限性。本文提出了一种基于两级级联结构的控制方法,并用此方法进行了高压电源的设计。采用定频定占空比与PWM结合的控制方式。以定频定占空比驱动压电陶瓷变压器正常工作,再通过PWM控制环路实现电源输出电压的稳定,定频定占空比控制方式使电路更易优化。针对此种控制方法,先在压电陶瓷变压器的输入端使用了三开关网络的逆变稳压方式,虽然能实现输出电压的稳定,但是电路处于间断性工作状态,输出电压纹波大,因此对电路进行了改正,PWM控制部分通过控制逆变电路前级的Buck电路来调节输出电压,从而解决了电路间断性工作的问题,实现了输出电压低纹波要求。对推挽、半桥、E型三种常用拓扑进行了比较,选取半桥拓扑作为压电陶瓷变压器的逆变电路,并详细分析了半桥与LC滤波电路的谐振过程,分析结果与实验一致。推导了实现ZVS的条件,根据推导关系设计半桥拓扑开关管的死区时间,电路中实现了开关管的零电压开通和关断,软开关的实现能减小开关损耗,提高电源的整体效率。根据建立的主拓扑结构,进行小信号建模,通过加入补偿网络,满足了系统稳定性要求。为使电路安全可靠工作,进行了硬件电路设计,包括同步电路、隔离驱动电路、反相分压采样电路、辅助供电和过流保护。通过同步电路实现了前后级电路工作的完全同步,避免了相互间工作的干扰。本文给出了使用压电陶瓷变压器设计高压电源详细的原理分析和参数设计过程,并搭建了输出-3000V的电源样机。实验证明此控制方法具有良好的输出稳定性,并实现了输出电压的线性调节、零电压开关和低纹波输出电压,满足了所有电源指标要求,具有很好的实用价值。