DC-DC变换器作为直流供电电源广泛应用于负载连续变化场合,如微处理器、网络集成电路、雷达发射器及空间电源等。通常,为了稳定输出电压,抑制负载阶跃引起的电压波动,由大容量、低成本电解电容组成的电容器组常被用在DC-DC变换器中。研究表明电解电容是电力电子变换器系统中寿命最短环节,其可靠性直接决定了变换器系统的整体可靠性。尽管可以使用高可靠性的陶瓷电容取代电解电容,但小容量的陶瓷电容难以保证系统的动稳态性能。为此,论文拟从基于可靠性分析的混合电容器组优化设计、电解电容在线状态监测以及高可靠性电容方案的瞬态轨迹控制技术三个层面开展系统性的研究。以在保证系统动稳态性能的基础上,提高DC-DC变换器中电容的可靠性。论文主要研究工作及创新点如下:（1）提出了一种计及瞬态应力的电容可靠性评估方法。瞬态应力是DC-DC变换器中电容的关键应力,目前该因素尚未纳入电容可靠性分析中。此外,电容温度的动态热模型缺失,导致现有的电容可靠性评估方法不适用于连续负载瞬态的DC-DC变换器。为此,本文以Buck变换器为研究对象,针对电解电容-陶瓷电容的混合电容器组,建立了描述电容温度的动态热模型。进一步,提出了基于可靠性分析的混合电容器组设计流程,实现对不同类型单体电容器及混合电容器组的寿命损伤及B1寿命（10000个样品中,1%的元件损坏的时间）估计。所提可靠性分析方法及寿命评估结果可为高可靠性混合电容器组的优化设计提供了技术参考。（2）提出了一种基于大信号负载瞬态轨迹的电容在线状态监测方法。负载瞬态轨迹可以反映电容的参数信息,目前尚未被用于状态监测中。现有方法多基于高频-小信号的稳态纹波来辨识电容参数。但是,高频纹波采样装置或电路增加了系统的成本和复杂度。为此,本文以Buck变换器和Boost变换器中的电解电容为研究对象,分析了大信号负载瞬态轨迹与电容参数的关系。进一步,构建了电容参数辨识模型,并进行了实验验证。所提方法可以实现对电容的在线状态监测,且计算模型简单,估计精度高,硬件成本低。（3）提出了适用于高可靠性电容方案的瞬态轨迹控制技术。针对DC-DC变换器中大容量电解电容被高可靠性、小容量陶瓷电容取代后,系统动稳态性能难以被保证的问题。本文以Buck变换器为研究对象,提出了基于并联耦合电感及双周期瞬态切换控制的高可靠性电容方案。进一步,针对低压大电流变换器,提出了基于串联耦合电感和虚拟串联电压源的多周期瞬态切换控制方案,并进行了实验验证。所提方案在变换器所需电容容值减小后,仍具有极好的动稳态性能。且与现有方案相比,所提电路的辅助元件数量较少,降低了系统复杂度和额外成本。