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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics 2026年issue1推送（第4期/共15期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换器拓扑创新、控制策略优化、新型功率器件应用及高功率密度系统设计等前沿领域。具体研究主题涵盖：基于磁控原理的CLLC谐振变换器输出调节、面向低温应用的GaN T型桥臂拓扑、SiC栅极驱动的连续可变控制技术、兆瓦级中频变压器的实验验证方法、多电平变换器的混合调制策略、面向便携式设备的CMOS集成降压转换器、航天器电源的三端口变换器控制、无轴承电机的自适应卡尔曼观测、模块化中压直流的部分功率处理与高功率晶闸管的结温在线监测方法。这些研究为解决当前电力电子技术在效率、功率密度、可靠性和应用范围等方面的挑战提供了创新的思路和解决方案。以上成果有助于推动变换器在新能源并网、航天、深海与高能物理等领域的工程化应用与系统性降本增效。
本期目录
📖 第1篇：具有输出调节能力的磁控CLLC-DCX变换器
📖 第2篇：面向低温高温超导磁体电源的新型GaN T型三开关桥臂
📖 第3篇：碳化硅功率模块的新型连续可变栅极电压控制概念
📖 第4篇：一种兆瓦级中频变压器的新型实验验证拓扑与调制方法
📖 第5篇：用于五电平混合箝位变换器的低频电压纹波抑制混合调制方法
📖 第6篇：面向电池充电器应用的CMOS工艺开关电感混合降压DC-DC转换器
📖 第7篇：面向航天器电源系统的三端口DC-DC变换器及其优化控制策略
📖 第8篇：基于自适应卡尔曼滤波观测器的12/14极无轴承开关磁阻电机时变悬浮系统控制策略
📖 第9篇：基于自适应主模块的部分功率处理实现中压直流系统宽范围运行
📖 第10篇：基于门极-阴极电压的高功率压接式晶闸管结温在线监测方法
📖 第1篇
📌 具有输出调节能力的磁控CLLC-DCX变换器
A Magnetically Controlled CLLC-DCX Converter With Output Regulation Capability
作者：Ting Luo，Quanming Luo，Yuqi Wei
本文针对CLLC谐振变换器在直流变压器（DCX）模式下的输出电压不可调问题展开。应用场景为需要宽范围输出电压且要求固定开关频率与全ZVS运行的电力电子系统。总体技术路线为在保持谐振频率不变的前提下，通过改变谐振支路的电感实现等效变压器匝比调节，从而实现输出电压控制。文章提出了基于参数等效的系统框架，明确了输入为直流母线与负载，输出为稳压直流，关键模块包括可变谐振电感单元、等效匝比计算模块和闭环控制器。与传统依赖PFM（脉冲频率调制）的方法不同，本文的核心在于通过磁控改变等效匝比以避免宽频带带来的EMI与磁性元件设计复杂性。
在实现层面，文章从参数等效推导出一组等价参数（L_pe、L_se、L_me、n_e），并给出具体的参数计算流程与设计准则。实验样机采用对称CLLC结构，可变电感通过直流偏置电流控制实现128μH→32μH的连续变化，闭环采用PI调节器调节等效匝比n_e以稳定输出电压。关键实现要点包括：精确的L‑I曲线标定、基于等效模型的n_e映射表以及实时电感控制回路。为保证系统稳定性，设计中使用了带限的PI参数和抗饱和处理，保证在阶跃扰动下闭环收敛且不改变开关频率。
实验在不同输入/输出工况下验证了方法有效性：在输入或参考电压阶跃时系统能快速稳压，谐振电流近似正弦且保持DCX模式。关键数据为在200 V输出、200 W负载时测得最高效率=96.3%；电感可变范围实现了所需的等效匝比调节，且闭环中n_e仅需微小调整即可应对瞬态。对比试验显示，相较于PFM控制，本方法在负载瞬态中波动更小，EMI与磁元件设计复杂度也明显降低。结论是：该方案在保持固定频率与ZVS条件下，通过等效匝比调节实现宽范围输出调节，具有显著的工程应用价值与可扩展性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11150570
📖 第2篇
📌 面向低温高温超导磁体电源的新型GaN T型三开关桥臂
A New GaN T-Type Three-Switch Bridge-Leg for Cryogenic HTS Magnet Power Supplies
作者：Mücahid Akbas，Daifei Zhang，Elias Bürgisser，Johann W. Kolar，Jonas Huber
本文聚焦于低温超导（HTS）磁体电源对高电流、低电压损耗的苛刻要求，提出了一种三开关T型（3STT）桥臂拓扑以替代传统全桥，解决冷端热负荷和导通损耗问题。系统框架为将降压DC‑DC相位模块置于低温环境内，使磁体电源的引线与磁体电流实现解耦。关键创新点在于用3STT拓扑代替传统四开关全桥，仅用三个开关实现三电平双极性输出，从而在负载电流路径中仅串联单个晶体管，显著降低导通损耗。
