直流高压电源在科学实验和工业生产中有着广泛的运用,传统高压直流电源是通过工频变压器直接升压,再经整流滤波得到所需要的高压,普遍存在精度低、调整复杂、纹波系数大等诸多缺陷。本系统基于全桥逆变、倍压整流和脉宽控制技术,设计了用于电子束离子阱装置的直流高压电源,采用高频逆变、正负双向倍压整流、电压电流双环控制等方法,实现了直流高压输出。结果表明,所设计的直流高压电源具有稳定性好、纹波小、可靠性高、系统安全等特点,最终输出的电压在0~200 kV连续可调,纹波和稳定性都小于0.01%,满足实验需求。

研制了一种主要用于脉冲功率系统前级触发用的Marx发生器，介绍了其工作原理和主要参数。该Marx发生器采用单边充电技术路线和同轴紧凑型结构，高压脉冲采用柔性高压同轴电缆输出，在75 Ω匹配负载上获得了超过170 kV的高压脉冲输出，脉冲宽度超过200 ns，在140~160 kV工作区间内其前沿小于3 ns，抖动不超过1.5 ns。该Marx发生器工作范围宽，稳定可靠，很好地满足了高功率脉冲触发系统的要求。

研制了一种主要用于测试电容器在不同电压下短路放电寿命的测试平台,采用谐振充电、脉冲变压器升压和可控火花开关相结合的技术路线,可在2.5 nF负载电容器上得到超过100 kV的高压,短路放电采用可控火花开关,最大放电电流约7 kA,最高重复频率为50 Hz,输出电压和重复频率都可调节,可测试在不同电压、不同重复频率和不同工作时间下电容器的失效机制。通过计算机控制平台的运行,可自动记录工作次数,方便统计电容器寿命。

研制了80 kV可调节高压脉冲方波电源系统以对ZnO样品特性进行测试，实现电源输出脉宽、重复频率、运行时间可调。系统采用人工形成线、脉冲变压器加可调节负载电阻等技术路线，实现了高压方波脉冲的输出；采用高速数据I/O卡产生序列脉冲信号控制两个火花间隙开关的通断，对人工形成线形成的方波进行截尾，实现了输出方波宽度可调；利用Labview中的图形化控件，编写友好简洁的计算机控制界面；采用光电隔离、光纤传输和供电隔离等一系列措施，提高触发控制系统的抗干扰能力。实验结果表明，最终电源输出电压幅值超过80 kV，输出方波脉冲宽度超过25 μs，脉冲前沿小于0.7 μs，并且输出电压幅值可调，脉冲宽度在输出范围内可连续调节。利用该电源对ZnO压敏电阻样品进行了测试，得到了较好的ZnO压敏电阻非线性伏安特性曲线。

为了更好地满足高功率微波电源技术及高功率脉冲技术的研究需要，研制了高功率柔软型同轴高压馈线。根据馈线的实际应用情况，分别在低压、高压、时域和频域条件下，测试了高压馈线在不同电压和气压下的脉冲功率衰减和脉冲峰值功率传输特性。并对测试结果进行了分析、比较。结果显示，脉冲信号功率衰减和脉冲传输考核均达到了高功率微波驱动电源的使用条件，满足电源系统的需求。

针对取样电阻在大功率恒流源中的作用和技术要求，在理论和实验上对取样电阻的设计原则、结构形式和材料选择方法进行了系统分析。对水冷式和自冷式两种结构形式的大功率恒流源取样电阻进行了比较研究，实验结果表明：相比于水冷式取样电阻情形，装配自冷式取样电阻的恒流源主要技术指标得到明显改善，输出电流失稳度降低2/3，纹波系数由2.7%降低到2.3%，使用寿命提高10倍以上。

针对高功率微波源对前级驱动电源的计算机自动控制要求，设计了一套1 200 kV高功率微波驱动电源监控系统。系统采用多功能数据采集卡控制大功率调压器产生连续可调的工频电压，再经过环氧高压变压器和整流硅堆等转换为直流高压，对储能电容进行充电控制；采用高速数据输入输出卡控制触发系统按时序进行工作；监测计算机通过RS-485串口方式对直流高压、闸流管阳极电压、闸流管对地电流等进行实时状态监测；控制主机通过以太网与中央控制计算机实现通讯，可以单独控制电源工作，也可以通过中央计算机统一协调工作；采用LabVIEW作为软件开发平台，利用图形控件完成整个电源系统的控制监测等功能的设计；为了解决因电磁干扰强而引起的地电位抬高、高压采集不正常等问题，系统的软硬件都融入了可靠性设计。实验结果表明，该系统工作可靠稳定,实时性强,界面友好,操作简单,具有良好的可扩展性和移植性。

介绍了1.2 MV脉冲变压器的设计方法,采用螺旋渐开式绕组逐渐增大绕组对磁芯的绝缘距离,用ANSYS程序模拟脉冲变压器中的场强分布情况,最大场强不超过18 kV/mm。通过实验研究有效解决了绕组对绝缘支撑的局部放电现象,得到了1.2 MV的高压脉冲输出,单次运行时间达到1 min,重复频率100 Hz,验证了所采用的设计方法的可行性。

为了更好分析系统的放电特性和工作状态,优化脉冲功率源系统的设计,研制了一套1.2 MV重复频率高功率微波驱动电源测试诊断系统。通过研究高电压、大电流测试技术和数据采集、信号处理、故障诊断技术,同时运用虚拟仪器和电磁兼容等技术,探索开发了一套重复频率脉冲电压电流测试诊断系统。结合系统的研制需求,通过分析各种数据采集设备的优缺点,硬件选用了凌华公司的PXI数据采集系统,软件采用LabVIEW,设计开发了重复频率快信号的采集诊断程序,研制出实时诊断系统,并在1.2 MV重复频率脉冲电源系统中应用,实现了对重复频率电源关键点电压电流的测试以及数据的诊断、处理和远程在线监测,出现故障时报警、存储数据并自动断电等功能。