近年来电力电子技术在工业设备、通信系统、交通运输、航空航天等各个方面得到了广泛的应用并且正在迅速发展,使得飞跨电容多电平变换器在各个领域应用。根据调查显示,开关器件是系统中最容易出现故障的元件,而飞跨电容多电平变换器中的开关器件数量较多,因此开展可靠性研究的工作具有重大意义。具有容错运行能力的飞跨电容多电平变换器是提高系统可靠性的优良解决方案之一。本文提出了一种具有容错运行能力的飞跨电容多电平DC-DC变换器,该拓扑通过添加冗余器件能够实现系统的故障容错。同时设计了开关器件故障诊断方法,及时发现和定位故障;之后采用容错策略使变换器进入容错运行模式,从而提高系统可靠性。本文的研究成果主要体现在以下几个方面:首先以飞跨电容多电平DC-DC变换器为研究对象,分析冗余结构,并设计容错策略。然后提出一种考虑磁性元件的开关故障诊断方法。根据电感电压出现的电平数,利用互感器和比较器采集电感电压,通过AD模数转换器将电感电压转换成数字信号。详细讨论多电平电感电压模数转换的结果,找出不同故障与电感电压数字信号和开关控制信号之间的关系。根据分析结果设计开关故障诊断方法来识别故障类型和定位故障。针对开路和短路故障,搭建四电平变换器仿真平台,仿真结果验证了诊断方法能够有效快速的识别开关短路和开路故障,并定位故障。其次研究飞跨电容多电平变换器容错运行的情况。模拟单元2短路故障,分别改变载波相序和增加调整平衡网络来观察容错运行后飞跨电容电压重新平衡的过程,将这两种情况进行对比分析。仿真结果表明,平衡网络有利于加快飞跨电容电压的收敛时间,对提高系统可靠性有重大意义。最后搭建飞跨电容四电平DC-DC变换器实验平台,详细介绍其硬件电路设计和软件设计。实验结果表明,所提的故障诊断方法具有快速性（15us以内）、准确性。同时容错实验结果也验证了容错策略的有效性。