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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics期刊2026年issue2推送（第4期/共13期）。本期共包含10篇研究论文，内容涵盖功率半导体器件可靠性、变流器控制策略、模型预测控制（MPC）、电机驱动故障诊断、高频信号注入法、无线能量传输、浸没冷却热管理、SiC/ GaN 器件特性表征 等电力电子领域的前沿研究方向。本期研究在器件可靠性评估、控制鲁棒性设计与工程化散热方案方面具有明显的工程价值，可直接指导逆变器与无线充电等系统的产品化过程与可靠性规范制定。
本期目录
📖 第1篇：基于DHTOL测试的GaN HEMT在重复漏极电压振铃下开关可靠性研究方法
📖 第2篇：一种用于三相电压源变流器暂态稳定性提升的双环频率前馈锁相环
📖 第3篇：模块化多电平矩阵变换器的线性化无级联连续控制集模型预测控制算法
📖 第4篇：一种低内存消耗的双三相永磁同步电机驱动多开路故障诊断方法
📖 第5篇：一种采用始终双路径工作的单模式升降压变换器以实现电感电流降低
📖 第6篇：一种实现偏移容忍的单开关IPT驱动器，用于单极-双极复合线圈
📖 第7篇：一种适用于生物医学植入物的单开关参数不敏感电容式能量传输系统
📖 第8篇：一种面向高频信号注入法内嵌式永磁同步电机无传感器控制的统一解调方法
📖 第9篇：一种降低自热效应的SiC MOSFET高电压饱和区增强表征方法
📖 第10篇：浸没冷却SiC T型牵引逆变器——热性能评估
📖 第1篇
📌 基于DHTOL测试的GaN HEMT在重复漏极电压振铃下开关可靠性研究方法
A DHTOL Test-Based Methodology to Investigate the Switching Reliability of GaN HEMTs Under Repeated Drain Voltage Ringing
作者：Muhammed Ajmal C N，Bhanu Teja Vankayalapati，Sandeep R. Bahl，Fei Yang，Akshay Vijayrao Deshmukh，Bilal Akin
本文针对GaN HEMT在电源应用中遭受的高压瞬态“振铃”应力对开关可靠性的影响展开研究，明确了在准谐振反激等实际拓扑下器件长期退化的评估需求。研究提出了基于动态高温工作寿命（DHTOL）测试的系统化方法，构建了可并联扩展的模块化可重构测试平台，并在测试板内部实现了QR反激拓扑功率循环以在保持真实应力波形的同时大幅降低整体耗能与系统热负荷。该框架解决了传统可靠性试验中难以复现高频漏极振铃与长期追踪的矛盾，并以在线观测为核心，形成从应力施加到性能漂移跟踪的完整信息流与闭环管控方案。
实现细节上，平台集成了在线动态导通电阻监测电路，采用高速ADC/DAC协同实现电压、电流的100ns同步采样，并将数字量转化为模拟信号供外部采集，避免频繁中断测试以保证长期数据连续性；在测试调度与载板设计层面，采用模块化固件与测试序列管理，支持对多个器件并行的循环应力工况与阈值触发式告警。关键实现要点包括高带宽电压取样阻抗匹配、差分电流测量放大器的线性区设计以及功率循环的热管理策略，确保在长时程测试中数据的可比性与仪器安全。
实验采用三家供应商的650V/200mΩ商用GaNHEMT样品，在JEDEC推荐应力与高加速应力下进行1000小时DHTOL实验并行测试。关键结论包括：在标准应力下，供应商A的RDS,ON漂移 10%，供应商B在18%–47%范围内漂移，而供应商C漂移 5%以下；在加速应力下，供应商B样品在约500小时前后出现RDS,ON超过2.5倍失效，而供应商A与C表现出更高的稳定性。基于这些数据，作者提出了用于GaN器件瞬态耐压评级的建议流程，强调平台的模块化设计可推广到Buck/Boost等其他变换器拓扑以实现器件与系统级的联动可靠性评估。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11123140
📖 第2篇
📌 一种用于三相电压源变流器暂态稳定性提升的双环频率前馈锁相环
A Dual-Loop Frequency-Feedforward PLL for Three-Phase VSC Transient Stability Improvement
作者：Yuqi Fu，Zhi Jin Zhang，Martin Ordonez
本文聚焦于电网跟随型三相电压源变流器（VSC）在弱电网或电网扰动时出现的暂态失稳问题，提出了一种基于双环频率前馈（DLFF-PLL）结构的新型同步方案。整体框架将频率跟踪环与相位跟踪环分离，使频率环优先辨识网频并将结果以前馈形式送入相位环，从而避免传统基于积分器的直接相位积分回路产生的低阻尼二阶振荡问题。该结构通过在前馈路径上引入饱和限幅模块，在大扰动场景下自动缩小锁相环有效带宽，实现对正反馈环路的主动抑制与暂态稳定性的增强。
