纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲，加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器，在每级电路中插入一个电感，并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒，等放电管完全开通后，关断充电管，对负载进行放电，以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制，获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机，实验中通过调节直通时间，在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响，发现直通时间越长，脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出，提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法，提高了系统抗干扰能力的同时，也减少了所使用开关管的数量，降低了脉冲电源的成本。

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，该电源主电路的尺寸仅为20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。

随着脉冲功率技术的发展，纳秒脉冲电场被逐渐应用到等离子体水处理、不可逆电穿孔肿瘤消融等技术中。为了满足纳秒脉冲的应用需求，电源需要输出十几kV高压，拥有纳秒窄脉宽和快速的上升沿，同时尽量减小电源体积，降低成本。该纳秒脉冲电源采用电感隔离型Marx发生器结构，电路可以实现模块化叠加，电感隔离可以减少开关数量，抬升充电电压，以获得更高的电压输出。所设计的驱动电路仅需一路控制信号和一个直流供电模块，经功率放大和磁隔离后可同时控制所有放电管，该驱动电路结构简单、成本低、体积小，耐压水平高。所设计的24级电源样机，在50 kΩ阻性负载上，可输出0～14 kV电压，频率0.5～1 kHz，脉宽500 ns。该电源主电路的长宽高尺寸仅为23 cm×10 cm×12 cm。

设计了一款体积紧凑、工作在特高频波段的宽带高功率微波源，系统利用24 V蓄电池供电，Marx 发生器作为驱动源，采用四分之一波长开关振荡器调制产生宽带电磁脉冲，激励高功率微带平板天线辐射，测试结果显示系统工作中心频率为425 MHz，远场辐射场强-距离积峰峰值为91.5 kV@1 m，该微波源体积尺寸为871 mm×370 mm×330 mm，含电池质量小于43 kg，拓展了宽带高功率微波技术在无人机、机器人等平台的应用前景。

在肿瘤消融、污水处理等领域的脉冲功率技术应用中，研究发现双极性电脉冲往往比单极性电脉冲效果更佳，这极大地刺激了双极性高压脉冲电源的研发需求。设计了一台基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器，该发生器结合boost电路与Marx发生器的特点，实现了具有升压功能的双极性脉冲的产生，且利用峰值检测电路对双极性脉冲发生器的输出峰值进行取样，并反馈到DSP处理器，实现峰值电压闭环控制，从而实现双极性脉冲恒定峰值的输出。为了验证提出的拓扑电路的可行性与稳定性，对5级恒峰值双极性脉冲发生器进行了仿真和实验研究。实验结果表明，当输入电压在100 V时，可产生重复频率5 kHz、脉冲宽度5～10 μs、电压幅值为±2.0 kV的恒峰值双极性脉冲波形。该脉冲电源使用模块化设计，便于级联，结构紧凑，可灵活输出恒峰值的双极性或单极性正（负）脉冲。

为了调节固态Marx发生器输出脉冲的边沿，提出了一种新型的的驱动电路，该方案通过调整充放电管的驱动电压，结合驱动电路的硬件结构，调节米勒平台时间，进而调整充放电管开通速度，实现了对于高压输出脉冲的边沿调节，其结构简单，不需要每级独立的控制信号。对于该电路中驱动电压和开关管开通速度的关系建立了模型进行了推导。结合理论分析结果设计了驱动电路的参数，仿真结果表明该驱动电路能够调节输出脉冲边沿。搭建带有设计参数下驱动电路的固态Marx发生器在容性负载下和阻性负载下进行了实验验证。利用该方案实现了对于6级Marx电路的3.6 kV输出脉冲在55～7.7 µs的边沿调节，验证了该方案的可行性，并对比分析了不同阻性负载对于脉冲边沿造成的影响。实验结果表明：该电路在提高固态脉冲电源的边沿调节性能方面有独特的优势。

高能脉冲X射线闪光照相加速器在高性能爆轰流体动力学实验研究中具有重要应用，是牵引高功率脉冲技术发展的重大需求之一。综述了射频直线加速器、电子感应加速器、基于高压脉冲源和高功率二极管的强流脉冲功率加速器3大类、5种闪光照相加速器技术路线的主要特点、代表性装置，对比了几种技术路线的特点，展望了未来发展趋势：一是大力发展共轴多脉冲X射线分幅照相技术；二是采用全固态脉冲功率组件实现加速器紧凑化、小型化和可移动。

PFN-Marx发生器可同时实现升压和脉冲形成，具有紧凑的基因。特别是近年来脉冲储能技术的发展，使得直接利用PFN-Marx发生器驱动各类负载成为现实，因而PFN-Marx发生器逐渐成为国内外研究热点。对国内外的高功率紧凑PFN-Marx发生器的研究进展进行了系统介绍，评述其参数和结构特点。通过总结，从时间发展历程上看，PFN-Marx发生器采用高储能密度器件，装置的储能密度水平在不断地提高，尺寸紧凑化水平也在提高；在追求紧凑化的手段上，PFN-Marx发生器的空间结构的优化设计效果优于PFN网络拓扑参数的优化设计；PFN-Marx发生器采用波形优化方法具有较明显的收益，可有效降低装置紧凑化带来级间分布参数更强耦合的负面影响。同时论文探讨了PFN-Marx发生器的发展趋势，为PFN-Marx发生器的研究和技术路线探索提供参考和依据。

在诸如粒子加速器等应用中，要求高压脉冲的电压、电流顶降尽可能低。减小顶降的常用方法是增加储能电容器的容量，但代价是系统的能效较低、体积较大、功率较高。另一种方法是插入一些特殊级来补偿电压顶降。在固态Marx发生器中，当谐振电感和补偿开关串联起来与普通级中的主电容并联时，就得到了补偿级。本文在16级单极性固态Marx发生器中加入了四个基于谐振电路的补偿级，以补偿不同负载、不同脉宽下的电压顶降。在放电过程中，将正弦电压的近线性部分加到负载上作为补偿，实现了几乎无电压顶降的矩形脉冲。不同的补偿级数可以对电压顶降进行不同程度的补偿，补偿效果也是可调的。此外，只要关断谐振管，这些补偿级也可以作为固态Marx发生器中的普通级工作，从而加以利用。由于谐振补偿级中的电容也与Marx电路中的电容并联充电，因此不需要辅助电源充电。实验结果表明，在400 Ω和5 kΩ阻性负载上，2.5 kV和10.5 kV脉冲的电压顶降分别都能得到理想的补偿。为了获得更好的补偿效果，脉冲宽度应小于正弦电压的近线性部分的长度。

为研究Marx发生器机芯在公路运输条件下的力学环境适应性，基于随机振动理论和有限元分析方法对Marx机芯进行了仿真分析和随机振动试验。首先，建立了八级模块化Marx机芯的有限元动力学仿真模型，模拟确定了机芯的应力集中点；然后，通过振动台运输振动摸底试验修正了有限元模型，对机芯结构进行了优化设计，使Marx机芯整体一阶频率由15.4 Hz提高到19.7 Hz，降低了整机垂向的动力学响应，提高了机芯的力学环境适应性。试验结果表明，Marx发生器结构设计需要重点考虑其在垂直方向的可靠性；振动过程中，机芯整体连接稳定，振动应力集中于机芯与U型支撑杆连接处、支撑杆与支撑板连接的角片处，以及开关连接件处，是结构设计的薄弱环节。