1 前言
目前谐振技术已经广泛地应用于各种逆变器中，使得功率开关器件处于零电流（ZCS）/零电压（ZVS）工作状态，大大地减少了开关器件的开关损耗，开关应力以及电路的EMI。一般的串/并联谐振逆变器（SRC/PRC）是在初级增加谐振回路以产生电压/电流谐振波形，负载适应能力不宽。为进一步改善电源性能，在SRC/PRC的基础上发展起多种谐振技术。准谐振（QRC）技术就是其中之一。
图1为半桥。零电流开关准谐振变换器（HB ZCS-QRC）主电路图。由于变压器次级的漏感参加谐振减少了电路分布参数的影响；在HB ZCS-QRC中变压器的初级谐振电路不象ZCS-SRC中出现反向续流电流，提高了电源的PA/PW指标，即降低了电路的无功功率的容量。
2 半桥零电流开关准谐振电路的工作原理
将图1电路简化等效为图2。
图中 LS变压器漏感
VSEC=VS/2N次级电压
VS电源电压
N变压器匝比
分析前假设：
a)输出滤波器为电流源，输出为I0
b)在Q1开通之前，变压器次级等效为短路，D流过电流I1，整个电路工作过程可分为下面几个阶段。
2.1 电感充电阶段[T0，T1]
这个阶段的电路拓扑图见图3。在t=T0时Q1的驱动信号到达Q1开通。在[T0，T1]期间变压器漏感LS充电，充电电流按下列等式变化：

 (1)
电容器CR的电压按下列变化：
 (2)
这里  (3)
为谐振频率
为谐振特征阻抗
电感充电的初始条件：iL(T0)=I1  VC(T0)=V1
变压器的磁化电流很小忽略不计，变压器的初级电流为：
 (4)
可以看到变压器的初级电流在电感充电期间为线性增长的。
2.2 谐振期[T1，T2]
当t=T1时电路达到iL(T1)=I2   VC(T1)=V2
在此之后电路进入谐振期，LS，CR谐振电流按下列等式变化：
 (5)
 (6)
这里 

在此期间，变压器的初级电流；
 (7)
由（7）式中可见变压器初级电流是按正弦波变化。次级电流谐振达到iL为零时，D阻止反向电流流过谐振电路，此时初级电流也按正弦波变化至零。由过零检测电路检测出过零点后关闭Q1的驱动信号，Q1关断实现功率开关器件的零电流关断。因为此时电流为零，从理论上讲关断损耗为零。
谐振时期是变压器能量传输的阶段，整个过程持续的时间由下列条件决定：
 (8)
由于本电路处于半波模式工作，所以这里：
 (9)
谐振状态结束后的谐振电容上的电压
 (10)
2.3 电容放电阶段[T2， T3]
这个阶段的拓扑图见图4。
在电容放电期间D反向，CR以输出电流I0放电。初始条件：
iL(T2)=0    VC(T2)=VCR
在整个反向期间变压器的初级、次级的电流均为零。CR线性放电，整个阶段的持续时间为

