为了满足脉冲电场消融的应用需求，解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题，研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号，经过驱动芯片放大控制信号后，利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少，信号控制时序简单，可提供负压偏置，使开关管可靠关断，提高了电路的抗电磁干扰能力，使电源能稳定运行。通过电阻负载实验，对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响，驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明：所设计的高频双极性脉冲电源在100 Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲，输出电压0～±4 kV可调，脉宽0.2～1.0 μs可调，正负脉冲相间延时0～1 ms可调，上升沿和下降沿60～150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑，能满足应用的参数需求。

为了降低空心脉冲发电机的能量损耗与励磁绕组发热，提出了一种具有剩余磁能回收功能的脉冲发电机励磁电路。通过在电容支路设置调节电感，使放电完成后的电容电压反向，迫使晶闸管与二极管关断，以切换电流流通路径来实现剩余励磁能量到电容器中的转移。该电路使用晶闸管作为主开关，电流关断能力强的特点使其在大功率脉冲发电机的应用中具有一定优势。对提出的励磁能量回收电路的工作过程进行了介绍，仿真分析了剩余能量回收对励磁绕组能量损耗和脉冲发电机发热的影响，并对该电路拓扑的工作原理进行了实验验证。结果表明：该电路可以迅速回收励磁绕组中的剩余能量，缩短励磁电流续流时间，减少励磁损耗与能量损耗。仿真与实验结果反映的规律与电路原理一致，表明了该电路方法的可行性。

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用，基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理，采用具有多重压缩特性的级联磁开关，设计磁脉冲压缩电路，并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示，磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲，当直流电源为500 V，磁开关电感量为1 μH，初级线圈回路充电电容为4 μF，变压器匝数比为10∶1，磁开关线圈匝数比为1∶2，复位电流为1 A，次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时，获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲，将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型，通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线，可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。

为使LC谐振充电方案具有更高的升压范围和提高其对供电电压的适应性，采用了一种带有升压结构的电路拓扑，使得LC谐振充电方案具有升压和降压工作能力，同时采用了基于能量实时检测的控制算法，使得该方案能够根据预设参数准确充电和放电，增强了对供电电压波动的适应能力。初步的实验结果表明，在供电电压波动的情况下，该电源能够完成升降压的调节，且最大电压偏差小于5 V。

应用于强流重离子加速器装置增强环（HIAF-BRing）的快循环全储能脉冲电源需要在极宽的输出电压范围内保持极高的控制精度，为此电源采用了高压功率单元和低压功率单元串联的拓扑方式，在低压段采用低压功率单元，电压升高之后切换到高压功率单元，通过高低压切换控制来实现电流全阶段的高精度输出。但是在样机实测中发现存在切换点的振荡问题，导致切换点处的输出电流绝对误差无法满足指标要求。本文提出了一种切换点平滑控制算法来平滑处理切换点占空比，给出了仿真结果，并且在HIAF-BRing快循环全储能脉冲电源样机上面实际验证了高低压切换控制方法及其切换点平滑控制算法的有效性。实验结果表明：100 A注入平台的输出电流绝对误差由±500 mA降至±50 mA，100 A注入平台的切换点处输出电流绝对误差由±1.16 A降至±120 mA，100 A注入平台输出精度较低的问题得以解决。

气体开关作为脉冲功率装置的关键部件，其自击穿概率以及触发放电延时抖动对整个脉冲功率系统具有至关重要的影响。降低开关工作系数有利于提高开关稳定性，但延时抖动会随之增大。针对用于磁驱动实验的10 MA级大电流装置应用需求，设计了一种具有较高场畸变系数、能在较低工作系数条件下稳定工作的三电极气体开关，并开展了该开关的性能研究。模拟与实验结果表明：在触发电压与充电电压相当的条件下，开关的场畸变系数接近4，开关工作系数高于60%时，开关具有较低的延时抖动，抖动均方根小于3 ns。结合该开关设计了一个两级Marx储能模块，充电电压±50 kV条件下短路放电，模块回路放电电流峰值达到150 kA、周期2 μs。上千次放电实验后，开关电极表面未发生明显烧蚀，工作正常。工作系数68.5%时，共计4 000发实验中未出现自放电现象，自击穿概率低于2.5×10⁻⁴。上述结果表明该开关可满足300～400只开关同时工作的大电流装置需求。

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求，开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究，并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计，完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制，实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15 μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV，平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出；采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计，既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险；通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。

伪火花开关是脉冲功率领域关键器件之一，具有脉冲电流大、电压范围宽、寿命长及可靠性高等优点。针对整机系统小型化发展的需要，开展新型小体积伪火花开关研制，创新性地将触发针引入空心阴极内部，实现辉光放电电子源注入，该设计减小伪火花开关的体积，并通过制管及实验验证设计合理性。测试结果表明，该产品的阳极工作电压范围为0.5～10 kV，最大阳极脉冲电流40 kA；在36 kA脉冲电流情况下，工作2万余次并未发现性能下降；该样品已通过高温、低温、温循、振动等可靠性试验考核。