中国核聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR)是我国下一代超导聚变实验项目，开关网络单元(Switch Network Unit，SNU)是其建立等离子体的关键子系统。本文基于混合式直流开关技术，结合CFETRSNU额定电流80kA、额定电压20kV的参数要求，提出了一种新型SNU拓扑结构，并对其器件选型、参数设计、可靠性等关键问题进行了研究。
　　本文首先对比了各直流开关技术的特点，针对CFETRSNU的参数要求，设计了一种基于混合式直流开关的新型拓扑结构。该拓扑结构包括旁路开关、固态换流开关和放电电阻三部分，其固态换流开关由全控型半导体开关与晶闸管组合构成，以辅助电容来保证晶闸管的可靠关断。该拓扑结构具有全控型器件串联数目少，系统可靠性高，关断流程简单等突出优点。然后，本文深入分析各半导体器件特性，确定IGBT与快速晶闸管为SNU中的半导体器件，再结合新型SNU的工作特点，确定了辅助电容容值、半导体器件的串并联数目等关键参数。本文还基于半导体器件的行为模型搭建了SNU的仿真模型，仿真结果显示，该拓扑结构可在15ms内完成换流过程并建立电压，符合SNU的设计要求；当固态换流开关支路与辅助电容支路杂散电感为10μH时，换流开关中IGBT仅需承受SNU端电压的41%，而降低杂散电感值可进一步降低IGBT所需耐受的电压，有利于降低IGBT的串联数目。最后，本文还对SNU中各半导体开关组件进行了可靠性分析，为提高其可靠性，基于k/n(G)模型进行了冗余设计，各半导体开关组件的各可靠性指标都有了明显提升，特别是高可靠性寿命有了数倍乃至数十倍的提高。
　　本文的研究成果为CFETRSNU提供了一种切实可行的设计方案，还能为其他大功率直流开关的设计提供重要参考。