随着理论技术水平的不断完善和成熟,脉冲功率技术的应用范围日益扩大。基于快饱和磁性材料制作而成的磁开关,利用“磁芯饱和后电感量迅速下降”这一原理控制电路中能量流动的方向,实现能量的陡化和压缩,具有极快的开关速率和强大的耐压耐流能力,其优良特性在脉冲功率系统中获得了广泛的应用。传统磁脉冲功率电源为了获得较大的脉冲陡度和幅值,往往需要多级磁开关共同作用,这不仅增加了电源整体的质量和体积,而且由于磁芯复位问题,电源的工作频率受到了一定的限制。因此,如何合理设计和构建基于磁开关的高压脉冲电源系统,使其在初始储能有限的情况下输出良好的高压脉冲波形,对脉冲功率系统的研究具有非常重要的实际意义。本文根据磁压缩系统的基本原理,设计了一种基于磁开关的高压脉冲电源系统,通过理论计算、仿真模拟和实验验证等手段,对电源电路的工作过程进行了深入分析,并对电路的各项参数进行了设计,具体研究内容包括:(1)通过对高压脉冲电源电路的工作原理进行分析,详细阐述了高压脉冲电源的能量陡化压缩过程,依据初始条件对电路参数进行设计,采用MATLAB软件进行数值计算,获得电路中各点电压的理论计算波形。(2)通过分析各项技术参数对磁芯性能的影响,结合电路设计要求,选取了磁芯的规格和材料,利用Saber软件搭建磁芯绕组模型和电源仿真电路,仿真输出纳秒级的陡化高压脉冲,通过将仿真输出电压波形和理论计算电压波形进行对比,验证了该设计的可行性。(3)搭建基于磁开关的高压脉冲电源实验系统,采用IGBT对电源的充电和放电时间进行控制,实现电源的稳定重复运行。实验测量部分采用Tektronix P6015A无源高压探头对电源电路中各点电压信号进行采集,并与Tektronix TDS2024B示波器连接对电压信号进行记录,测量获得纳秒级的高压脉冲波形,证明了该电源具有良好的能量陡化压缩效果。最后将本次设计应用于水下针-针电极放电实验,得到纳秒级的水下击穿电压波形,通过和采用机械式开关的水下针-针电极放电实验进行对比证明其优越性,对于水下脉冲放电的研究具有实际参考意义。