当前关于介质击穿的一些机理尚未完全理解,为了研究各种介质和器件在冲击电压下的物理现象,多数场景下还是要依靠实验进行分析,此时冲击电压发生器就起到关键作用。现在的试验中通常采用马克斯回路,存在以下问题,一是通过球隙电容放电,存在分布性的特点,具有放电不确定性,可能会导致实验的同步问题;二是输出冲击电压最高值不能达到直流电压,存在效率问题;三是由于试品参数不同,试验负荷改变时,需要进行波头波尾电阻的计算匹配产生雷电波形。目前已有学者将电力电子器件用于冲击电压发生器中来代替球隙,这使得触发具有更强的可控性,但是仍然属于马克斯回路,在产生冲击电压的过程中,仍需要根据不同的负荷重新配置波前电阻和放电电阻。本文针对上述的三个问题,提出一种基于模块化结构的冲击电压发生器,并基于Matlab/Simulink仿真软件搭建仿真平台,最终搭建实体实验平台,验证了这种结构相对于传统马克斯回路结构的优越性以及实用性。首先基于理论推导分析研究了传统马克斯回路存在的不足。介绍了发生器的功用以及标准雷电和操作冲击电压波形的参数,针对传统马克斯回路冲击电压发生器的结构组成,推导了其等效电路的计算。基于Matlab中软件平台分别采用马克斯等效回路和等效公式生成冲击电压波形,比较了马克斯回路的输出和公式等效的输出。随后提出了一种新型模块化结构的冲击电压发生器结构。采用开关管的结构替代球隙触发放电,解决了同步问题并减弱了干扰,还可省去电阻匹配的过程。分别具体讲解了倍压电路和模块化多电平结构部分的电路构成和各自的工作原理。推导了模块化结构的输出方程,考虑到环流问题,采用了全电平调制策略来进行环流抑制。介绍了倍压回路的结构和死区的概念,描述了调制策略的基础理论以及电容充电和波形产生的过程。然后在Matlab/Simulink仿真软件中分别搭建了马克斯回路等效电路和100级输出的模块化结构冲击电压器的仿真平台。分别进行了雷电和操作冲击电压下的实验并对仿真结果进行了比较。并进行了负载变化下的仿真实验,对比输出结果。考虑到冲击电压波形只存在正的电压值,可以通过简化回路来减少3/4的子模块个数,降低成本并简化控制。最后在仿真结果较好的基础上搭建实体实验平台。在前期进行了实验器件以及相关电路的筛选和确定。选择用FPGA控制板产生信号,通过光纤线进行电路隔离,在隔离电源和驱动芯片的配合下产生符合要求的驱动信号,控制碳化硅MOS管的通断,进而控制子模块的输出。由于电路的延时杂散参数会使设置的死区时间缩短,进行了死区时间的对比选择。并在单级子模块和多级子模块结构的低压实验中验证了这种结构时间上和波形上符合响应的要求。