微波有源技术产品中最有代表性的一类产品就是固态功率放大器,其具有放大微波信号的功率,控制其增益和相位等功能,是数传通信和雷达等系统的关键设备之一。固态放大器的输出功率、效率主要取决于功率合成放大器,随着第3代宽禁带半导体材料的发展,新一代的氮化镓微波功率场效应晶体管常作为核心微波功率放大器件,氮化镓功率器件具有输出功率大,工作频率高,功率附加效率高等优点。固态功率放大器单机的效率是微波输出与输入功率的差值与单机耗散功率之比,其中单机耗散功率为放大器件的功耗除以电源的效率,一般来说放大器件的功耗是固定的,由此可以看出要实现高效的固态功率放大器,高效率的电源是其中的重要一环。作为星载载荷的固态功率放大器,配套电源具备高可靠性,高可靠性是指要求电源在高温70℃、低温-35℃、加速度12g等条件下能稳定工作,性能正常。目前国内外满足高可靠性、太空环境要求的电源模块的厂家,主要有Interpoint、VPT、IR、GAIA、24所、43所、771所。各厂家的高可靠性电源模块主要采用反激或正激变换器,反激和正激变换器电路简单可靠,元器件使用少,但变压器利用率不高,占空比不高,开关管处于硬开关状态,因此电源效率不是很高。各厂家的电源模块功率从5W到120W,效率在80%左右,比如Interpoint的SMFLHP型100W系列模块的最高效率为86%。选用这样的电源模块作为固态功率放大器电源,不能达到高效固态功率放大器的需求,本文所设计的高效固态功率放大器电源在额定工作时效率不小于90%。因此高效固态功率放大器电源首先要解决的问题就是选择合适的电源拓扑既能做到高可靠性又能达到高效率的要求。近年来软开关技术的发展,能够有效减小开关管的开关损耗,提高电源效率。现常用具备软开关条件的电源拓扑有移相全桥、LLC谐振和有源箝位正激。前两者效率能比后者做得更高,但从可靠性考虑,前两种全桥电路复杂,元器件多,且在太空环境下,开关管可能受到干扰发生直通现象,造成输入的短路。而有源箝位正激只是在正激的基础上加入箝位管和箝位电容两个元器件,并联于变压器初级或开关管两端,电路简单可靠,元器件更易管控,更容易做到高可靠性。相对于上述厂家高可靠性电源模块采用的反激、正激变换器,有源箝位正激具有以下优点:（1）利用有源箝位技术实现变压器的复位,减小漏感尖峰电压;（2）将开关管箝至某一电压值,降低开关管的电压应力;（3）占空比能够超过50%,而反激、正激变换器的占空比在50%以内;（4）重复循环利用励磁电感和漏感的能量,实现开关管的零电压导通。这些优点使得有源箝位正激在提高效率方面更占优势,而由于保密以及技术资料的不公开,没有这方面研发的现有资料。鉴于此,本文自主研发了基于有源箝位正激拓扑的一款开关电源。本文所设计的固态功率放大器电源最高效率达到91.5%,相比于模块电源的80%左右,有效地提高了效率。有源箝位正激通过箝位管、箝位电容对变压器复位变压器,变压器在第一、第三象限工作,以此达到磁芯的高效利用,使得变压器不会饱和,相对于传统正激电路为了防止变压器饱和其占空比不能超过50%而言,有源箝位正激可以将占空比提高到50%～70%。同时可以对变压器的反向电压进行箝位,防止开关管被击穿。有源箝位正激可以重复利用励磁电感和漏感的能量,使其与开关管的寄生电容谐振,实现主开关管的零电压导通,实现软开关。有源箝位正激的这些特点有助于提高电源效率,其中主开关管零电压导通对效率的提高起主要作用。但是有源箝位正激中主开关管零电压导通是有条件的,即在箝位管关断和主开关管导通前的这段死区时间内,两个管子的寄生电容与励磁电感发生谐振,当主管的漏源电压下降到输入电压时,变压器的磁芯完成了磁复位。在接下来的时间内,如果励磁电流足够大,不仅能提供负载电流,还能帮助箝位管寄生电容和主开关管寄生电容的充放电,就能使主管的漏源电压谐振到零,从而实现主开关管的零电压导通。反之,如果励磁电流不够大,就不能实现零电压导通。本文在设计时根据理论计算选型后的参数,利用Saber软件进行仿真,根据仿真情况对各参数进行优化,可以实现软开关。但由于变压器制造过程中存在误差和线路寄生电感、电容的影响,从实验结果来看,主开关管没有完全地实现零电压导通。虽然主开关管没有在零电压的状态下导通,但相对于硬开关,其开关损耗已有效地降低,对效率的提高还是很有帮助的。本文在设计过程中,还对下面两个方面进行了优化:（1）提高电源环路的稳定性。本文采用电流型控制模式,其采集输出电感的电流波形,形成一个内部的电流反馈环。外部存在一个电压环,其与电感电流比较后控制占空比的输出。电流控制模式将电感隐藏在内环内,将输出滤波器的两个极点转换成一个单一的更低频率的主极点,一个接近或超过系统带宽的更高频率的极点,使补偿网络的设计变得容易,有利于环路的稳定性设计。根据环路设计计算后的参数,利用Mathcad软件得到电源的环路波特图。根据波特图,系统在开环截止频率处的相位裕度为67°,远超稳定准则45°的要求,对电源进行长时间的老练,电源能够稳定工作。（2）提供固态功率放大器一路-5V电源,其功率较小,采用反激电路产生。这个负压是微波功率放大管的栅压,其控制放大管的导通和截止,且其上电时间要先于放大管的漏源电压,即正压。这是由氮化镓微波功率放大管的特性决定的,如果没有按照上述负压、正压的先后上电,放大管就会损坏。因此本文采用负压控制正压控制芯片的电源来达到时间上的先后,即有了负压后正压控制芯片才能正常工作,正压才能正常输出。最后,利用Saber软件对电源进行建模仿真,对仿真波形进行了分析,验证了理论设计的正确性。样机完成后,对电源进行了综合测试和实验,在电源功率（200W）、电压准确度（优于1%）、效率（额定工作时大于90%）等主要性能指标满足高效固态功率放大器对电源的要求。