目前,电力机车多由接触网上的750V高压直流供电,但其无法直接在电力机车上使用。因此,有必要研究一种电力机车车载电源DC-DC变换器,对高压直流电进行电压转换,并为机车复合储能系统、控制系统及照明系统供电。本文首先对现有资料中提到的电力机车车载电源DC-DC变换器研究进行了详尽整理,选择了隔离型全桥DC-DC变换器拓扑结构,采用了单移相调制方式,分析了变换器能量传输的原理和单移相控制下变换器的工作原理,研究了变换器的谐振特性和功率特性,并对变换器的稳定性进行了判定。为了进一步验证所设计单移相控制DC-DC变换器的合理性,将实验所用的输入电压波形数据输入Matlab中进行了仿真实验。仿真结果显示,输出电压稳定后纹波较大,FFT分析表明100Hz谐波含量远大于其他高次谐波,因此需要对二倍电网频率的电压脉动进行滤波。大多数情况下都是在DC-DC变换器的输入端加入LC滤波电路,但是这会增加变换器的成本和体积。本文重点研究不采用LC滤波电路的情况下,输出脉动电压控制的方法。为了实现变换器的闭环控制系统设计,本文对DC-DC变换器进行了小信号建模。分析并总结了输出电压脉动的两个主要影响因素:输入电压脉动和控制闭环。针对目前国内外所采用的MPS混合移相控制要求所有的采样参数都必须是非常精准,否则系统的动态性能会进一步恶化的缺陷进行了改进,推导出了VDPC直接虚拟功率控制方法,提高了系统的动态响应性能。并结合了输入电压前馈的PI闭环控制方法的优点,提出了输入电压前馈的虚拟功率控制方法。为了进一步验证所设计的控制方法的准确性,在Matlab中进行了仿真实验,仿真结果表明控制策略符合系统精度要求。然后,本文完成了车载电源DC-DC变换器系统的设计,选用了飞思卡尔MC9S12XF512单片机作为控制模块的芯片,搭配了适当的外围电路,包括辅助电源模块、驱动模块、电压电流采集电路实现了系统供电、数据采集、PWM输出、闭环控制等功能。针对本文用到的高频变压器进行了参数设计,分析并提出了电磁干扰抑制的解决方法。软件控制部分设计包括主控制程序和闭环控制程序。最后为了进一步验证所设计的控制方法和仿真的准确性,搭建了 DC-DC变换器实验系统平台,并对实验结果进行了分析。