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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics 2025年issue11文章推送（第9期/共12期）。本期共包含10篇研究论文，聚焦于电力电子变换器拓扑创新、电机驱动控制策略优化、高频功率调制技术以及新能源系统安全保护等前沿领域，涵盖了从四桥臂逆变器容错控制、GaN开关电源EMI抑制到模块化多电平直流变压器设计等关键技术突破。
本期目录
📖 第1篇：四桥臂逆变器驱动永磁同步电机的无诊断自容错方案研究
📖 第2篇：具有自动相位对齐EMI自适应自消除和误码率感知扩频调制的GaN开关电源IC设计
📖 第3篇：基于耦合电感ZVS并联逆变器的电流应力最优混合VSFPWM控制策略研究
📖 第4篇：机器学习与电流调制协同实现模块级光伏系统直流串联电弧故障检测与熄灭
📖 第5篇：三相永磁同步电机最小传感器控制策略研究
📖 第6篇：基于障碍函数的复合自适应超螺旋滑模控制及其在电动飞机永磁电机驱动中的应用
📖 第7篇：基于电阻调节网络的宽带高频功率调制技术
📖 第8篇：用于中压直流配电网的具有交错降压集成和宽电压范围的支路共享模块化多电平直流变压器
📖 第9篇：三相交移调制双有源桥变换器的零电压开关解析闭式边界
📖 第10篇：L2C2谐振变换器：元件精简与宽增益范围的创新设计
📖 第1篇
📌 四桥臂逆变器驱动永磁同步电机的无诊断自容错方案研究
Diagnosis-Free Self-Tolerant Scheme for Four-Leg Inverter Fed PMSM Drives With Open-Circuit Faults
作者：Minrui Gu，Zheng Wang，Zhiwei Li，Yinzhen Shen
针对高可靠性应用场景中对电机驱动系统的严苛要求，本文提出了一种适用于四桥臂逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)的无诊断自容错控制方案，有效解决了开路故障下的转矩波动问题。传统三相四桥臂(TPFL)逆变器通过增加一个额外桥臂，在故障条件下提供冗余电流路径，但其容错运行通常需要复杂的故障诊断和参考电流重构过程，存在误诊风险和转矩扰动，可能对设备造成损害。
研究团队首次揭示了开路故障下d/q轴电流控制器与零序电流控制器间的目标不兼容性是根本原因。基于此，创新性地在零序电流控制路径中设计了特征频率陷波滤波器，并采用比例-积分-谐振(PIR)控制器实现正常与故障运行条件兼容。
该方案核心优势：无需故障诊断即可实现自容错运行，避免误诊风险和转矩扰动；通过频率选择性控制自然适应故障，无需重新配置电流参考值；对开相与开关故障均有良好容错性能。实验显示，系统在1000r/min和500r/min条件下故障发生后能快速恢复稳定运行且转矩波动有效抑制。
此研究为高可靠性电机驱动系统提供了新颖容错控制思路，特别适用于航天电气系统和电气化运输等领域，具有重要工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11071874
📖 第2篇
📌 具有自动相位对齐EMI自适应自消除和误码率感知扩频调制的GaN开关电源IC设计
Design of GaN Switching Power IC With Auto-Phase-Aligned EMI Adaptive Self-Cancellation and BER-Conscious Spread Spectrum Modulation
作者：Lixiong Du，D. Brian Ma
针对电动汽车自动驾驶中日益严峻的电磁干扰(EMI)问题，本文开发了一种片上EMI自适应自消除(ASC)技术，集成了自动相位对齐控制机制，显著提升效率。
设计基于180nm BCD工艺的GaN开关电源转换器IC，芯片面积1.3mm²，工作频率2.2MHz，应对更严苛的di/dt和dv/dt挑战。核心模块包括ASC控制器和误码率感知扩频调制(SSM)技术。
ASC通过辅助功率级产生与主功率级相反纹波实现自适应消除，并利用自动相位对齐确保同步，解决了工艺变化带来的延迟失配问题；SSM通过调节开关频率fSW扩展EMI能量分布，但限制频率范围在10%以内，保障通信安全。
实验结果显示，ASC在输入电压变化150%、输出电压变化200%条件下有效；单独使用实现最大9.5dB EMI降低，与SSM协同总降幅达16.5dB，满足汽车CISPR25 Class 5标准。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11061793
📖 第3篇
📌 基于耦合电感ZVS并联逆变器的电流应力最优混合VSFPWM控制策略研究
Current Stress Optimal Hybrid-VSFPWM of ZVS Paralleled Inverters With Coupled Inductors for AC Motor Drive
作者：Xiaoming Fu，Dehong Zhou，Xin Liu，Jianxiao Zou，Zewei Shen