在实现细节上，本文给出了DLFF-PLL的大信号非线性模型与小信号线性化表达，并采用数值求解与相图分析证明了系统的渐近收敛性与稳定性边界。核心实现要点包括前馈滤波器的带宽/相位设计、饱和限幅阈值的工程量化以及相位环与频率环的协调时序，这些被标注为临界带宽约束与饱和阈值。在控制器硬件实现方面，作者在CHIL平台上完成了实时验证，证明该方法无需在线辨识或复杂抗饱和调参，即能实现工程化部署。
实验与对比分析使用SRF-PLL作为基线，在弱电网大阻抗跃变和大幅相位跳变仿真条件下，DLFF-PLL展现出更高的极限切除能力与收敛性。关键指标表现为：在相位跳变测试中SRF-PLL失锁，而DLFF-PLL保持同步并平稳收敛，表明DLFF-PLL在大扰动下等效动态降阶为一阶，从而消除低阻尼二阶不稳定的风险。作者总结该方法的工程优势为：实现简单、无需复杂参数辨识、对弱电网暂态稳定性提升显著，适合并网型VSC的产业化应用。
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📖 第3篇
📌 模块化多电平矩阵变换器的线性化无级联连续控制集模型预测控制算法
A Linearized Cascade-Free Continuous Control Set Model Predictive Control Algorithm for Modular Multilevel Matrix Converters
作者：Matias Uriarte，Roberto Cardenas-Dobson，Yeiner Arias-Esquivel，Luca Tarisciotti，Matías Díaz，Oriol Gomis-Bellmunt
针对模块化多电平矩阵变换器（M3C）在高压交流-交流换向中面临的簇电容电压（CCV）与环流（CC）耦合控制难题，本文提出了一种线性化无级联连续控制集模型预测控制（CCS-MPC）策略。研究通过将共模电压（CMV）引入为额外控制输入，并在双αβ0 ΣΔ坐标变换下建立线性化模型，使得原本需要多层嵌套环路或迭代优化的问题可以通过一次带约束的凸优化求解得到闭式或高效数值解，从而在单级计算中完成电流、电压与CCV约束的协调控制。
实现细节包括基于线性化M3C模型的离散预测步长选择、带不等式约束的代价函数权重设计，以及在控制器中嵌入CMV优化变量以增加可用自由度。关键实现要点为预测时域长度、优化求解器选型（实时QPOASES或定制化IQP）、以及计算负载与开关频率的折衷，作者在500Hz低开关频率条件下验证了控制器的实时性与数值稳定性。此外，文中对不同权重配置下的CCV-CC权衡做了详细敏感性分析，以便工程师根据指标优先级进行参数调优。
实验在硬件平台上对比了传统嵌套环路控制与所提CCS-MPC方法，结果表明在受限运行条件下，CCV波动幅值与环流峰值分别显著下降，关键数值包括：在50Hz/49Hz扰动工况下，CCV峰值降低约30%，环流有效值下降约22%，且在500Hz开关频率下控制器仍能稳定运行。作者总结该方法为M3C在高压高性能场景下替代传统SISO或嵌套结构的可行路径，适合追求高电能质量与较低滤波器依赖的工程应用。
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📖 第4篇
📌 一种低内存消耗的双三相永磁同步电机驱动多开路故障诊断方法
A Low Memory-Consuming Diagnosis Method for Multiple Open-Circuit Faults of Dual Three-Phase PMSM Drives
作者：Zhongchen Li，Qiang Geng，Feng Zhu，Zhanqing Zhou，Guozheng Zhang
本文面向双三相永磁同步电机（Dual-3ph PMSM）驱动系统，提出了一种基于电流矢量轨迹几何特征的多开路故障在线诊断框架，以解决现有方法对大量历史电流样本依赖导致的高内存占用问题。作者将故障场景划分为四类典型分布模式，系统分析了每种模式下的电流矢量轨迹在子空间中的面积、对称性与形状特征，并据此设计了分级诊断流程：检测→识别→定位。
在实现层面，方法以轨迹区域比值触发检测，以对称性/形状特征变量进行故障相的快速识别，并通过设计累积选择器与相位积分结合的策略完成故障开关级定位。为了降低计算与内存开销，作者避免了复杂的三角运算，采用固定步长的累积器与局部窗口统计量，关键实现要点包括滑动窗口长度与累积阈值的工程化设定（记为窗长N与阈值T），以兼顾检测速度与误报率。
实验在多种动态工况下验证，结果显示该方法能在1/4 基波周期内完成故障检测，并在1 基波周期内实现多开路故障的完整定位，且无需额外硬件支持。相较于传统基于历史样本统计的方法，内存消耗降低约21%，在速度斜坡等动态载荷下保持鲁棒性，诊断延迟与误报率均满足工程应用要求。作者指出该方法可扩展用于电流传感器故障的同步诊断并结合容错控制实现故障闭环恢复。
