在脈衝功率技術領域，對初級儲能電容常見的充電方式有恒壓充電和恒流充電兩種方式。前者基於大體積的工頻變壓器實現，常采用充電電阻限製充電功率，充電電阻消耗的能量為50 %。後者多采用全橋丝瓜视频不看不行充電電路， 以"等台階" 升壓方式實現對電容的恒流充電，具有體積小、效率高、功率密度大、適合寬範圍變化的負載等優點，是較為理想的電容充電電源。

　　構成全橋丝瓜视频不看不行充電電源的主要單元有:諧振電感和電容、功率器件、脈衝變壓器。本文通過數值計算和模擬兩種方法確定了這些單元參數的設計， 並基於Pspice 電路仿真軟件對設計的全橋丝瓜视频不看不行充電電源進行了全電路模擬。

　　一、電路設計

　　全橋丝瓜视频不看不行充電電源由直流電源V，逆變開關S1-S4，諧振電容Cs和電感Ls變壓器TX，高壓整流橋D-D4，負載電容CL等組成，如圖1 所示。　　

圖1 丝瓜视频不看不行充電電路原理

　　充電過程中，兩組逆變開關S1，S4和S2，S3交替導通，完成一個開關周期。一個開關周期又可分為2個諧振周期，並根據逆變開關和高壓整流二極管的導通情況分為4種工作模式，如圖2所示。設計要達到的目標是對110nF容值的負載電容充電至30kV，充電重複頻率1kHzo 逆變開關采用單隻1GBT或其組件，從現有商業IGBT 器件的經濟性山發，逆變諧振E 頻設計為33 kHz 。初級儲能電容Co 充電電斥為1 kV。　　

圖2 丝瓜视频不看不行充電的初級電流波形

　　1.1 諧振電路設計

　　調諧電容和諧振電感的計算分別如下:　　

　　式中，C8調諧電容;n：脈衝變壓器變比;Cl：負載咆容;△Ul：每次放電負載電容電壓降低值;Uo:初級儲能電容充電電壓;fr:充電重複頻率;f:諧振頻率;Ls:諧振電感。

　　考慮到充電回賂的電壓效率損失，在設計時令初級充電電壓U0=1.2kv，每次放電△Ul=30kV。則計算出C8=625nF;Ls=37μH;

　　1.2 功率器件設計

　　計算出通過IGBT紐件的最大諧振電流和半均電流為:　　

　　使用參數掃描的方法，先假定忽略次級漏感， 令勵磁電感的值分別為:10μH，100μH，1mH ,lOmH，模擬結果如閣4所示。

圖4 不同勵磁電感的輸出波形

　　從圖可見， 當勵磁電感值為1mH,10mH 時，輸出電壓波形結果一致， 而勵磁電感為10μH時，輸山電壓明顯較低，說明勵磁電感10μH 時使用器次級輸出的脈寬和平頂度均不能滿足要求。進一步模擬表明本設計所用交ffi器的勵磁電感值不低於200μH 就可滿足要求。對於磁芯變壓器，該條件Z. 諧振回路阻抗。則:Z=7.69Ω;Lmax=312A;Lavg=99.4A 。即選用的TGRT 其耐照不應低丁1.2kV，峰值電流不低T300A。

　　每一個升關周期，負載電容升壓為:

　　計算出每個開關周期的△Ue=1.8kv，即總共需要17個開關周期才能將負載電容充至30kV。

　　每個諧振周期為:

T=2π√LsICs=30.2μs

　　則17 個開關周期的時間約為: 17x2T=1.03 rns ，則充電周期接近1kHz，滿足設計要求。

　　1.3 脈衝變壓器設計

　　脈衝變壓器設計中，需要考慮的參數主要是：伏秒數，勵磁電感，漏感，耐壓，功率。在本設計中，由於變壓器初級輸入電壓為1.2kV，次級期望輸出電壓達到36kV，因此，變比設計為30。

　　在充電過和中，負載電容實質是一個變阻抗負載，隨著充電電壓增加，其阻抗不斷降低， 國此，變壓器達到最大伏秒數成該在充電的後期。因此，伏秒數為:

　　VoT=1.2kx30.2μs=36.24mV.s

　　在實際設計中，考慮一定裕量，伏秒數取45mv.s。

　　向於負載阻抗不斷變化，很難獲得勵磁電感和漏感計算的解析表達式，可采用數值模擬方法。忽略初次級繞組電阻.脈衝變壓器以勵磁電感和漏感等效，則全橋丝瓜视频不看不行充電電源的等效電路如圖3 所示， 其中L4為勵磁電感;L3為折算後的次級漏感，其值為次級漏感的1/n2;C4為折算後的負載電容，其值為負載電容的n2，n=30。

網3 諧振充電等效電路

　　1.4 散熱設計

　　脈衝變壓器的峰俏功率為:

　　Pmax=2UoUout/(nπZ)

　　據此，計算獲得Pmax=116kW。平均功率在為:

　　Pavg=Uo(2Uout-△Ul)/(nπZ)

　　據此，計算Pavg=66 kW，但考慮到脈衝變器工作時間短，僅幾個ms，因此，變壓器可不設計額外的散熱裝置。

　　二、電路仿真

　　根據以上設計參數，獲得全電路以及仿真結果，分別如圖5，6。

　　根據模擬結果，電流諧振周期約30.2μs，每個開關周期負載電壓增量接近1.8 kV，則經曆34個諧振周期，即1.03ms後可完成對負載電容的充電與設計預期一致。在對110nF負載電容充電時，輸出電壓為等台階，每個驅動電流半周期產生一個幅值1.8kV台階。

圖5 設計的全橋丝瓜视频不看不行充電電源

圖6 全電路仿真結果

　　三、結論

　　全橋諧振充電電源的諧振電感和電容決定諧振頻率，功率開關的耐壓和電流決定該器件的型號，脈衝變壓器決定諧振功率脈衝高效率且低崎變地向負載傳輸，勵磁電感和伏秒數是該脈衝變壓器的最關鍵參數，脈衝峰值功率和平均功率參數決定散熱係統設計。結合數值計算和模擬的方法陰開展了全橋諧振充電電源的理論設計:定了諧振回路的參數和脈衝變壓器電感值， 全電路仿真驗證了設計的合理性，為該電源下一步實驗工作奠定了基礎。