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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics 2026年issue1推送（第6期/第15期）。本期推送精选了10篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换器、高频磁元件建模与设计、新型半导体器件特性分析、无线充电系统、微电网稳定性评估、FPGA加速实时仿真等前沿方向。这些研究涵盖了从器件物理、电路拓扑创新到系统级分析与控制的关键技术，旨在提升电力电子系统的效率、功率密度、可靠性与智能化水平。以上研究对工程化滤波器设计、高增益变换器实现、高功率无线传输与微电网安全运行具有直接指导意义与应用价值。
本期目录
📖 第1篇：基于麦克斯韦方程的频变电感模型与场路等效原理
📖 第2篇：无反向恢复问题的全软开关超高增益二次型变换器
📖 第3篇：采用单开关可控三倍步进移相电抗器的12脉波整流器谐波抑制技术
📖 第4篇：基于FPGA加速动态连接神经网络的电力电子变换器高保真实时仿真
📖 第5篇：面向非理想反电动势井下无刷直流电机的高精度无传感器换相误差补偿
📖 第6篇：基于逆耦合电流倍增整流器的IPT系统阻抗分析与补偿方法
📖 第7篇：硅基氮化镓单片半桥功率集成电路中动态导通电阻的原位测量与物理机制
📖 第8篇：基于网络振荡器方法的孤岛微电网大信号稳定性评估：混合型逆变器
📖 第9篇：面向大电流垂直供电电压调节器的低剖面电感设计
📖 第10篇：基于三尖星磁芯结构的三相Buck变换器磁集成技术研究
📖 第1篇
📌 基于麦克斯韦方程的频变电感模型与场路等效原理
Frequency-Dependent Inductance Model and Field-Circuit Equivalence Principle Based on Maxwell’s Equations
作者：Qingshou Yang，Laili Wang，Yan Wang，Xiaobo Dong，Zaojun Ma，Qi Zhou
本文面向电力电子滤波器与高频电磁干扰抑制场景，明确指出传统基于准静态磁场的电感建模在高频下的局限，提出了完整的从物理场到集总电路的等效流程。研究采用基于麦克斯韦方程的频变电感模型作为理论基础，通过假设与边界条件将三维问题降为二维横向场简化，并结合频域形式的安培定律与法拉第定律建立控制方程。文中揭示了电感谐振的关键机理，指出第一谐振频率受磁芯横截面、相对磁导率与介电常数实部支配，而非绕组匝数，这一结论改变了传统设计时对线圈匝数的关注点。
在实现层面，作者将电磁与静电场解耦，构建等效集总电路，详细说明了模型求解的频域步骤、近似条件与边界处理。针对模型数值实现，文中列举了用于比对的全波三维仿真设置与参数选择，并讨论了计算效率与精度的权衡。关键实现上，论文强调了横截面尺寸量化与介电常数实部建模两项约束对预测精度的影响，并给出在不同频率区间的适配策略，便于工程师将场解映射到电路元件参数。
实验验证部分使用多种磁芯材料（如MnZn 3C95、TDK T37、VITROPERM 500F）与相同几何参数的情况下，对比模型预测与全波仿真，结果显示模型在整个频率范围内与三维仿真误差显著降低，计算时间缩短数倍。关键数据包括：在典型滤波器频段内阻抗预测误差低于10%（若以RMSE衡量），模型收敛速度较三维仿真快数倍，工程结论表明该方法可用于高频滤波器磁芯选型与电感设计，并能在EMI抑制设计中提供物理层面的决策依据。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11143866
📖 第2篇
📌 无反向恢复问题的全软开关超高增益二次型变换器
Fully Soft Switched Ultra-High Step-Up Quadratic Converter Without Reverse Recovery Issue
作者：Shirzad Gholami，Meysam Rezayat，Hosein Farzanehfard
本文面向需要超高电压增益的应用（如光伏逆变/电动车高压链路），提出了一种将耦合电感、电压倍增与二次拓扑有机结合的二次型超高增益拓扑。研究明确了设计目标：在保持输入电流连续与共地结构的同时，实现全工况软开关并消除二极管反向恢复引起的损耗与EMI。文章给出模块化的系统框架：主开关、有源钳位、耦合电感和电压倍增单元之间的能量与波形传递关系，指出了与传统级联或变压器倍压方案在开关应力与元件数上的区别。
