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开关是脉冲功率系统的关键部件,其特性参数直接影响输出脉冲的上升时间、幅值、关断时间等。目前,脉冲功率系统所使用的开关多为气体开关,其优点是具有大电流、高电压等特性,但是由于气体放电本身性质的限制,使得脉冲功率系统在重复频率、稳定性和寿命等性能方面受到很大的限制。相较之下,功率半导体开关具有开关速度快、寿命长、重复频率高和稳定性好等特点,是很有发展潜力的一类脉冲功率开关。而在半导体开关之中,漂移阶跃恢复二极管(DSRD)是一种新型的开关,它具有功率容量大(108-1010 W)、开关速度快(亚纳秒级)、功率密度大、转换效率高、重复频率高等优点,被认为是脉冲功率发生器的理想固态开关。采用DSRD作为核心器件设计的固态脉冲发生器,能够提高开关速度、工作耐受温度,减小装置体积,实现重复频率脉冲功率系统的小型化。本文首先介绍了等离子体断路开关放电理论,在此基础上阐述了新型半导体功率器件漂移阶跃恢复二极管的工作机理和特性。对两种基于DSRD的典型工作电路进行了工作过程分析,提出了实现高功率脉冲功率源的设计方法。建立了 DSRD器件的等效电路模型,并采用仿真分析的方法进行了研究,获得了实现DSRD性能最优化的各项参数。分析了 GTX001型DSRD器件的工作特性,建立了 DSRD器件的等效电路模型,设计了基于DSRD开关的脉冲发生器系统电路,并对该电路进行了模块划分,完善了电路中的各元件参数,实现了系统电路参数的最优化。基于优化的仿真电路模型,完成了单个DSRD、多个DSRD器件脉冲发生器系统电路的仿真分析。基于模块化的设计思路,研制了一套基于DSRD的全固态脉冲功率源。该脉冲功率源将储能、脉冲形成、开关作一体化设计,减小了系统的体积,实现了脉冲功率系统的模块化。采用将控制模块、驱动模块和脉冲产生模块高度集成化的方式,优化电路布局,实现了系统的模化。基于研制的脉冲功率源,开展了相关实验研究。结果表明,基于单个DSRD的脉冲发生器工作电压可达3.7kV,脉冲前沿8.2ns,重复频率200Hz;基于多个DSRD的脉冲发生器,输出电压可达8.1kV,脉冲前沿9.4ns。实验结果与仿真分析结果一致,实验验证了仿真模型的正确性。