在分布式发电、电动汽车、航空航天电源等应用中,DC-DC开关变换器是实现能量变换与控制的核心环节,其控制性能的优劣直接关乎整体系统的可靠运行。当外部参数大范围变化,DC-DC开关变换器表现为非线性系统,传统小信号的控制设计难以确保系统在大信号输入下的稳定性和瞬态响应。现有研究中主要从时域角度并借用非线性系统理论工具分析与设计DC-DC开关变换器的大信号稳定性,使得其数学处理上较为复杂,物理意义不够直观。为此,论文以DC-DC开关变换器为研究对象,从频域角度开展了低频大信号分析、稳定性评估与大信号控制研究,为电力电子系统的经典小信号设计理论及其应用拓展提供有益补充。　　首先,提出了闭环DC-DC开关变换器大信号频域稳定性的简便解析评估方法。现有针对闭环DC-DC变换器的大信号稳定性分析主要基于时域法,不具备频域法物理意义直观、分析简便的优点,且对控制环节过度简化处理,对变换器的设计指导作用有限。而现有大信号频域分析仅仅探讨了特定非线性环节的单环变换器系统,并未实现一般性多环补偿DC-DC变换器的稳定性分析与控制设计。为此,从频域出发,借助输入-输出稳定性的理论工具推导出满足开关变换器的充分稳定条件,建立起小信号环路增益与大信号稳定性之间的关系,并以此根据范数不等式或圆判据确定闭环系统的稳定边界。通过解析分析小信号环路对大信号稳定性的影响,以期达到小信号与大信号的综合分析与设计,为经典小信号设计提供理论补充。　　其次,对于级联DC-DC开关变换器,提出了统一的稳定性分析模型。现有级联变换器的稳定性分析主要基于二端口电网络模型,不利于控制系统的分析与综合,且稳定判据与系统工作模式之间存在尚未被完全认识的内在联系。为此,提出了统一的反馈互联系统建模思路,并由此推导出不同工作模式下的次环路增益,将级联变换器的分析与设计提升到系统级层面,从而为级联DC-DC开关变换器的分析与设计提供参考。　　再者,探讨了基于低频稳态模型的DC-DC开关变换器三维频率特性分析思路。目前面向控制的DC-DC开关变换器大信号模型通常为非线性系统模型,因此在数学处理上主要以时域法为主,即通过非线性状态方程构建非线性控制策略,物理意义不够直观。为此,基于工作条件低频慢变的假设前提,将大信号输入作用下的DC-DC开关变换器降解为线性时变系统模型,以此利用三维伯德图分析DC-DC变换器在整体工作区间内的频域特性,为变换器的全局化分析与设计提供了简便且有效的途径。　　最后,考虑到现有线性控制在大信号作用下的局限性,提出了一种DC-DC开关变换器的大信号控制策略。将开关变换器的全局工作区域分割成若干子区域,针对每一个子工作区域分别设计相应的线性控制器,最后通过加权构建具备工作区域自适应特性的大信号控制器。分别以基本DC-DC变换器和级联变换器为研究对象,通过实验与仿真结果验证了控制策略的优越性。大信号控制器的设计基本沿用了线性系统相关理论方法,为DC-DC变换器的大信号设计提供了借鉴思路。