在实现细节上，作者描述了有源钳位的能量回收路径、耦合电感的漏感利用以及对主/辅助开关的零电压/零电流开通条件的设计方法。文中给出关键的电路参数设计指南，并讨论了对峰值漏感、钳位电容与开关时序的敏感性。关键实现要点为有源钳位时序与耦合电感漏感设计，这两项直接影响软开关窗口与系统效率。
作者制作了48V→650V、200W的实验样机进行验证，关键数据说明该拓扑在满载时效率达96.71%，且所有开关在全负载范围实现零电压/零电流开通及零电压关断，二极管实现零电流关断，从而消除反向恢复损耗。样机测试还表明，与同类高增益方案相比，该拓扑元件数量更少、电压应力更低、功率密度更高，适合光伏、燃料电池与电动汽车等高增益场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11134595
📖 第3篇
📌 采用单开关可控三倍步进移相电抗器的12脉波整流器谐波抑制技术
Harmonic Reduction for 12-Pulse Rectifiers Using a Single-Switch Controllable Step-Tripling Interphase Reactor
作者：Jingfang Wang，Hongwei Zhang，Bing Gong，Chenwei Ma，Qingxiao Du，Qiming Chen
本文针对工业大功率场合（如船舶推进与制氢）中12脉波整流器输入THD偏高的问题，提出了基于SSCST-IPR（单开关可控三倍步进移相电抗器）的方案。整体框架是在直流侧加入一套由单个MOSFET、三个辅助二极管及带次级绕组的移相电抗器，配合整流桥与控制策略，将直流侧电流调制为三电平输出，从而实现交流侧阶梯数从12步提升至36步。该方法在拓扑上与传统增绕组或无源倍脉方案相比，显著减少了成本与复杂度。
实现部分详细说明了开关调制逻辑、导通角设计与匝比优化。关键实现要点包括开关导通角（π/36）调节与次级匝比（0.655）选择，两者共同决定阶梯数与THD性能。论文还分析了辅助电路开关容量（仅为输出功率的3.63%）对系统效率与热耗的影响，给出了工程实现中的并联/散热建议。
实验样机为3.1kW系统，结果显示输入电流THD由原先的11.8%降低至2.3%，输出电压纹波峰值从20.8V降至17.1V。在宽负载范围内（包含轻载），通过优化导通角与匝比，系统THD可保持低于4%。工程结论为：该拓扑在保证高阶波抑制的同时，兼具结构简洁与低成本优势，适合在高功率工业场景推广。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11162593
📖 第4篇
📌 基于FPGA加速动态连接神经网络的电力电子变换器高保真实时仿真
High-Fidelity Real-Time Simulation of Power Electronics Converters via FPGA-Accelerated Dynamic Connectionist Neural Network
作者：Haowen Weng，Zixiang Liao，Yinbin Chen，Can Wang
针对电力电子器件瞬态建模在实时仿真中的精度与计算资源矛盾，本文提出了一种基于动态连接神经网络（DCNN）的建模方法，并将其在FPGA上并行流水线部署以实现高保真实时仿真。研究架构包含离线物理仿真数据集生成、网络训练与量化，以及在FPGA上的部署流程，目标是既保留开关瞬态细节又显著降低硬件资源占用。
实现细节涵盖时间节点耦合结构、动态神经元调整策略与量化部署。作者说明了训练流程、损失函数与正则化策略，并给出关键超参与实现要点：包括时间节点耦合结构、动态神经元分配与优化器设置（作者采用自适应一阶优化器并逐步降低学习率以稳定收敛）。此外，文中对FPGA资源（DSP48s、BRAM）与流水线延迟进行了详细说明，便于工程部署评估。
实验在双向Buck-Boost与三相逆变器案例上验证，模型仅用47个DSP48s资源即可实现5ns时间分辨率，绝大多数工况下相对均方根误差低于2%。该方法在保持高精度的同时，将仿真时延与硬件成本显著降低，适合用于实时控制器硬件在环（HIL）与电磁兼容评估的工程化场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11108962
📖 第5篇
📌 面向非理想反电动势井下无刷直流电机的高精度无传感器换相误差补偿
High-Precision Sensorless Commutation Error Compensation for Downhole BLDC Motors With Nonideal Back EMF