本文针对采用耦合电感的并联逆变器与零电压开关(ZVS)控制在交流电机驱动中的应用挑战，提出了一种创新的混合VSFPWM控制策略，解决了关键频率冲突导致的电流应力增大问题。
该策略将180°交错PWM方法与环流纹波预测模型结合，通过采样基波电流与预测纹波叠加重构相臂电流轨迹，并推导出优化的动态零序注入信号，融合连续与断续PWM缓解频率冲突。
实验与理论表明，混合VSFPWM在全工作范围内优化了ZVS控制，实现了电流应力最小化。与传统SVPWM和DPWM相比，将峰值电流从9.35倍和4.89倍降至3.49倍额定电流，显著提升功率利用率。
效率测试显示新方案在额定工况及功率因数0.6非理想条件下均有明显优势。该研究为宽禁带器件在高频电力电子系统中的应用提供技术支撑，提升系统可靠性并减少散热需求，助力高功率密度驱动发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10959040
📖 第4篇
📌 机器学习与电流调制协同实现模块级光伏系统直流串联电弧故障检测与熄灭
Coordination of Machine Learning and Current Modulation for DC Series Arc Fault Detection and Extinguishing for Module-Level PV Systems
作者：Byungki Kim，Wan Kim，Minseo Jeon，Sung-Geun Song，Hwa-Pyeong Park
针对光伏系统安全可靠性问题，本文提出一种结合机器学习与电流调制的新型直流串联电弧故障检测与熄灭方法，提升检测准确率并减少误判。
采用随机森林（RF）模型分析光伏板电压和电流的直流与交流特性，能够精准区分正常状态与电弧失效。实验中模型在1000组测试数据中达到99.7%分类准确率。
采用双重筛选机制：先通过机器学习做初步识别，后通过降低电流触发的电流调制验证电弧故障（利用负阻特性），显著减少误触发，保证发电效率最大化。
基于800W非反相升降压转换器（NIBBC）的实验验证表明，系统能在50毫秒内准确检测并快速熄灭电弧。即使在高电感阻抗环境下性能稳定，提供模块级光伏系统高效可靠安全保护。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10964338
📖 第5篇
📌 三相永磁同步电机最小传感器控制策略研究
Control of Three-Phase PMSM Drive With Minimum Sensor Usage
作者：Shaowei Ren，Hui Song，Ruihui Chen，Dianxun Xiao，Zheng Wang，Xueqing Wang
针对传统PMSM驱动系统依赖多传感器增加成本与降低可靠性，本文提出基于最小传感器使用的三相PMSM驱动控制策略，降低系统复杂度。
采用双空间矢量调制(Dual SVMs)技术，在一个控制周期内同步执行两次矢量合成，实现仅依赖单个直流母线电流传感器重构三相电流，解决传统测量死区的采样误差。
结合扩展卡尔曼滤波器(EKF)和电压-速度数学关系，开发集成观测器同时估计转子位置与直流母线电压，消除额外传感器需求。
实验结果显示在单一电流传感器下，电流重构误差低于0.5A，角度误差小于0.1弧度，速度误差保持在8r/min以内，显著降低成本与体积，适用于成本敏感应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11095344
📖 第6篇
📌 基于障碍函数的复合自适应超螺旋滑模控制及其在电动飞机永磁电机驱动中的应用
Composite Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Control Using Barrier Function for PM Motor Drives Toward Electric Aircraft Applications
作者：Qiankang Hou，Huanzhi Wang，Christopher H. T. Lee，Shihong Ding
为满足电动飞机复杂环境下稳定飞行的需求，本文提出基于障碍函数的复合自适应超螺旋滑模(ASTSM)控制策略，结合增强型输入-输出模型观测器(AIOMBO)，提升控制精度和鲁棒性。
传统STSM控制采用保守增益，导致较大电流纹波和稳态性能下降。通过在线调整控制增益确保速度误差收敛于预设区域，并利用AIOMBO实时补偿扰动，简化参数调节。
实验表明，与常规STSM相比，动态响应速度提升约30%，电流纹波降低25%，且无需扰动上界信息。通过调节障碍函数参数，兼顾非周期扰动抑制与周期性速度波动控制。
本研究为电动飞机高性能电机驱动提供了切实可行的控制方案，对高精度运动控制领域具有重要参考价值，未来将聚焦于低采样频率及输入饱和场景扩展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11073082
📖 第7篇
📌 基于电阻调节网络的宽带高频功率调制技术
Broadband High-Frequency Power Modulation With Resistance Regulation Network
