低轨卫星系统广泛应用于定位、导航和通信等领域,与人类生活和工业生产关系密切。近年来,航天技术飞速发展,但是卫星的制造和发射成本仍然极为昂贵,这决定了系统的可靠性是卫星技术发展核心技术之一。电源系统作为卫星的“动力源”,为有效载荷提供能量,电源的可靠性直接决定了卫星系统的可靠性。论文在归纳、总结当前研究现状和技术发展的基础上,以提高低轨卫星直流母线电源系统可靠性为主旨,围绕系统中分流调节器、锂电池均衡器、放电器和二次电源四部分做深入研究,进行了一系列理论分析和实验,提出了若干新的思路和解决方案。首先,论文详述了卫星上普遍采用的S3R分流调节器的工作原理,给出了系统控制模型,并做了损耗分析。指出可以从以下两方面来提高S3R可靠性:一是,母线串联二极管是制约系统效率的最大因素,提高效率、减小损耗可以改善散热设计,提高系统可靠性;二是,S3R的交叠现象会使直流母线纹波增大,给滤波器设计带来难度,且会产生EMI干扰,影响二次电源和周边系统稳定。其次,论文详细分析了交叠现象产生的具体原因:由滞环交叉、控制环节积分延时和太阳能面板寄生电容等共同作用引起。最后,论文提出一种改进型S3R调节器:第一,通过用同步整流MOSFET代替母线串联二极管,可以使损耗降低70%;第二,控制器采用定频控制,对采样信号频率点进行专门补偿,减少相移,从而降低延时;第三,采用阶梯型减法器代替阶梯滞环,减小环路交叉;三方面综合起来可以抑制交叠现象,提高分流器效率,达到提高系统可靠性的目的。为了提高锂电池均衡器的可靠性,首先,论文根据均衡拓扑具体结构差异,提出了四个候选子集。其次,介绍了子集内入选拓扑的工作原理及特性,并对各拓扑之间器件数量、均衡速率、体积和可靠性等方面做了横向和纵向比较。在此基础上,优选并提出了四种拓扑,针对低轨卫星锂电池储能系统的特性,通过对四种拓扑的分析比较,得出基于开关矩阵的主/被动均衡拓扑最适合应用于低轨卫星直流母线电源系统中的结论。论文所提出主/被动拓扑在光照期采用被动均衡,可以迅速、均衡、可靠地为蓄电池充电;在地影期,针对低轨卫星中锂电池充放电周期多、放电浅的特点,采用主动均衡,对放电深度比较深的电池单体慢速补电,从而延缓其寿命衰减。为了提高锂电池放电器的可靠性,论文主张通过提高放电器的效率,一方面减少发热,延长器件寿命,另一方面降低锂电池的放电深度,延长电池组寿命。首先,论文指出由于LLC变换器控制简单、效率高,可作为卫星电源中锂电池放电器应用。其次,针对LLC变换器工作范围较窄的问题,论文提出了一种使用磁放大器做辅助整流器的改进型LLC拓扑（LLC-MPR）。所提出LLC-MPR在输入电压较低时,工作在变频模式,与传统LLC变换器一致,这时磁放大器等效为一段导线,对变换器效率影响很小。在输入电压较高时,LLC-MPR采用定频模式,工作在谐振频率点或者右侧附近某频率,输出电压由磁放大器调节。经分析,磁放大器损耗很小,运行时损失1%左右的效率即可把变换器工作范围提高为原来的1.75倍。而且,磁放大器回路频率特性和LLC变换器一致性很高,二者可以共用一套反馈电路,可以做到低过冲快速动态切换。为了提高二次电源的可靠性,首先,论文分析了母线跌落时二次电源的输出保持需要大容量母线电容问题,导致体积和重量增加,而牺牲可靠性。其次,以卫星系统二次电源中大量采用的正激变换器为研究对象,分析出其由于变压器磁复位需要导致占空比不能突破50%,因而导致存储在母线电容中的能量不能充分利用的情况,进一步研究发现正激变压器磁复位电流很小,在母线跌落阶段,采用一个电压比母线高但容量很小的电容对变压器复位,可以缩短复位时间,使正激变换器的占空比突破传统50%限制,从而把母线电容中更多的能量输送到次级,增加输出保持时间。基于以上思路,本文提出了两种突破传统占空比限制的正激拓扑,通过很小的辅助电路可以把输出保持时间提高35%左右,或者在同样的保持时间使母线电容减小25%左右。文中给出了两种拓扑的工作原理和参数设计原则,并通过比较得出拓扑I更适合卫星二次电源。