作者：Haitao Qiu，Shaohua Chen，Kun Wang
针对井下等恶劣环境中BLDC电机反电动势（back EMF）畸变严重导致的传统无传感器换相失效问题，本文提出了基于磁链函数积分偏差的闭环无传感器换相补偿策略。文章首先分析了气隙磁通不均、永磁体拼接等结构对EMF波形的影响机制，然后将换相估算问题转为对磁链G(θ)的积分面积偏差监测，从而减小对瞬时幅值的依赖，提高鲁棒性。
实现要点包括同步采样以避免异步误差、基于PWM周期的定点采样避噪、以及在线温度补偿以应对参数漂移。作者采用了基于BP神经网络的自适应PID控制器来根据积分偏差动态调节换相参数；另有温度传感器标定与参数在线修正机制以保证长期稳定性。
在专用井下BLDC测试台上，作者在存在负载突变与参数漂移（绕组电阻、电感±30%）条件下验证，最大换相误差被限制在约3°以内（传统方法可达9°），相电流THD降低，控制稳定性与效率明显提升。论文结论表明该方法在深井钻探、电动汽车与无人机等受扰动场景下具有良好的工程应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11162684
📖 第6篇
📌 基于逆耦合电流倍增整流器的IPT系统阻抗分析与补偿方法
Impedance Analysis and Compensation Method for IPT System Applying Inverse Coupled Current Doubler Rectifier
作者：Jian Cui，Yijie Wang，Tao Li，Jianwei Mai，Dianguo Xu
本文研究感应电能传输（IPT）系统中将逆耦合电流倍增整流器（ICCDR）与LCC补偿拓扑级联时出现的阻抗耦合与断续导通问题。作者通过分析整流二极管在临界状态下的电流行为，建立了判断ICCDR能否维持连续导通模式（CCM）边界准则，并在此基础上展开精确的等效输入阻抗建模，揭示了影响恒定电流输出的根本因素。
方法实现上，作者结合模态分析与基波谐波分析（FHA）推导了ICCDR的阻感性输入阻抗模型，并提出通过调整次级串联谐振电容將等效输入电感并入补偿拓扑的LCC-LCC补偿策略，以实现系统的零相位角(ZPA)运行与逆变器软开关。
实验样机为20A、1.66kW输出，结果表明采用所提补偿后，在8:1负载变化范围内输出电流波动控制在±2%以内（对比传统方法最大衰减14.2%），系统在全负载下实现ZPA与软开关，最高效率达92.1%。该研究为高电流输出无线充电系统的阻抗匹配与稳定性设计提供了可操作的工程方法。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124331
📖 第7篇
📌 硅基氮化镓单片半桥功率集成电路中动态导通电阻的原位测量与物理机制
In Situ Measurement and Physical Mechanism of Dynamic RON in GaN-on-Si Monolithic Half-Bridge Power IC
作者：Xin Yang，Hongchang Cui，Zineng Yang，Matthew Porter，Bin Lu，Yuhao Zhang
本文聚焦硅基氮化镓（GaN-on-Si）单片半桥器件在真实开关条件下的动态导通电阻（dynamic RON）行为。作者指出传统脉冲偏压测量无法反映实际硬开关工况下高侧器件因背栅效应与开关应力耦合产生的退化，提出了在稳态硬开关条件下的原位提取方法，用于更真实地评估器件在变换器内的性能。
在实现与验证方面，作者构建了基于单片半桥与分立器件的两套降压变换器，设计高侧硬开启、低侧零电压开关的测试工况，从系统效率与损耗角度量化动态RON的影响。关键测量发现为原位测得的动态RON几乎是脉冲法值的两倍，表明背栅电荷累积与瞬态硬开关应力存在协同退化机制。
物理分析结合实验与模拟揭示：背栅效应引起的负电荷积累增强了沟道附近垂直电场，促使表面载流子捕获增加，进而放大了动态RON退化。这一结果对GaN-on-Si功率IC的可靠性评估、封装与散热设计、以及驱动/时序优化均具有重要意义，提示在器件选型和系统设计中必须采用真实开关条件下的评估方法。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11143823
📖 第8篇
📌 基于网络振荡器方法的孤岛微电网大信号稳定性评估：适用于混合型并网与构网逆变器