作者：Zhechi Ye，Eric Stolt，Kawin Surakitbovorn，Juan Rivas-Davila
针对工业应用中对快速射频脉冲的需求，本文提出基于电阻调节网络(RRN)结合频率调整的新型快速射频功率调制方法，适用于广泛功率和频率范围。
通过电感耦合双调谐网络示范RRN通用设计，分析负载效应，提供宽带开关模式功率放大器设计指南。实验构建300W Class-Φ2放大器，实现在13.2-14.4MHz频段,峰值效率94%且500纳秒内功率翻倍。
RRN技术实现三大创新优势：超快瞬态响应，功率调制速度远超传统方案；整个过程维持高效率和零电压开关(ZVS)；良好兼容单相和多相系统，拓宽功率动态范围。
此技术在等离子体蚀刻、感应加热、通信和磁共振成像等领域具重要应用，尤其满足大动态范围(>20dB)和微秒级脉冲需求，对工业系统性能提升显著。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10981619
📖 第8篇
📌 用于中压直流配电网的具有交错降压集成和宽电压范围的支路共享模块化多电平直流变压器
Branch-Sharing Modular Multilevel DC Transformer With Interleaved Buck-Integrated and Wide Voltage Range for MVDC Distribution Grids
作者：Guangfu Ning，Sheng Yang，Ben Dai，Guo Xu，Yao Sun，Yonglu Liu，Hua Han，Mei Su，Kai Sun
本文针对中压直流(MVDC)配电网关键设备——直流变压器(DCT)，提出了一种新型结合双有源桥(DAB)转换器和交错降压单元优势的支路共享模块化多级直流变压器，提升系统性能。
该DCT中压直流侧采用支路共享多级转换器结构作为DAB原边，低压直流侧使用带四个复用开关的
交错降压单元作为DAB副边全桥，实现宽电压调节，确保原副边电压匹配。
所有开关实现全工况的零电压开关(ZVS)，有效降低开关损耗与电磁干扰；输入电感还用于抑制短路故障，提高可靠性与稳定性。
实验基于2kW原型机，300-500V输入、60V输出下表现出高效率和快速动态响应，且软开关特性贯穿所有工况。相比现有方案，结构更简、功率密度高、成本低、控制简化，适用于中压直流配电及海底电缆观测等领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11068205
📖 第9篇
📌 三相交移调制双有源桥变换器的零电压开关解析闭式边界
Analytical Closed-Form ZVS Boundaries of Triple-Phase-Shift Modulated Dual Active Bridge Converter
作者：Prosen Dey，Sayan Paul，Kaushik Basu
双有源桥(DAB)变换器作为支持双向功率流的隔离型DC-DC设备，要求所有功率器件实现零电压开关(ZVS)以提升效率和功率密度。传统求解ZVS条件需数值计算，难以实时应用。
本文首次提出基于三相交移(TPS)调制的DAB解析闭式ZVS边界表达式，通过单一不等式判断工况满足所有ZVS条件，无需参数搜索。
研究揭示DAB在特定工况下最小ZVS电流组合及建立并联电感设计方法，通过最小电流应力提升保证软开关特性，即使无法全开关ZVS。
实验结果表明，该方法扩展了ZVS区域，在200W-1350W功率范围实现7%-9%效率提升，为DAB实时优化调制与系统设计提供理论基础，适用高效率动态场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11081430
📖 第10篇
📌 L2C2谐振变换器：元件精简与宽增益范围的创新设计
An L2C2 Resonant Converter With Reduced Components and Wide Gain Range
作者：Jianglin Nie，Jiajin Li，Georgios Konstantinou，Yuhao Deng，Zeyao Hu，Zeliang Shu
针对传统LLC谐振变换器窄电压增益范围限制应用，本文提出创新L2C2谐振变换器拓扑，仅增加一个谐振电容器(Cr2)显著扩展电压增益范围。
L2C2拓扑体现独特特性：增大励磁电感反而扩展工作区间，同时降低变压器损耗，提升效率。理论及实验验证显示可实现24V至120V宽输出电压，最大效率达96.5%。
相比现有宽增益方案，L2C2变换器具备元件数量少、成本低、保持优异零电压开关(ZVS)特性以及兼容现有系统架构等优势。
720W样机测试在18Ω负载下稳定实现5:1电压增益比，并在宽范围内保持良好动态响应，开辟宽电压范围高效功率转换新途径，适合工业领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11079802
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