提出了一种具有高介电常数介质填充沟槽的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。分析了高介电常数介质调制效应。结果表明，与普通场阻型IGBT相比，该器件的击穿电压提高了8%，通态压降减小了8%，关断损耗降低了11%；在相同通态压降下，该器件的关断损耗降低了35%。在栅极与原HK介质之间增加介电常数更高的介质，进一步提升了该IGBT的性能。与普通场阻型IGBT相比，在相同击穿电压与通态压降下，改进器件的关断损耗降低了57%。

基于0.4 μm标准BCD工艺, 设计了一种带有软关断和欠压保护的IGBT去饱和过流检测电路(DESAT)。采用Cadence软件设计并搭建电路, 在Hspice软件中进行仿真调试。结果表明, 在开始一段时间, 欠压锁定电路(UVLO)输出低电平, 强制使器件处于关断状态; 当UVLO输出高电平之后, DESAT被激活并开始检测集电极电压, 一旦检测到集电极电压超过预设6.5 V阈值电压, 便对器件执行软关断动作, 软关断的持续时间为10 μs。该检测电路实现了UVLO和DESAT对IGBT的协同保护。

为了满足微波放大器副特性测试需要, 研制了高精度电源调制器系统。采用阶梯调制与循环控制相结合的方式, 实现了高稳定度输出控制。对调制器的拓扑结构和控制策略进行了分析, 并介绍了脉冲步进调制器(PSM)模块和多绕组变压器等关键部件的设计方法。试验结果表明: 采用PSM技术的电源调制器电源系统输出指标满足测试要求, 能够稳定可靠工作并具备快速保护功能。

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性，研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路，实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理，设计了基于平面变压器的驱动电路，在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压，提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式，提高了集电极电流上升速率。实验结果表明，在1000 V的工作电压下，通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A，脉冲前沿为40 ns，di/dt达到9.41 A/ns，相比数据手册提供的数据，该电流上升速度提高了7.53倍，实现了对IGBT的快速驱动。

对540 mm×18 mm、极间距250 mm、充气压力26 kPa的脉冲氙灯进行分析计算,研制了一台具有手动和外触发功能、氙灯充电电压2.5～4.5 kV、输出脉冲电流幅度3～6 kA、脉冲宽度约230 μs的脉冲氙灯电源,给出了单次触发情况下的实验结果。设计基于晶闸管移相调压方式,经由隔离模块、PLC控制构成的闭环反馈回路,控制调压模块对储能电容器线性充电; 通过IGBT半导体开关器件产生脉冲信号,经脉冲变压器升压后触发氙灯,使氙灯导通发光。采用简单、可靠的绕丝触发方式和控制信号隔离、电容器一端接地等方法,有效抑制了地电位抬高,提高了氙灯电源的可靠性和抗干扰能力。通过百次的实验,脉冲氙灯电源能100%点亮负载氙灯,满足实际使用要求。

为了控制快速变化的等离子体垂直位移, 研制了基于IGBT的大功率H桥快速可控电源, 额定参数为±500 V/±3 kA。旧的快控电源由于结构以及控制策略的原因, 导致IGBT关断过电压高、工作频率低、续流过程不可控产生的电压宽脉冲等问题。针对这些不足, 新的H桥快速控制电源首先重新设计了电源的结构, 使其更加紧凑, 减小了电源的寄生电感, 从而降低了IGBT的关断过电压。其次, 通过改变电源的控制方式, 电源的工作频率达到IGBT开关频率的2倍, 增大了电源输出电压的频率, 等效提高了电源的快速响应能力。同时, 为电源重新设计了一种可控的续流方式, 通过对IGBT的控制改变电路的续流回路, 使续流过程可控。通过实验研究可知, 电源的响应时间为125 μs, 在等离子体位移发生变化时电流能够快速响应, 控制等离子体位移, 保证托卡马克装置的正常放电, 并且通过新的续流控制方式, 使电源在续流时不会再出现续流不可控导致的宽电压脉冲问题, 输出电压能够有效地跟踪给定电压值变化。

基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的实际结构, 建立了开关电源IGBT模块有限元等效热分析模型和双热阻模型。在开关电源实际工作情况下进行温度测量实验, 结合实际运行时的电压电流曲线, 给出模块的总损耗。仿真拟合出热特性主要参数瞬态热阻, 与厂商数据手册提供的实测热阻曲线进行对比, 两者曲线基本一致, 验证了有限元热分析等效模型合理。分别将有限元等效模型与双热阻模型进行稳态热仿真, 与实验对比分析, 得到实际工况下IGBT模块温度场分布及芯片结温。分析双热阻模型的优缺点, 并提出了改进方案。

分析了大功率脉冲激光电源中IGBT模块所需驱动电路的基本要求,设计了一种IGBT驱动电路,并采用反激变换器作为其供电电源的解决方案.讨论了不连续导电模式情形下具有缓冲电路的反激变压器储能转换率的计算,由此确定了反激变压器和缓冲电路的核心参数.以单片开关电源VIPer22ADIP为关键器件,设计了输出为18V/5W的稳压型反激变换器,从而为实现全开关化的脉冲激光电源提供了可能.

为回旋行波管设计了全固态近方波Marx高压脉冲调制器, 设计参数: 输出电压70 kV, 输出电流15 A, 工作频率0~2 kHz可调, 脉宽200 μs可调, 功率容量可以达到百kW级。设计利用串联IGBT作为控制开关, 利用FPGA通过光纤传输的方式对IGBT进行逻辑控制、电路保护和监测, 补偿单元利用FPGA控制IGBT自动补偿的方式对顶部压降进行补偿, 使得输出电压平顶度达到±1%。对电路各个部分进行仿真及测试。结果验证此设计方案的可行性, 可以提高回旋管电源的稳定性和工作频率, 减小调制器体积及维护成本, 并为高压测试提供了实验基础。