无线输电技术应用前景广阔,提高无线输电系统综合性能是当前研究热点,系统综合性能需兼顾传输功率调节范围、电能输出质量、系统整体效率等,而系统接收侧输出变换器极大地影响到无线电能传输的综合性能,传统的级联结构输出变换器及常用的单级输出变换器无法同时优化系统各方面性能,为此本文设计了一款单级输出变换器以提高系统综合性能。另外,为了全面研究无线输电系统动态特性以及设计系统闭环控制器,必须建立系统动态模型,但高阶无线输电系统包含较多无源元件,现有的精确模型阶数高,对其分析会极为复杂,而简化模型则会丢失精确性,建立精确而简单的动态模型是无线输电领域的一大技术难点,为此,本文将采用奇异摄动方法对无线输电系统整体建立精确而简单的动态模型,并基于模型设计闭环控制。本文的主要工作包括:首先,围绕提高无线输电系统综合性能的目标,通过结合无桥整流拓扑及Cuk拓扑构成接收侧单级输出变换器,详细分析该变换器对无线输电系统性能的影响,并根据分析结果对系统主电路参数进行设计。经对比分析证明所提出的单级变换器能有效地增大无线输电系统功率调制范围,相对地提高整体效率,并极大地抑制输出电流纹波。接着,基于奇异摄动理论,根据无线输电系统的时间尺度分离特性建立简单而精确的动态模型,该模型可实现最大程度的降阶,从理论分析与仿真验证两个角度说明了奇异摄动建模的合理性与正确性,并与其他动态模型进行对比,从而证明所建立模型能更好地做到无线输电系统动态模型简单性、完整性与精确性的平衡。然后,基于所建立的奇异摄动降阶模型,设计输出变换器的闭环控制,根据无线输电系统输出恒压恒流的要求,采用PI级联控制结构,并借助奇异摄动理论的时间尺度分离思想设计环路参数,确保闭环控制的稳定性与快速性,相比直接基于原始高阶模型进行设计的方法,所提出的设计方法更为快速有效。最后,搭建无线输电系统样机进行实验验证,测试单级输出变换器的调制性能,并验证所建立奇异摄动动态模型的有效性,最后验证闭环控制的可行性。进一步证实本文设计的无线输电系统单级输出变换器与采纳的奇异摄动分析设计方法所具有的优点。