随着时代快速的发展,能源紧缺的形势日益严峻,其中降低耗能、提高能源的利用率尤为重要。作为能源变换的核心,变换器对能源的高效利用发挥着至关重要的作用,其中飞跨电容多电平变换器（Flying Capacitor Multilevel Converter,FCMC）在轨道交通装备、数据传输、新能源汽车等应用场合具有研究和应用价值。通常,开关的开通和关断动作较为频繁,因此开关出现故障的概率较大,其中器件开路和短路最为常见。功率开关器件的短路故障会产生很大的过电流,从而烧毁电路元件,虽然已有较为成熟的硬件保护措施,但额外的硬件电路会增加成本。而功率开关器件的开路故障会影响变换器的输出电压。具备容错条件的变换器能够提高系统可靠性,同时开关器件故障诊断为FCMC的容错提供必要的技术支持。因此本文开展FCMC功率开关器件的故障诊断研究,对提高系统可靠性具有重大意义。研究重点和成果主要体现在以下几点:（一）分析基于GaN的飞跨电容多电平拓扑结构,讨论开关短路和开路故障原因,深入分析了FCMC中开关故障的特性,并总结了电路参数对GaN器件短路特性的影响和电流崩塌效应。（二）提出基于离散傅里叶变换的飞跨电容多电平变换器开关故障诊断方法。根据离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）,分析了飞跨电容多电平DC-DC Buck变换器（Flying Capacitor Buck Converter,FCBC）的电感电压谐波和电感直流分量。同时改变载波相序,分析了飞跨电容多电平DC-AC逆变器（FCMC）的节点电压谐波。分别提取故障特征信息,并找出不同故障与故障特征信号之间的映射关系。根据分析的结果,设计基于DFT的飞跨电容多电平变换器开关故障诊断方法。针对短路和开路故障,通过MATLAB搭建的飞跨电容三电平DC-DC Buck电路和五电平DC-AC电路仿真平台,仿真结果初步验证所提故障诊断方法能有效识别故障类型和定位。（三）搭建基于GaN的三电平FCBC和五电平FCMC实验平台,实验结果表明所提故障诊断方法能有效识别故障类型和定位,具有诊断速度快（20μs以内）、鲁棒性好、诊断算法简单、计算量小、占用CPU资源少等优点。