針對(duì)小型化行波管對(duì)高壓電源的特殊應(yīng)用要求，提出了兩級(jí)式Boos-t 半橋諧振倍壓高壓變換器結(jié)構(gòu)。高壓變換器第二級(jí)半橋電路利用變壓器漏感和開關(guān)管寄生電容進(jìn)行諧振，實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管的軟開關(guān)。通過對(duì)前級(jí)Boost 電路進(jìn)行設(shè)計(jì)以及后級(jí)半橋電路穩(wěn)態(tài)工作原理分析，給出了系統(tǒng)的控制方案，并對(duì)后級(jí)半橋變換器的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件及其與死區(qū)時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了討論與分析。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)波形驗(yàn)證了后級(jí)半橋變換器具有良好的軟開關(guān)特性，驗(yàn)證了理論分析的正確性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明兩級(jí)式高壓電源變換器具有較高的效率。

　　行波管放大器正廣泛應(yīng)用于各類雷達(dá)、通信、導(dǎo)航和電子對(duì)抗等領(lǐng)域中，是當(dāng)前軍事裝備中最重要的核心電子器件之一。高壓電源為行波管的穩(wěn)定工作提供多路輸出電壓，是行波管不可或缺的重要組成部分。

　　高壓電源關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)是分布參數(shù)對(duì)電路的影響，特別是高頻功率變壓器，由于輸出電壓高，變壓器原副邊匝比較大，導(dǎo)致漏感增加，對(duì)電源的穩(wěn)定性和效率都有很大影響。為降低分布參數(shù)的影響，在高頻高壓電源中，諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為最優(yōu)選擇,這樣可以充分利用高頻變壓器和電路的寄生參數(shù)參與諧振，減小寄生參數(shù)造成的影響，還可以利用這些寄生參數(shù)實(shí)現(xiàn)電路主開關(guān)管的軟開關(guān)，減小開關(guān)損耗，有效地提高系統(tǒng)效率。

　　行波管高壓電源的輸入電壓通常有270 VDC、28 VDC 和115 V/ AC/ 400 Hz 三相交流輸入，本文主要對(duì)輸入電壓為270 VDC 的高壓電源進(jìn)行研究。相對(duì)于輸入端，輸出端則要求多路輸出，而且輸出電壓值也高達(dá)千伏，甚至數(shù)千伏。由于輸入電壓與輸出電壓相差懸殊，隔離式變換器成為必須的選擇。當(dāng)前國內(nèi)外行波管高壓電源的研究設(shè)計(jì)通常以單級(jí)結(jié)構(gòu)為主，采用全橋或半橋隔離變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過添加輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。這樣的結(jié)構(gòu)在一定程度上滿足了行波管對(duì)高壓電源的要求,但輔助網(wǎng)絡(luò)增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，降低了可靠性。單級(jí)變換器主要存在以下缺點(diǎn)：首先，帶輔助網(wǎng)絡(luò)的全橋或半橋變換器開關(guān)管一般多于四個(gè)，其工作頻率接近100 kHz。開關(guān)管數(shù)量多，頻率高，將直接導(dǎo)致開關(guān)管損耗增加，系統(tǒng)效率與可靠性降低。其次，在負(fù)載發(fā)生變化或者輕載條件下，會(huì)導(dǎo)致主變換器軟開關(guān)特性急劇變差，電路在短時(shí)間內(nèi)損耗迅速增加，效率降低，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定以及行波管正常工作，甚至?xí)�損壞行波管。最后，單級(jí)隔離變換器要求變壓器的升壓比更高，原副邊匝比更大，這樣導(dǎo)致繞組間耦合不緊密，漏感較大，不利于變壓器設(shè)計(jì)。因此在行波管高壓電源應(yīng)用中，本文提出兩級(jí)式軟開關(guān)諧振倍壓變換器。兩級(jí)變換器前級(jí)采用低頻boost 變換器，后級(jí)采用定頻定寬開環(huán)控制半橋變換器，利用高頻變壓器漏感和開關(guān)管寄生電容進(jìn)行諧振實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，而無需任何輔助網(wǎng)絡(luò)，無論滿載或空載效率還是可靠性方面都優(yōu)于單級(jí)隔離變換器。

1、兩級(jí)式變換器的結(jié)構(gòu)

