随着电力电子技术的飞速发展,电力机车辅助电源系统逐渐朝着小型化、轻量化、高效化发展。直流变换器作为“直-直-交”型辅助电源系统中的重要组成部分,在重量、体积、效率等方面面临着挑战。现有电力机车“直-直-交”型辅助电源系统中斩波电路的开关器件电压等级高,开关器件损耗大,开关频率受到限制,无源器件大,难以在效率和功率密度上有所突破。与此同时,近年来碳化硅(silicon carbide,Si C)器件逐渐被应用于轨道车辆中,进一步提升了辅助电源系统的工作性能,显示出良好的应用前景。为此,本文针对“直-直-交”型辅助电源系统,研究了一种基于开关电容的谐振直流变换器(switched capacitor based resonant converter,SCRC),并采用全Si C功率器件以实现高效率、小型化的设计目标,以此评估其在辅助电源系统中的应用前景。首先,本文在分析SCRC基本工作原理的基础上,研究了SCRC开关过程中的振荡电流产生机制,并通过优化脉冲序列改善硬开通现象;接着通过分析电路寄生参数对SCRC稳态输出的影响,建立了SCRC系统等效模型。为了灵活适应电力机车辅助电源系统的不同降压变比需求,本文将SCRC拓展至n电平,进一步分析了n-SCRC的通用等效模型。研究表明SCRC应用于辅助电源系统时,输出电压不仅会受输入电压和负载波动影响,还受器件特性参数影响而存在明显降落,需要优化控制来满足输出稳定电压的应用需求。为此,本文研究了一种移相控制方法以提升SCRC输出调节能力。基于暂态电路分析和状态轨迹方法,推导了移相时间与稳态变量的数学关系,研究了电路寄生参数对其影响。深入分析了死区效应和开关器件寄生电容对开关过程的影响,明确了软开关条件。在此基础上,推导了变换器小信号模型和传递函数,研究了一种SCRC输出优化控制方法,从而增强了SCRC输出调节能力,实现了输出电压稳定。仿真结果表明,闭环控制能灵活应对辅助电源系统中输入电压和负载突变的应用场景,结合软开关技术,可实现较高转换效率。最后,研制了全Si C的SCRC实验样机,对上述理论分析和仿真结果进行实验验证。实验结果表明SCRC拓扑实现了基本直流降压变换需求,同时具有良好的输出调节能力;与已有混合Si C型SCRC样机对比,结合Si C器件和软开关技术,确保了SCRC拓扑实现小型化设计和高转换效率的目标,因此在电力机车辅助电源系统中具有良好的应用前景。