Large-Signal Stability Assessment for Islanded MGs With a Mix of Grid-Following and Grid-Forming Inverters: A Networked Oscillators-Based Approach
作者：Shu Gao，Hanbin Dang，Lei Wang，Yuhua Du，Xiaonan Gao，Hongjian Lin，Yigeng Huangfu
在高渗透率可再生能源下，孤岛微电网中同时存在构网型（GFM）与并网型（GFL）逆变器成为常态，传统小信号分析难以覆盖大扰动与非线性耦合。本文提出将混合微电网等效为耦合网络振荡器，其中GFM逆变器等效为Kuramoto振荡器，而GFL逆变器被建模为带相位锁定环與功率外环的异质振荡器，从同步动力学视角研究大信号稳定性。
方法实现上，作者推导了系统的频率稳定域，并提出了解析稳定性判据，给出面向一般拓扑的建模流程與耦合矩阵构造规则。关键实现要点包括振荡器耦合强度量化与相位锁定环动态等效，这使得方法既具有解析可处理性，又可用于工程规模系统的可扩展分析。
在C-HIL硬件在环平台上对含4个分布式单元的孤岛混合微电网进行了测试，等效模型与详细模型的最大建模误差控制在3%以内。实验证明所提稳定性评估可有效预测在故障扰动下的同步稳定性，为工程上混合型微电网的安全运行与控制器参数设计提供了有力工具。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11147186
📖 第9篇
📌 面向大电流垂直供电电压调节器的低剖面电感设计
Low-Profile Inductor Design for High-Current Vertical Power Delivery Voltage Regulators
作者：Ruibo Cao，Jian Song，Xiangan You，Fengze Hou，Na Yan，Qidong Wang，Liqiang Cao
面对垂直供电（VPD）体系对超薄VRM的需求，本文提出了一种考虑非均匀磁通与气隙影响的低剖面电感设计方法，建立了电感值与磁芯三维几何尺寸的显式映射关系。方法将气隙磁阻分解为内边缘、外边缘和中心气隙三个并联分量，从而更精确地反映边缘效应与磁通分布不均对电感与损耗的影响。
设计实现方面，作者比较了横向磁通与垂直磁通结构的电感密度与剖面高度折衷关系，给出在给定占板面积下各自的最优结构选择准则。关键实现要点包括气隙磁阻分解與非均匀磁通建模，并提供与有限元分析（FEA）对比验证的方法学。
基于该方法，作者制造了采用TP5H材料的两相负耦合垂直磁通电感，尺寸为9.0×6.4×2.2 mm，实测稳态电感57 nH、瞬态32 nH，可支持110A连续电流，实现了1.9 A/mm²的电流密度。长期运行温升测试表明在110A下温度约64°C，满足工程可靠性要求。结论指出该方法可显著推进垂直供电架构下超薄VRM的实现。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11122386
📖 第10篇
📌 基于三尖星磁芯结构的三相Buck变换器磁集成技术研究
Magnetic Integration of Three-Phase Buck Converter With Three-Pointed Star Core Geometry
作者：Zhe Zhang，Jie Jin，Chao Liu，Yu Tang
随着平面磁性元件在高频高功率密度变换器中的应用，本文提出基于三尖星磁芯的磁集成设计方法，面向三相交错并联Buck变换器优化电感耦合与损耗。作者系统分析了气隙位置对边缘磁通與PCB绕组涡流损耗的影响，并提出通过气隙布置优化来抑制边缘效应。
在绕组布局方面，文中提出了改良的三明治型绕组配置，通过调整层间顺序提高磁耦合系数，实验表明最优配置下耦合系数可达0.162（接近理论0.21）。关键实现点為气隙位置优化與层间绕组排列，以在高频条件下兼顾铜损與铁损。
作者制作了2kW三相交错并联Buck原型，实测在133V输入时峰值效率达98.3%。热成像显示PCB绕组最高51.5°C、磁芯36.5°C，表明温升受控且热分布合理。论文结论是：三尖星磁芯结合优化绕组布局能够在高功率密度变换器中显著降低损耗并提升耦合，适用于下一代高频高密度电力电子系统。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11134037
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