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。

调制器输出脉冲宽度存在两种模式，输出脉冲宽度为10 μs时，工作频率0~8 kHz可调，输出脉冲宽度为200 μs时，工作频率0~400 Hz可调。为了实现了调制器的小型化，初级电压设计为700 V，初级储能电容可采用高储能密度的电解电容，且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险，次级输出电压为70 kV，采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理，重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论，并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试，脉冲前沿2.2 μs，脉冲后沿1.65 μs，过冲小于7%，脉冲顶降小于1%。

为实现绝缘栅双极晶体管(IGBT)的多级串联, 以电阻/电容/二极管(RCD)缓冲电路为动态均压电路, 通过数学分析及PSpice仿真验证, 建立了RCD缓冲电路参数选择模型; 设计了基于数字信号处理器(DSP)控制、光纤隔离传输, 以M57962L为IGBT驱动器的驱动电路及故障反馈电路, 能驱动32只串联IGBT并对其进行过流和短路保护, 32只IGBT的最大导通时间不超过90 ns, 短路保护响应时间约为6 μs; 设计了8路独立输出的50 kV隔离的高压隔离电源, 实现IGBT串联电路各部分的供电及电隔离。基于以上IGBT串联方法, 实现了32只1200 V IGBT的串联, 串联电路可稳定工作在20 kV电压下。

为了稳定可靠地触发CO2激光器旋转火花开关, 设计了一套高压脉冲触发系统并且提出了一种新型的绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动与保护方法。根据CO2激光器中旋转火花开关的触发结构, 应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片EPM3512开发了可以输出100～500 Hz重频脉冲信号以及单次脉冲信号的触发信号源; 应用光耦HCPL-3120设计了具有过流、过压保护功能兼有电磁兼容(EMC)设计的IGBT驱动电路; 对高压脉冲变压器进行建模并通过PSPICE软件仿真; 搭建了实验平台, 进行了联机性能测试。实验结果表明: 在500 Hz的重复频率下, 高压脉冲触发系统可连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲, 基本满足CO2激光器的旋转火花开关稳定可靠触发的要求。

高频化是提升电源功率密度的有效方法。为了保护高频电容器充电电源中的开关器件，以串联谐振式电容器充电电源为基础,研究了绝缘栅双极晶体管(IGBT)尖峰电压的产生机理及影响因素。介绍了几种抑制尖峰电压的方法，着重分析了IGBT吸收电路的基本原理,并进行了参数设计。结合仿真软件,对吸收电路的参数进行了优化，将仿真结果和40 kW,50 kHz电容器充电电源样机的实验结果进行对比，验证了提出方案的可行性。

介绍了自行研制的一台100kV/2A三相恒流重复频率充电装置,其恒流电源采用三相L-C变换器,6只绝缘栅双极性晶体管并联作为短路器件控制充电停止,可编程序控制器是控制单元的核心.该装置用于重复频率开关实验,充电电流2A,最高充电电压100kV,重复频率10Hz,充电电容1μF,以脉冲串的方式连续运行,工作稳定.