近年来,脉冲功率技术的应用渗透到生物医学、食品加工、环境保护、等离子体产生、工业应用和科学研究等多个领域。不同领域对脉冲源的要求有所差别,但总体趋势是要求脉冲源具有更高的输出电压、更快的脉冲前沿和更高的重复频率,同时具有灵活的调节方式和较宽的适用范围。本文首先分析了Marx和LTD电路的基本工作原理,对Marx电路的工作状态进行了详细地分析。然后介绍了基于Marx和LTD拓扑的复合模式脉冲源具有易于模块化设计、负载适应能力强、可以降低对隔离电源模块和触发同步性的要求等优点。其次,对复合模式脉冲源的基本工作状态进行了分析并采用PSpice软件对其进行了仿真验证。为了避免开关器件的误动作和降低开关损耗,分析了驱动电路参数的设计方法和优化措施并仿真验证了分析的正确性。然后,本文针对该脉冲源的控制需求设计了控制系统,该控制系统包括控制电路板、FPGA程序、电脑端控制软件和串口液晶屏控制程序。该控制电路板采用FPGA作为主控芯片,可以输出12路控制信号;配套的FPGA程序采用Verilog HDL语言编写,该程序主要包括串口收发、参数转换及选择、脉冲生成、锁相环等模块;采用Qt框架设计了电脑端控制软件;同时也设计了串口液晶屏控制程序。该控制系统除了可以对该脉冲源的个数、频率和脉宽进行调节之外,还可以通过锁相环产生多路有相移的控制信号,从而改变复合模式脉冲源的前沿、后沿和波形形状。该控制系统除了能够产生参数一样的重复脉冲之外,还可以通过编辑指令生成参数变化的脉冲序列,在生物医学等领域具有极大的应用价值。最后,对复合模式脉冲源的开关器件、储能电容、二极管、驱动芯片、隔离电源模块和磁心等元件进行了计算和选型。研制出的复合模式脉冲源包含4个LTD模块,且每个LTD模块由一个3级Marx电路组成。该脉冲源的输出脉冲参数为:幅值0~8 kV,脉宽60~160 ns,脉宽步进可达1 ns,重复频率1 kHz,前沿约10 ns。通过FPGA产生相移控制信号对该脉冲源的每级进行单独控制,可实现对输出脉冲前沿、后沿和波形形状的灵活调节。脉冲源采用模块化设计,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。本文设计的复合模式脉冲源的脉冲幅值高、脉宽窄、前沿快、控制灵活,可以广泛地应用于各个领域。