1.1、拓?fù)溥x擇

　　兩級(jí)式變換器通常是由單級(jí)非隔離變換器與單級(jí)隔離變換器以不同方式級(jí)聯(lián)而成，綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，因此與普通單級(jí)變換器相比有更多優(yōu)異性能。在級(jí)聯(lián)方式上，不同應(yīng)用有不同級(jí)聯(lián)方式，而不同的級(jí)聯(lián)方式也表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。當(dāng)前兩級(jí)變換器從級(jí)聯(lián)方式上總體可以分為兩類：第一類是采用非隔離變換器作為前級(jí)，隔離變換器作為后級(jí)。例如前級(jí)為Buck 或者Boost 基本電路，后級(jí)采用接近50% 占空比的半橋或者全橋LLC，輸出端采用全波或者倍壓整流方式。第二類是采用隔離變換器作為前級(jí)，非隔離變換器作為后級(jí)。例如前級(jí)采用半橋變換器，輸出端同步整流結(jié)構(gòu)，在整流輸出端級(jí)聯(lián)buck 變換器。通過對(duì)比分析可以看出,以上方案主要應(yīng)用于高壓輸入低壓輸出或者低壓輸入低壓輸出場(chǎng)合，對(duì)于高壓小電流應(yīng)用場(chǎng)合顯得明顯不足。

　　在控制方式上，由于兩級(jí)變換器每一級(jí)都可以進(jìn)行控制，因此控制方式有多種選擇，針對(duì)不同應(yīng)用可以選擇控制前級(jí)或者控制后級(jí)，也可以選擇兩級(jí)同時(shí)控制。當(dāng)前兩級(jí)變換器電路結(jié)構(gòu)以單級(jí)控制為主，通常采用后級(jí)輸出電壓作為反饋信號(hào)來控制前級(jí)，而后級(jí)采用開環(huán)控制。

　　由于行波管是一種特殊的真空電子器件，對(duì)供電電源要求較高，采用單級(jí)變換器和常用的兩級(jí)式變換器的普通電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。依據(jù)DC/DC 變換器拓?fù)浠�本篩選標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮輸入輸出電壓級(jí)差以及系統(tǒng)效率，本文采用Boost- 半橋諧振倍壓變換器。變換器通過前級(jí)Boost 電路將輸入電壓進(jìn)行一次提升，提升后電壓作為后級(jí)半橋輸入電壓; 后級(jí)半橋變換器通過隔離變壓器對(duì)電壓進(jìn)行二次提升; 變壓器次級(jí)輸出端采用倍壓整流電路結(jié)構(gòu)對(duì)電壓進(jìn)行三次提升。次級(jí)采用倍壓整流電路結(jié)構(gòu)，提高了輸出電壓，減輕了變壓器變比壓力。由于倍壓整流電路可以成倍提升電路輸出電壓，所以可以通過使用多級(jí)倍壓整流單元，使用常規(guī)耐壓要求的整流濾波器件就可以得到高壓輸出。主變換器通過三次電壓提升后很容易實(shí)現(xiàn)低壓到高壓的轉(zhuǎn)換，解決了輸入輸出電壓級(jí)差大的難題，非常適合輸入輸出電壓相差懸殊的應(yīng)用場(chǎng)合，例如真空電子器件，醫(yī)療，靜電除塵等領(lǐng)域。

1.2、基本組成

　　Boos-t 半橋諧振倍壓變換器主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由三部分組成。其中：L b 為前級(jí)Boost 變換器的儲(chǔ)能電感，Sb 為功率開關(guān)管，Db 為整流二極管，Cb 為濾波電容; C h1、C h2 為半橋變換器橋臂電容，兩電容容值相等，S1、S 2 為半橋橋臂主功率開關(guān)管，Lr 為變壓器漏感與外加電感之和，Cr 為變壓器原邊寄生電容以及副邊繞組折算到原邊的寄生電容之和。二極管D1、D2 和電容C1、C2 組成倍壓整流電路結(jié)構(gòu)。

圖1 Boos-t 半橋諧振倍壓變換器

結(jié)論

　　本文研究了一種新型Boos-t 半橋諧振倍壓變換器，該兩級(jí)變換器通過Boost 級(jí)，變壓器，倍壓整流三部分，實(shí)現(xiàn)了三級(jí)升壓，很好地解決了輸入輸出電壓級(jí)差大的難題。變換器利用隔離變壓器漏感以及開關(guān)管寄生電容參與諧振，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的軟開關(guān)。在輸出端采用倍壓整流電路結(jié)構(gòu)，解決了常規(guī)變換器高壓輸出端需要高耐壓等級(jí)電容的限制，降低了電路設(shè)計(jì)成本，減小了設(shè)計(jì)難度。文章重點(diǎn)對(duì)半橋變換器穩(wěn)態(tài)工作過程進(jìn)行了分析，詳細(xì)地闡述了半橋電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)條件及其與死區(qū)時(shí)間的關(guān)系。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了半橋變換器具有良好的軟開關(guān)特性，測(cè)試數(shù)據(jù)表明單級(jí)半橋變換器與兩級(jí)變換器都具有較高效率，能夠很好地滿足小型化行波管對(duì)高壓電源的需求。