为了实现高效率激光无线能量传输系统的研究, 基于Simulink建立了激光无线能量传输系统的闭环控制仿真模型, 实现了激光光伏阵列的最大功率点追踪、降压电路搭建和锂电池智能充电控制, 并结合激光光伏阵列的输出特性和锂电池多阶段恒流充电方法的特性, 提出了一种基于激光功率密度闭环信号控制的新型锂电池多阶段恒流充电方法。结果表明, 该方法不仅可以实现传统锂电池多阶段恒流充电效果, 而且节省了62.9%的光能, 系统转换效率提高了62.96%。该结果对研究高效率激光无线能量传输系统是有帮助的。

针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求，基于全桥串联谐振恒流充电技术，研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源，平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路，大幅降低了场地供电需求，结合模块化集成设计，实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求，分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程，给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果，利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试，实现了45 ms内充电60 kV以上，实验结果表明,其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。

串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全，但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡，不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加，还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上，提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法，不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性，还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证，实验结果表明：在600 V重频条件下，回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V，对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。

常规恒流充电电源输入端的功率随着输出电压的升高而逐渐增加, 充电结束时输入端的功率由最大值迅速降为0, 不仅需要电网能够提供近2倍于平均值的峰值功率, 还会造成电网电压的波动, 特别是在重复频率与工频接近的大功率应用场合时, 可能造成电网滤波系统的振荡, 影响供电可靠性和干扰其他用电设备。提出了一种带有储能环节的电路拓扑, 使得在对负载恒流充电期间, 输入端的功率保持在平均功率水平。充分利用了串联谐振电路断续工作模式的特点, 无需辅助变换器, 仅通过双向开关对电流的控制, 可将充电初期多余能量存储到储能环节, 并在充电后期逐渐将此能量向负载释放, 在充电启停时刻储能环节的净增能量为0。将上述拓扑电路添加到基于DC-link的恒流充电电源中, 进行了分析和控制参数推导, 并在输出电流8 A、最高输出电压5 kV的电源上进行了实验, 结果表明: 充电期间直流母线提供的电流基本稳定, 幅值为常规方案中最大母线电流的一半左右。

设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0～30 kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5 kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18 μF电容实现了30 kV,0.1 Hz重频充电,充电功率约1.35 kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。

Marx发生器作为高功率微波辐射系统的驱动源, 较易实现高输出峰值电压、结构紧凑、体积小, 在系统小型化研究方面占据优势。介绍了紧凑型重复频率Marx发生器的结构特点, 通过理论分析和实验研究, 研制1台14级重复频率Marx发生器。采用正负双边恒流充电及全电感隔离, 减小了能量损失, 提高了Marx发生器工作重复频率。采用火花间隙开关和Marx绝缘一体设计, 省略电容充电对地回路, 使整个系统结构更加紧凑、简便, 整个Marx发生器被放置在一个密封的金属圆筒内, 圆筒内充SF6气体进行高压绝缘。通过调试, Marx发生器实现稳定、重复频率工作, 充0.16 MPa的SF6时, 输出电压约为475 kV, 脉冲前沿约为20 ns, 可以在重复频率1~20 Hz下稳定运行。

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上，选用单片机作为控制芯片，利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明，基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J，充电时间缩短到6 min以内，满足实验要求。

设计了一种输出电压为4 MV的超前触发型Marx发生器，为了进一步优化采用电阻充电的Marx发生器输出特性，提高系统的充电效率并且减小级间充电电压不均匀性，对Marx发生器恒流充电过程进行了解析求解。结果表明：各级间充电电压差为与充电电阻、电容和充电速率成正比，与时间无关的定值，充电时间越长电压效率越高，且与电压变化率无关 。该结论具有普遍适用性。结合我们设计的4 MV超前触发型Marx发生器回路,利用PSpice对Marx发生器的恒流充电过程进行了模拟，得到了自洽的结果，并且与恒压充电进行了对比。当充电电阻为10 kΩ，各级电容为400 nF,充电速率为10 kV/s时，恒流充电能量效率达到90%，约为恒压充电能量效率的2倍，充电时间为恒压充电的1/3。

为产生重复频率脉冲磁场的螺线管,研制了一种新型的初级能源,它采用半桥串联谐振恒流充电拓扑结构,可在0～2.5 kV范围内实现输出可调,最大平均充电功率达4.7 kW。该电路最大特色在于无需使用外加谐振元件,只利用变压器的漏感和半桥桥臂电容组成谐振元件。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行电路仿真和初步实验研究,结果表明,该设计基本达到要求。最后,进行了带螺线管负载的实验研究,实验证明该能源在重复频率10 Hz条件下运行稳定可靠。

介绍了发生器的结构特点,采用有限元数值方法对开关腔体内静电场进行了3维模拟计算,通过理论分析和实验研究,研制了1台12级重复频率Marx发生器,该发生器采用正负双边恒流充电方式及全电感隔离,其主要元器件间基本呈无感排列,结构简单、紧凑。实验结果显示:发生器输出电压为532 kV,脉冲前沿约40 ns,建立时间约32 ns;开关腔内充纯净SF6气体,可以在重复频率1~50 Hz下稳定运行。