电能作为最重要的二次能源已经广泛应用于各大领域,随着用电需求的大大提升,世界用电安全问题日益严重,因此故障阻断设备即高压开关对电能的可靠传输及电力系统的稳定运行有着不可忽视的作用。传统的高压开关开断时间长、寿命短,难以满足电力系统速动性和可靠性的要求,随着第三代宽禁带半导体材料的涌现,碳化硅和氮化镓器件优良的材料性能使其成为替代硅器件的最佳选择,因此研究基于新型宽禁带半导体器件的高压开关成为众多学者的研究课题。本文给出了一种基于氮化镓器件串联的高压固态开关,其相较于传统的高压开关具有开关速度快、驱动一致性好的特点。高压固态开关的研究难点在于单个功率开关器件阻断电压较低,因此在高压应用场景下要提高固态开关的电压等级需要采用多个器件串联,由此引发了串联器件的均压问题、驱动同步性问题、高低压隔离问题以及散热问题。为了充分发挥氮化镓器件的性能优势,对其串联应用提供理论依据,本文首先详细介绍了氮化镓器件的分类、基本结构及其电气特性与工作模态,之后对影响氮化镓器件串联均压性的因素进行研究并给出相应的改善措施,并对比现有的隔离驱动方式选用了隔离脉冲变压器磁耦合方式实现对串联氮化镓器件的同步隔离驱动。本文针对所设计的高压固态开关给出了完整的设计方案,主要包括硬件电路设计与散热设计。在硬件电路设计部分,本文给出了各部分电路拓扑及其工作原理与参数选取,包括隔离脉冲变压器及其原边的功率驱动电路、副边的栅极隔离电路,并对各部分电路进行仿真验证,之后为了减小线路寄生电感对串联氮化镓器件动态不均压以及开关瞬间电压过冲的影响,本文通过ANSYS Electronics Desktop提取线路寄生电感并代入电路中进行仿真从而对其硬件电路布局进行优化,实现串联氮化镓器件的同步驱动。在散热设计部分,本文主要通过分析高压固态开关的工作损耗及散热过程建立其热阻模型,并对比现有的散热方式选用了相变散热方式进一步建立了相变散热模型,此后对相变散热器的结构进行优化并采用等效比热法施加周期性载荷对高压固态开关模块进行热分析,实现了串联氮化镓器件的均温性,减小了工作温差带来的不均压影响,并保证氮化镓器件在工作过程中不会过热失效。最后,采用12个氮化镓器件串联研制了高压固态开关样机,并对相变散热器进行加工,在搭建实验平台后进行实验验证表明其开关速度快、驱动同步性好、均压一致性好,因此本设计方案具备可行性与实用性。