1引言
串联谐振变换器是一种直流——直流变换器，其正弦的电流波形可以使开关管工作于零电流关断状态，从而大大降低开关管的开关噪声，净化电源谐波输出。特别是该变换器的拓朴形式具有很好地抵抗负载短路的能力，因此非常适合于类似行波管这样的易打火的真空器件。
串联谐振变换器有多种电路形式和工作模式，如全桥和半桥形式、连续导电和不连续导电模式，在半桥形式中还存在着单只谐振和两只电容并联谐振的不同电路。但在行波管这样电磁环境较恶劣的场合下，应选用负载适应性和抗干扰能力最佳的电路。下面将详细地介绍IGBT为开关管的半桥串联谐振变换器的工作原理，以及以此变换器为主电路形式的模块化电源所组成的行波管高压电源系统。
2半桥串联谐振变换器的工作原理
逆变主电路的电路工作形式如图1所示。
图1为变换器的基本原理图，其中C为谐振电容，L为谐振电感，T为高频升压变压器，VB为负载电压折算到变压器初级的等效电压，K1、K2为功率开关管，V1、V2为反向续流二极管。令电源电压为VS，C1、C2为相同的大容量电解电容器，在线路工作过程中电容两端电压保持不变均为Vs/2。图2为谐振电流波形，t0-t1时段对应开关管K1导通、K2截止时的正向谐振电流波形；t1-t2时段对应开关管K1、K2载止，V1导通时的反向续流波形；t3-t4时段对应开关管K1截止、K2导通时的正向谐振电流波形；t4-t5时段对应开关管K1、K2截止，V2导通时的反向续流波形。
对于工作在不连续电流模式下的半桥串联谐振变换电路来说，K1、K2两只开关管交替导通，导通频率均小于主电路自然谐振频率的一半，而导通周期均大于自然谐振周期的一半。因此，谐振电流波形中的开关管导通角β=π，续流二极管的导通角α≥π，变换器通过改变α角的大小来调整电网和负载的变化。这种电路经烦琐的分析和数学推导可以得出以下一些重要的基本关系式：
谐振电容的峰值电压
谐振回路平均电流
谐振回路有效电流
开关管平均电流
开关管峰值电流
续流管平均电流
续流管峰值电流
其中，Z0为负载等效阻抗，M为电路变换比M=2VB/VS。
3某行波管电源单元模块的设计
根据某行波管用高压电源直流输出电压18kV、电流60mA的要求，同时考虑单个电源模块的输出功率量级，我们采用三个模块并联输出的工作方式，每个模块的输出电流约20mA。
3.1电源模块的设计
为使单个电源模块在电网波动和负载变化的情况下，始终工作在偶数不连续导电模式（2dcm型），我们设计当电网电压为220V时，续流二极管的导通角为3π/2。单个电源模块的输出级为图3所示双变压器次级绕组四倍压电路，采用该电路的主要意义在于可以降低高频开关变压器的变化，减小高压、高变比变压器的分布参数对谐振回路的影响。
3.1.1变换比M的选择：
在稳压状态下，输出负载为额定值时，随着输入电网电压±10%的波动，变换比M的取值也随之改变。
设输入直流额定电压VS=280V，则VSMIN=252V，VSMAX=308V。
当VSMIN=252V时，取MMAX=0.9。
当VS=280V时，则

当VSMAX=308V时，则

3.1.2变压器变比n的确定：

3.1.3变压器初级平均电流IAVG的计算
从图3电路可知  PB=P0       （假定效率η为80%）
已知P0＝I0×V0             PB＝IAVG×VB×η
从上式得出   IAVG×VB×η＝I0×V0

３.1.4确定谐振回路的阻抗Z0
假定VS=280V    α=π+π/2
根据

3.1.5谐振电感L和谐振电容C的计算：
因为谐振阻抗
                       
其中f0为电流的谐振频率
根据以上两式可得出

在这里取C=0.2μF

3.1.6确定开关管上的平均电源IKAVG

3.1.7确定上开关管的峰值电流IKP

3.1.8确定谐振回路的有效电流IRMS

3.1.9确定流过续流二极管上的平均电流IDAVG

3.1.10确定流过续流二极管上的峰值电流IDP

3.1.11谐振电容的耐压VCP

3.2实验结果
根据上述计算结果，选用FUJI公司的IGBT模块2MBI50-060功率开关管，50A的电流余量可使电源模块具有较大的功率扩展能力。IGBT栅极驱动脉宽设计为12-13μS，略大于自然谐振周期的一半10μS，这样可以确保IGBT的收集极的开启和关断均处在零电流状态下。
4对高压电源模块化设计的建议
随着通讯行业的不断发展，低压大电流的电源模块化设计日渐成熟，但是低压电源的模块化设计方法并不一定适合高压电源。由于高压电源应用的场合，其负载电压、电流的要求相差很大，要想设计一个标准的模块，通过模块的串联、并联或串并联来满足特定负载电压电流的要求是非常困难的。因此，高压电源的模块化应寻求设计思路。模块化设计的宗旨是：将设计人员从大量的重复劳动中解放出来，最大限度的减少重新设计所造成的失误，缩短研制周期；通过大量的模块组合和模块在线更换，提高系统的可靠性和可维修性。提高产品的商品化能力。下面就高压电源的模块化设计提出两点建议：
a.高压电源的模块化设计不应是简单的电源模块设计，应是模块化电路形式的设计。采用对负载开路、短路适应性强的变换拓扑形式，作为电源模块的主电路。根据负载的不同要求，只需相应改变电路中少数主要元、器件的参数。
b.对于不同电压、电流及功率量级的高压电源，采用同一兼容的模块化控制、驱动、保护电路。
5结束语
以本文介绍的半桥串联谐振变换器为主电路设计的电源模块，采用三个模块并联组成的行波管电源系统，已在两个型号的雷达产品上应用。

参考文献
[1]叶慧贞等.开关稳压电源.国防工业出版社.1990.11.
[2]Edward H. Hooper，“AN EVALUATION OF CHARGING TECHNIQUES FOR LINE TYPE MODULATORS”， IEEE CONFERENCE RECORD OF 1982 15TH POWER MODULATOR SYMPOSIUM， P214-219.