随着直流微电网的发展,直流断路器作为关键的保护设备受到业界的高度关注。但传统的机械式直流断路器在响应时间、电弧等方面的不足,降低了直流断路器的保护能力。为了达到直流断路器的性能要求,满足不同电压等级的应用需求,直流固态断路器(Soild-State Circuit Breaker,SSCB)具有快速准确的中断特性,更受到研究学者的青睐。本文结合第三代半导体Ga N器件的优势,研究了一种基于Ga N器件的限流式直流固态断路器,用于检测、中断、保护不同的电路故障。首先研究了Ga N器件的性能参数,在对Ga N器件的基本结构和工作导通原理介绍的基础上,结合Si MOSFET,对比分析了Ga N器件的静态特性和动态特性,并通过仿真测试阐述了Ga N器件相对于Si MOSFET的开关优势。其次考虑Ga N器件在直流固态断路器中的应用场合,分析了Ga N器件在硬开关故障下的短路工作原理和不同电路参数对Ga N器件短路行为参数的影响,对基于Ga N器件的直流固态断路器研究具有一定的指导作用。而后研究了以Buck变换器为主工作电路的直流固态断路器方案,包括拓扑结构和控制原理分析。针对涌流故障造成的断路器误关断问题,详细介绍了导通、限流、关断三种工作模式及其转换方式。此外还分析了故障电流控制方案,通过双阈值电流保护控制实现高阻抗过流、低阻抗短路故障的分段保护;并与PWM/PFM限流控制结合,能有效限制峰值电流,避免了故障电流过高、上升速度过快对电路设备造成的冲击。最后根据基于Ga N器件的直流固态断路器控制方案,分析了参数选取原则,并搭建仿真模型,仿真结果表明该断路器能在启动、高阻抗过流和低阻抗短路工况下实现电路快速限制和准确分断动作。随后制作了基于Ga N器件的直流固态断路器样机,通过数字程序编写、硬件电路设计和整机调试,搭建了实验平台,对实验样机的过电流故障检测和中断保护能力进行了测试。