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%。

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%。

采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值，并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析，发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性，在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。

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。

基于单元器件的成功研制，介绍了Marx调制器单元充放电回路、电压和电流的实时监测以及控制系统和连锁保护等功能的设计和实现。对IGBT固态开关的静态、动态均压进行分析和模拟，采用RCD缓冲电路实现IGBT的动态均压；对控制系统改进和优化，设计了专用电源转换模块；分压电路和电流霍尔采样回路分别实现调制器单元电压和电流的检测；连锁保护功能由控制系统和继电器控制完成。所有部件按照电气标准设计在调制器单元支架上。经过测试的4个单元进行了叠加试验，4个单元总输出24 kV，各器件在高压试验中工作正常。

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。

Marx固态脉冲调制器是根据Marx发生器的原理并以绝缘栅双极晶体管(IGBT)固态开关作为开关元件而设计的脉冲调制器。其低成本、高可靠性、小体积等优点可以很好地满足国际直线对撞机(ILC)对脉冲调制器提出的要求。介绍了Marx调制器单元样机主要部件包括IGBT串联高压开关组件、储能电容器、串联高压充电电源以及控制系统样机的研制。Marx调制器单元完成了12 kV高压试验, 各部件达到设计指标, 为单元的模块化生产和多单元的叠加试验提供可靠的数据和保障。

设计了大功率固态调制器的新型固态脉冲开关模块.通过分析电力电子仿真软件Saber中绝缘栅双极晶体管(IGBT)物理模型的概念和等效电路,结合实验数据建立了IXDH20N120型IGBT的模型,研究了Saber环境下,不同参数条件和拓扑结构对调制器电路输出特性的影响.仿真结果表明:动态均压网络在有效地保护开关的同时,可以减少IGBT的开关损耗;电路中器件离散性与系统分布参数会造成调制器输出波形质量下降,效率降低.并对调制器在负载打火情况下,因严重不均流而损坏器件故障的机理作了分析,实验证明仿真结果和分析与实际相符.