实现细节包括在低占空比下将大部分负载电流导向中点开关S_F，并通过非对称芯片面积分配（在S_F位置并联更多晶体管）来降低等效导通电阻。此外，拓扑利用GaN器件的逆向阻断能力与低温下导通特性，优化了栅极驱动与失超保护实现方式。关键实现要点在于中点开关并联策略、相位模块低温测量与散热管理，以及针对77 K环境的栅极驱动电路与绝缘布局。
实验采用77 K液氮测试平台验证：25 A输出模块在低温下测得损耗与理论值高度一致。论文给出关键数据：在250 A级系统构想下，采用十个并联3STT相位模块可将总损耗控制在≈4 W，低于目标5–6 W；理论分析表明，经优化后3STT的导通损耗可降至等效全桥的25%。结论指出：该拓扑在低温高电流场景下显著减轻冷却负荷，具有在HTS磁体电源中工程化应用的潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078918
📖 第3篇
📌 碳化硅功率模块的新型连续可变栅极电压控制概念
A Novel Continuously Variable Gate Voltage Control Concept for Silicon Carbide Power Modules
作者：Ahmad Al-Hmoud，Yushi Yang，Yue Zhao
本文提出了一种连续可变栅极驱动（CVGD）概念，旨在通过高频调制实现对SiC功率模块栅极电压的精细连续控制，解决电压过冲、电磁干扰与并联不均流问题。总体架构为在原有栅极驱动信号内叠加高达60 MHz的调制段，通过占空比改变驱动器有效输出电压，实现对开关瞬态与静态工作点的独立调节。该方法的主要创新在于以高频占空比调制替代复杂的多级电源硬件，从而简化系统实现。
实现方面，作者使用基于GaN的超快驱动器与推挽拓扑来产生高频调制脉冲，并在3.3 kV SiC半桥模块上通过双脉冲测试（DPT）验证三大应用场景：独立控制导通/关断电平、合成等效栅极电阻以调节开关速率、以及并联模块的动态均流控制。关键实现要点为60 MHz调制速率与占空比控制逻辑、精确时序同步以及对寄生参数的补偿策略，保证在高频下仍能可靠采样与驱动。
实验结果表明：通过CVGD可在不增加复杂硬件的前提下实现对开关波形的细粒度控制，从而在并联场景中显著抑制动态不均流并改善电压过冲。论文给出若干定量指标与验证，包括在DPT测试中明显降低的过冲幅值与改进的关断延迟（具体数值参见原文），并总结出该方法在模块化测试与产线终检中具有高效、低成本的工程优势。最终结论：CVGD提供了一条“以软代硬”的实用路径，便于在高压SiC模块应用中推广。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124415
📖 第4篇
📌 一种兆瓦级中频变压器的新型实验验证拓扑与调制方法
A Novel Experimental Verification Topology and Modulation Method for Megawatt-Level Medium-Frequency Transformers
作者：Yiqing Ma，Biao Zhao，Bin Cui，Jialiang Hu，Hongjie Gong，Jiaqing Yan，Zhongjian Song，Lu Qu，Zhanqing Yu
针对兆瓦级中频变压器（MFT）在实验室中难以进行满工况验证的问题，本文提出了一种利用低压小容量直流电源即可进行满功率实验的实验验证拓扑与调制方法。该拓扑通过引入感应功率电容器与辅助双向开关，使谐振回路能够在不向电网注入兆瓦级功率的情况下实现对变压器的循环励磁与功率补偿，适用于高变比（>1:20）与高容量（兆瓦级）的MFT验证需求，是解决传统短路/开路测试无法评估真实工况的有效替代方案。
实现细节包括感应功率电容器参数设计、调制时序与辅助双向开关的导通控制，以确保所有功率器件工作在软开关条件下，从而降低开关损耗与对电源容量的要求。关键实现要点是通过控制IGBT导通时间来实现循环功率的灵活调节，并推导出循环功率与感应功率电容器参数的定量关系，这为工程实现提供了明确的设计公式与调试流程。
论文报道了对1.5 kV/33.4 kV、4.1 MVA MFT的实验验证，在920 Hz开关频率与1550 V直流母线下成功实现满功率运行（3.87 MW）与温升测试，谐振电流有效值达到2.8 kA，所有开关器件实现软开关。结论显示该方法在兆瓦级MFT的实验室验证中既可行又高效，适配多种DCT及大容量拓扑的开发与可靠性评估。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11153688
📖 第5篇
📌 一种用于五电平混合箝位变换器的低频电压纹波抑制与谐波性能增强的新型混合调制方法
A Novel Hybrid Modulation Method for a Five-Level Hybrid Clamped Converter With Low-Frequency Voltage Ripple Suppression and Harmonic Performance Enhancement
