为了给中国核聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）负离子源中性束注入（Negative-ion-based Neutral Beam Injection,N-NBI）系统的建设奠定基础,华中科技大学承担了CFTER N-NBI样机的部分研制工作。CFETR N-NBI样机需要一套200 k V/25 A的逆变型直流高压电源为其核心组件-离子加速器供电,该套电源由功率变换级、隔离升压变压器和高压发生级组成。高压发生级的主要任务是产生并传输直流高压,以及在加速器发生击穿（相当于负载短路）时抑制浪涌,其中的关键设备是高压不控整流器和套在传输线上的铁芯缓冲器。为了避免高电压环境中的杂散参数危害电源系统和加速器负载的安全稳定运行,同时也为了提高器件和材料的利用率,本文对分布电容影响下的大规模二极管串联技术和发生击穿时的缓冲器铁芯特性等问题进行了研究,并给出了高压不控整流器和铁芯缓冲器的工程设计方案。针对高压不控整流器中二极管存在的击穿风险,本文对大规模二极管的串联技术进行了系统性研究。分析了串联二极管连接点处的对地和对高压端分布电容对电压分布的影响;推导出了能使分布电容影响下的二极管反向恢复电压近似均匀分布的阻容吸收电路参数关系式,通过对样机的双脉冲测试,验证了利用该关系式设计动态均压电路的有效性;综合考虑了反向恢复过压抑制、动静态均压以及损耗控制,改进了二极管并联保护电路的设计方法,并应用在了高压不控整流器的设计中。本文对关乎加速器安全的铁芯缓冲器浪涌抑制特性和击穿电弧电流衰减过程进行了研究。基于饱和波理论,本文建立了新的等效磁化电感表达式,改进了铁芯缓冲器的等效电路模型,通过对比铁基纳米晶缓冲器样机的仿真和实测结果,验证了等效电路模型的准确性及其用于缓冲器设计的可行性;通过仿真分析和样机测试,讨论了发生击穿时高压不控整流器中处于反偏状态的桥臂对电弧电流的影响;针对铁芯带材的厚度限制,通过仿真和实测分析,论证了合理设置二次绕组对于避免铁芯饱和的有效性。本文对CFETR N-NBI样机加速器电源的高压不控整流器和铁芯缓冲器进行了工程设计。整流器采用油浸绝缘,确定了每支桥臂有300只串联二极管,设计了由扇形模块组成的圆柱桥臂结构;通过Maxwell三维静电场仿真分析,验证了整流器有足够的绝缘强度;根据静电场仿真得到的分布电容矩阵,设计了非等参数阻容吸收电路,通过电路仿真验证了其具有良好的电压尖峰抑制和均压效果;设计了微晶取向Ni-Fe合金1j51缓冲器的结构尺寸,通过电路模型仿真,验证了该缓冲器能够将击穿电弧电流限制在安全运行要求的1 k A以内,并且分布式铁芯缓冲器的浪涌抑制效果要优于集中式缓冲器。本文对高压发生级的关键技术研究和工程方案设计为CFETR N-NBI样机加速器电源的研制提供了理论依据和工程经验,同时对相关高压设备中杂散参数的处理也具有一定的参考价值。