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📖 第5篇
📌 一种采用始终双路径工作的单模式升降压变换器以实现电感电流降低
A Single-Mode Buck–Boost Converter With Always-Dual-Path Operation for Inductor Current Reduction
作者：Ji Jin，Yufa Zhou，Weiwei Xu，Lin Cheng
为满足便携设备在宽范围电池电压（例如2.7V–4.2V）下对固定中压（3.4V）供电的需求，本文提出一种始终双路径（always-dual-path）单模式升降压拓扑，其拓扑仅包含两个跨接电容、一个电感和六个开关，通过在电感充放能两个阶段分别由不同电容并联/协助的方式实现输入与输出电流的分担，从而使电感电流始终低于输出电流，显著降低导通损耗与器件应力。
在实现细节上，本文对功率级与控制器进行了小信号建模与损耗分析，提出了适配于0.18μm BCD 工艺的片上集成设计，并给出开关选型与磁元设计指南。关键实现要点包括跨接电容的容量比选、占空比映射与电感电流分配策略（文中标注为CF1/CF2 比例与占空比D映射），以及用于快速瞬态响应的控制回路参数调优方案。
芯片样片在实测中展示了优异性能：当使用18mΩ大体积电感时，峰值效率达97.3%；即便使用200mΩ紧凑电感，峰值效率仍达96.4%。在500mA负载跳变测试中，输出电压过冲/下冲均小于125mV，恢复时间小于9μs。作者指出该拓扑在器件电压应力低（可用5V器件）和快速瞬态响应方面具有显著工程优势，适合移动端中压供电场景的集成化实现。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11150501
📖 第6篇
📌 一种实现偏移容忍的单开关IPT驱动器，用于单极-双极复合线圈
A Single-Switch IPT Driver for Unipolar–Bipolar Composite Coils Achieving Misalignment Tolerance
作者：Zhicong Huang，Jingyu Wang，Jun Cheng，Chi-Kwan Lee
针对感应式电能传输（IPT）系统中因接收端位置偏移导致耦合下降的问题，本文提出了一种仅用单个功率开关的驱动器结构，利用逆变器输出中固有的基波与二次谐波分量分别激励单极与双极线圈，从而在不需要独立逆变器或主动切换励磁模式的情况下实现对复合线圈（例如矩形螺线管垫RSP）的无源偏移容忍。
在设计实现方面，本文给出了补偿网络的设计原则，明确基波/二次谐波的幅相匹配条件與阻抗整定，关键实现要点包括谐波滤波/阻抗匹配网络与逆变器占空比映射，并在仿真与实验中校验了当线圈偏移达150mm时系统依然能维持输出电压稳定。
实验验证显示该单开关方案在偏移范围内的峰值效率约90%，整体效率保持在85%及以上，并实现了与多逆变器方案相近的输出稳定性。作者指出该方法在降低电路复杂度、成本与尺寸方面具有明显优势，适用于中小功率消费类无线充电设备，且对工程实现友好，无需复杂的偏移检测或励磁切换逻辑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11180126
📖 第7篇
📌 一种适用于生物医学植入物的单开关参数不敏感电容式能量传输系统
A Single-Switch and Parameter-Insensitive Capacitive Power Transfer System for Biomedical Implants
作者：Dingyuan Tang，Wei Zhou，Feng Xiao，Yifei Zhang，Zhaotian Yan，Ruikun Mai，Zhengyou He
本文针对植入式医疗设备无线充电中谐振依赖导致的失谐敏感性问题，提出了一种基于四极板电容耦合且借鉴Zeta变换器工作原理的非谐振电容式能量传输（CPT）拓扑。该系统仅需单个开关即可完成功率传输与输出稳压，重要设计目标是实现对生物组织参数变化、负载波动与元件公差的强鲁棒性，避免传统谐振系统在组织异质性下的性能崩塌。
本文通过状态空间平均法建立了系统模型并证明输出电压主要由占空比控制而与元件参数耦合度低，关键实现要点包括四极板耦合几何设计、接收端极简整流滤波（仅需1 二极管 + 1 电感 + 1 电容）与驱动频率选型（文中采用1MHz作为示例）。实验采用20mm×20mm极板穿透4mm猪皮组织验证系统对参数变化的鲁棒性。
在实验工况下，接收端输出在多种扰动（负载跳变±150%、电感变化±100%、组织脂肪含量与形变）下保持在3.7V，系统输出功率为207mW，效率约30.1%。尽管效率偏低，但系统以其极强的参数不敏感性和硬件极简化（单开关与极少接收元件）为植入式低功耗装置提供了可靠的工程化充电替代方案，极具临床可用性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11200499
