电推进技术因其比冲高、推力控制精度高,可显著降低发射成本,增加在轨寿命等优点,在某些领域正日益取代传统化学推进成为空间航天器推进平台的主流配置,特别是高轨大功率卫星的应用场合。然而,全电推卫星平台电源系统的发展却远滞后于电推进技术的发展需求。本文针对传统全电推卫星平台集中供配电系统存在的问题,提出了一种适应全电推卫星平台的电源系统架构及对应的电源控制器(Power Conditioning and Processing Unit,PCPU),并对PCPU及其功能模块、控制方法等进行了深入研究。本文首先讨论了新电源系统架构的设计思路、功能组成和工作原理;给出了对应的电源控制器PCPU中的高压变换与分流调节模块(High Voltage Converter and Shunt Regulator,HVC_SR)、域控制和高压母线串并联组合的设计方案;并提出了一种能量管理与调度模块(Energy Management and Distribution Unit,EMDU)来对卫星的能量供给和负载功率需求进行管理与调度,以避免PCPU的两种母线在对太阳能电池阵能量需求上产生冲突。对PCPU中两种母线的环路特性和负载阶跃响应波形的实验测试验证了PCPU中的两种母线可以稳定可靠地工作,进一步证明了PCPU可以在电压和功率等级方面柔性扩展,故而可提高全电推卫星平台供配电系统的集成度、功率密度、效率和抗干扰能力。针对大功率卫星平台对一次功率母线中电池充放电变换功能的高频切换需求,以及双向变换器应用在电池充放电领域的优点(可显著提高功率密度和降低成本)和以往双向拓扑存在的缺点(需要严格的PWM死区限制和存在右半平面零点或极点等影响高频双向切换、不易并联),本文提出了一种正反向数学模型均为二阶最小相位系统的Weinberg-Buck型双向DC-DC拓扑及对应的双向充放电变换器(Battery Charging and Discharging Regulator,BCDR);讨论了该双向拓扑的工作原理及影响充放电切换频率的因素;分析了该变换器中高频双向切换控制策略及对应的电池控制管理方法。实验验证了本文所提出的双向变换器可满足PCPU对BCDR高频双向切换的功能需求。基于电推进发动机中为空心阴极供电的三个电源的电性能和工作时序上的特点,本文提出了一种将传统三个阴极电源集成为一个阴极加热点火触持电源的电源耦合方法,并讨论了耦合电源的工作原理、时序特征和控制策略。耦合的阴极加热点火触持电源与电推进发动机的联试实验验证了所提出的耦合电源方法可以提高电源系统的功率密度、效率和空心阴极点火瞬间的动态响应。最后,为保证航天器上各种功能载荷设备的稳定可靠工作,本文提出了一种可在并联子模块数量发生变化时功率母线的带宽和输出阻抗依然保持恒定的跨导补偿器,讨论了该跨导补偿器的工作原理、时序及电路实现方式,并给出了并联子模块工作数量在1到N范围内变化时,跨导补偿器仍能稳定可靠工作的设计约束条件。实验验证了本文所提出的跨导补偿器在并联子模块数量发生变化时维持功率母线的带宽和输出阻抗恒定的有效性。