开关电源作为电子系统中重要的能量提供设备,对其健康状态进行准确的监测与评估,是保障系统高效运行的关键。因此,对开关电源开展测试性设计与相应的故障诊断研究,提升其状态可观测性及故障诊断能力,对保障电源乃至整个系统的运行安全具有重要价值。目前,电子系统测试性设计研究与故障机理结合较少、且以定性测试性建模研究为主,存在故障在线可测特征匮乏、测试过程不确定性影响下诊断准确度低等问题。随着板级电子系统向集成化、智能化方向发展,其高测点维度、非线性等特点使得现有测试性设计及故障诊断方法更加难以满足需求。本文针对上述问题,基于国内外现有研究基础,以开关电源为例,通过基于器件退化机理的在线可测特征分析、系统级测试性建模、测试不确定性定量估计与优化、多区间字典故障诊断等研究,形成一套通用的测试性设计及故障诊断方法。首先,研究结合退化机理的功率MOSFET在线敏感特征分析方法。研究引起MOSFET栅氧退化的两类缺陷电荷的形成机理,分析两类缺陷对器件电学特性影响的差异性。采用加速试验手段,研究器件性能在栅氧退化过程中的时变规律,明确不同缺陷对器件性能退化的主导地位。在此基础上,结合器件典型工作形式分析,挖掘在线可测信号中对缺陷电荷变化敏感的米勒平台电压用于表征栅氧退化,并制备不同退化程度的器件进行在线监测,验证其可用性。其次,将图论与仿真技术相结合,研究开关电源测试性分层混合建模方法。针对开关电源物理测点多且非线性强等特点,将测试性建模拆解为测点筛选与测试项(特征)挖掘两个层级。研究基于多信号流图与信息熵的可用测点筛选方法,对测点优先级进行排序。根据测点优先级,进一步研究基于Saber仿真模型的测点特征挖掘方法以及测试集增补方法,序贯增补获得待选测试集及其故障-测试相关性矩阵,实现开关电源的测试性建模。随后,考虑非完美测试引起的不确定性影响,研究基于Copula函数的开关电源测试性优化设计方法。对常见不确定性来源进行分析,并针对电源固有不确定性建立测试响应模型,证明同源干扰对多元测试影响的非独立性。建立以多元测试非独立为假设的测试性优化设计模型,并研究基于Copula理论的模型构造方法,提升模型的测试性估计精度。在此基础上,利用遗传算法进行测试性优化模型求解,得到考虑开关电源固有不确定性的最优测试组合。最后,根据测试性优化确定的测试组合,研究基于字典形式改进与特征变换的故障字典优化方法,用于提高开关电源故障诊断性能。提出一种新的多区间字典形式,研究基于密度峰聚类的特征区间划分方法,用于降低“模糊空间”影响。以多区间字典形式为基础,进一步研究基于线性判别分析的特征变换方法,提高故障字典诊断性能及其稳定性,实现开关电源故障诊断。