📖 第8篇
📌 一种面向高频信号注入法内嵌式永磁同步电机无传感器控制的统一解调方法
A Unified Demodulation Method for High-Frequency Signal Injection-Based IPMSM Sensorless Control
作者：Xiang Wu，Peiqin Lu，Shuo Chen，Wen Ding，Lisi Tian，Zhixun Ma
高频信号注入（HFI）方法是内嵌式IPMSM在零速或低速工况下实现无传感器定位的主流方案，但传统解调依赖外加解调信号易受数字控制时延影响而发生相位失配。本文提出了一种统一重构型解调方法，无需额外解调载波，通过在静止坐标系下重构高频电流响应并以低通滤波提取含位置信息的正交分量，从根本上避免了解调信号与高频响应之间的时延相位失配问题。
实现要点包括对高频响应的重构算法、低通滤波器带宽选择与采样同步策略，作者将关键实现参数标注为重构窗长M与滤波带宽fc，并分析了数值时间延迟对估计误差的影响。该方法同时兼容方波注入与正弦注入两类注入策略，并在算法复杂度上优于传统解调方案，适合嵌入式控制器实时部署。
在750W内嵌式IPMSM平台的实验中，所提方法在120 r/min额定负载下实现了可接受的位移估计精度；当正弦注入频率提升至1kHz时，传统解调方法发生失稳，而本文方法仍能精确提取位置信息并维持稳定控制。作者在对比实验中展示出更小的计算量和更强的抗时延能力，表明该方法在工业化嵌入式驱动器中的推广价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11151809
📖 第9篇
📌 一种降低自热效应的SiC MOSFET高电压饱和区增强表征方法
An Enhanced Characterization Method of SiC MOSFETs in the High-Voltage Saturation Region With Reduced Self-Heating
作者：Enyao Xiang，Chengmin Li，Dongsheng Yang
精确测量SiC MOSFET在高漏源电压区的饱和特性对短路预测、热鲁棒建模与保护策略至关重要，但传统曲线追踪仪在高电压大电流下受限于自热与导通时间，导致测量误差或器件损伤。为此，本文提出一种基于并联辅助器件作为开关控制的测试拓扑，通过并联器件快速引导被测器件进入稳态电流工作点，同时将待测器件维持于常通状态，从而将测量周期缩短并显著减小自热影响。
为保证在超窄脉冲期间精确读取内部栅极电压，本文设计了高阻抗栅极驱动电路并校正了器件内部栅极电阻引起的压降误差，关键实现要点包括高阻抗栅极测量与并联开关时序的微秒级同步控制。这些改进使得在高压/高电流区的瞬态测量既快速又低热量累积，从而提高了特性曲线的真实性能。
实验结果表明：在室温、VDS=20V、VGS=20V条件下，本方法将器件温升限制在4°C以内，而传统功率器件分析仪在相同工况下导致近100°C的温升，显著降低了测量自热误差。作者展示了完整的传输与输出特性覆盖范围数据，证明方法在实现精确器件表征与可靠建模方面具有明显优势，并适合实验室与生产线上的低成本实现。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11180111
📖 第10篇
📌 浸没冷却SiC T型牵引逆变器——热性能评估
An Immersion Cooled SiC T-Type Traction Inverter–Thermal Performance Evaluation
作者：Yiju Wang，Reza Ilka，James Camp，JiangBiao He
本文针对电动汽车牵引逆变器的热管理挑战，研究了将SiC三相三电平T型逆变器置于不燃、介电冷却液中的浸没冷却方案，并与传统散热器风冷与冷板液冷进行了多物理场耦合仿真与试验对比。研究关注点包括器件-冷却介质界面热阻、模块热均匀性以及系统集成与液路复杂度的工程折衷，目标是为高功率密度牵引逆变器提供可行的热管理路径。
方法上本文建立了迭代电热与CFD联合仿真流程，量化了在额定50 kW输出工况下三种冷却技术的热点温度、温差与换热效率。关键实现要点包括冷却液流速、入口温度与模块布置的优化（文中标注为流速V与入口T的参数扫描），并在样机上进行了实验验证以确保仿真精度。
结果显示：在中高功率工况（例如15 kW负载）下，浸没冷却相对于冷板可降低热点温度约4°C，较散热器降低约19°C，且显著改善了高压与低压开关间的温度均匀性（温差缩小）。实验与仿真吻合度超过98.5%，验证了模型可靠性。作者认为浸没冷却在高压大功率牵引逆变器中具有提升功率密度与可靠性的潜力，尤其适合要求高散热能力与热均衡的工业应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11194753
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