2.4 续流阶段[T3，T4]
当电容线性充电后VC降至零时，D重新开始导通。等效拓扑图见图5。
在此期间次级等效为短路，但漏电感LSS仍然存在。由于在整个续流期间变压器的初级电流为零，所以此时的次级漏感LSS略小于电感充电期间和谐振阶段的漏感LS。所以等效电路的阻抗要小些，电流、电压的频率也要高些。
 (10)
 (11)
这里
当续流结束时IL(T4)=I1、VC(T4)=V1由等式(10)、(11)得出I1和V1的关系式：
 (12)
续流结束以后，谐振电路完成一个工作周期。当驱动信号打开半桥下端开关管Q2时谐振电路将重复上述过程，完成整个HB ZCS-QRC电路的一个周期。
整个周期波形见图6。
3 30kHz，1.5kW逆变电流源电路设计
3.1 主电路设计
30kHz 1.5kW逆变电流源主电路见图1。
在设计谐振式逆变器时，首先需要确定两个频率，一个是逆变频率fconv，另一个为谐振频率fres。
第一步要选择最大逆变频率，即功率开关管的最高工作频率，然后根据拓扑系数Kt确定谐振回路的频率。
 (13)
当Kt达到1时，谐振逆变达到最大变压比，同时流过变压器初级的电流最小。一般Kt取值在0.6≤kt≤1，本电路取fcon max=33kHz， Kt=0.8由（13）式的fres=41.25kHz取fres=42kHz。因为半桥电路工作在半波模式，取半周时间为11.9μs，考虑到驱动信号脉宽的上升、下降沿的影响取驱动信号脉宽为10μs。
变压器变化比可由下式确定：
 (14)
VINmin电网输入最小电压，Vout为输出电压。当50Hz三相变化±10%时，取VINmin=480V，Vout=120V。
由（14）式得 N=1.6取N=2：1
对次级谐振回路的设计：
 (15)
 (16)
Ioutmax为电流源能提供的最大输出电流。本电路设计为12.5A。由(15)、(16)式计算得到：
Lr=39μH    CR=0.36μF
考虑到变压器漏感差值，取CR为0.33μF。
为了使谐振电路能满足零电流关断需验证主回路特征阻抗
Zn≤VCR/I0 (17)
Zn=Lr/CR=10.8Ω<12Ω电路满足要求。
初级电路设计：
对C3而言工作频率为2倍逆变频率。功率容量为1.5kW时

对C1、C2确定按照满载时中点电压小于0.1Vs的原则
 (18)
3.2 输出元件设计
由(5)式可得Isecpk=23.75A
由(6)式可得Vcpk=137.5V
考虑整流二极管承受两倍反向电压选用MUR3050快恢复二极管。
输出滤波电感设计：
电感的纹波电流是随着工作频率变化而变化的，当最重负载时工作频率最高，纹波电流最小。
 (19)
本电流源要求纹波指标为0.5%由式（19）得
L0=1.2mH   取L0=1mH
输出电容设计：
电容纹波由两部分组成。第一部分△Vout =△Q/Cout这部分随工作频率变化，第二部分是由于△Iout的纹波电流通过电容等效串联电阻（ESR）引起的电压跌落。这两部分均能引起电感电流纹波。通常第二部分在电路中占主导地位。对于电解电容ESR决定电容的选择，最后的电容值远远的大于需要的最小值，所以△Q/Cout可忽略不计。本电路选用HCG4F逆变器配用电解电容。
3.3 开关管的选择
由准谐振电路计算公式(7)得ipk=51.9A，功率开关器件选用IGBT管。IGBT为80年代末出现的复合素子管，它兼有MOS门极驱动特性和BJT的大电流特性，可工作在高频大功率电路中。本电路使用2MBI50L-120模块内封装两只IGBT管和两只快恢复二极管。
3.4 控制/驱动电路
准谐振电路是固定导通时间变频工作，控制电路采用谐振型IC MC34066P。由电流采样闭环反馈控制工作频率变化。
驱动电路采用EXB840驱动块，该驱动块具有隔离驱动、过流检测功能。
3.5 闭环回路
闭环回路见图7。
LM324为采样放大器、基准电压及EA为MC34066P内部提供。取样电阻在电流源输出最大的时候，取出约0.7V电压，经LM324放大以后形成5.1V左右的电压和MC43066P内部提供的基准比较由MC34066P的6脚输出振荡频率控制信号。
电流闭环回路双极-零点的超前补偿。第一相极点压到低频端，两个零点接近滤波器的截止频率、第二个极点设置在高频端。这种补偿方法可满足电路的宽范围调整的需要。
4 HBZCS-QRC 30Khz 1.5kW电流源实际工作状态
采用1:280的电流互感器测得初级工作电流波形图8。
工作指标：
三相输入50Hz 380V±10%时，电流源输出电流在7.5~12.5A连续可调，稳定度优于1%，电流纹波＜5‰，输出≥1.5kW，效率＞83%。
5 结束语
本文介绍的逆变电流源采用了准谐振技术，开关工作频率在33~18kHz。已经应用于多普勒气象雷达发射机上。在实际应用中准谐振技术比一般的SRC显示出更多的优越性。