作者：Handi Yang，Zhijiang Cheng，Kui Wang，Weiqing Wang，Peiyi Zhou，Tianxiang Yang，Junjie Sun
本文面向五电平混合箝位（HC）变换器在低功率因数工况下直流母线电容产生的低频电压纹波问题，提出了混合双波载波重分布脉宽调制（HDW-CRPWM）方法。系统框架基于两种基础调制DW-CRPWM-T1与DW-CRPWM-T2，通过实时选择与重分布载波来在抑制低频纹波与提升动态响应之间取得平衡。关键模块包括中性点电流观测、零序电压注入与动态切换逻辑，目标是在保持低THD的同时降低直流母线电容的低频纹波幅值。
实现上，作者设计了基于实时NP电流优化的动态切换策略，并计算所需的零序电压以实现主动电压平衡。关键实现要点包括载波重分布算法、NP电流的实时估计滤波、以及切换时序的无缝拼接，保证在不同工况下切换不会引入额外谐波或瞬态电压跳变。控制逻辑可嵌入常见DSP或FPGA平台实现。
实验验证在多种功率因数和负载条件下展开，与PSPWM、CRPWM及DW-PSPWM等基线方法对比，结果表明HDW-CRPWM在输出谐波性能与母线低频纹波抑制上均优于基线。关键指标包括THD最低与直流母线低频纹波幅值显著下降，并实现了更快的母线电压动态响应。结论指出该混合调制易于实现、兼顾低频纹波抑制与谐波性能，适用于中压五电平HC变换器的工程化推广。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11146603
📖 第6篇
📌 面向电池充电器应用的CMOS工艺开关电感混合降压DC-DC转换器
A Switching-Inductor Hybrid Step-Down DC-DC Converter for Battery Charger Applications Implemented in CMOS Process
作者：Mina Shin，Seongil Yeo，Seunghoon Lee，Kunhee Cho
为满足单节锂电池（3–4.3 V）充电器对小体积与高效率的双重要求，本文提出了一种基于CMOS工艺实现的开关电感混合降压拓扑，其核心在于将电感放置于输入侧并引入飞跨电容（CFLY）与三个开关，以降低电感的RMS电流，从而允许使用更小体积的电感元件。整体系统在5 V输入下为目标电池实现高效充电，并兼顾工艺可集成性。
本文在180 nm CMOS工艺中完整实现了所有开关管、驱动与控制电路，无需高压LDMOS器件。关键实现要点包括一种由CMOS晶体管实现的电平移位栅极驱动电路，可限制晶体管电压应力在VOUT以内；以及输入端电感的放置与CFLY配合以实现低RMS电感电流，这些设计保证了在标准CMOS工艺下的可靠性与集成度。
实验使用体积仅16 mm³、2.2 μH、DCR=46 mΩ的紧凑电感时测得峰值效率=96.3%；在不同电感值（2.2/4.7/10 μH）与DCR条件下测试显示，因RMS电感电流显著降低，电感DCR并非系统损耗主导项。这表明在追求小体积时可优先选用更紧凑电感而不显著损失效率。结论是：该拓扑为移动设备充电器提供了兼顾高效与高集成度的工程化路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11130626
📖 第7篇
📌 面向航天器电源系统的三端口DC-DC变换器及其优化控制策略
A Three-Port DC–DC Converter With Optimal Control Strategy for Spacecraft Power Systems
作者：Liqian Huang，Donglai Zhang，Xianbin Qi，Kaimin Shi，Mingzhu Fang
本文为航天器电源管理提出了一种集成化的三端口DC‑DC变换器，旨在将光伏、蓄电池與负载的能量流解耦并高效管理。总体拓扑通过交错Buck/Boost与双有源桥的创新集成，实现三个端口间的功率解耦。核心控制策略为保持一个开关占空比恒定0.5，同时以导通重叠时间调节另外两个开关，从而使双有源桥等效保持互补驱动，避免PWM与移相控制间的相互干扰，实现真正的功率解耦。
作者进一步提出了基于PWM与三重移相的优化控制策略，将工作模式划分为四类并为每类设计最优占空比/移相角组合，采用最小竞争机制实现无缝切换。关键实现要点包括变压器电流应力最小化、所有开关管的ZVS范围拓宽，以及针对不同工作模式的占空比/移相调度算法，这些均可在嵌入式控制器上实现实时运算。
基于500 W原理样机的实验表明：在电池90 V、光伏55 V条件下，系统在轻载时呈三电平输出，重载时自动切换至两电平以降低电流应力；性能指标显示单输入单输出峰值效率可达97.6%，三端口模式下为94.9%。动态试验证明在负载及光伏阶跃下各端电压稳定，验证了解耦控制的有效性。结论为该方案在航天电源中兼顾效率、可靠性及体积，具备工程应用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11129151
📖 第8篇
📌 基于自适应卡尔曼滤波观测器的12/14极无轴承开关磁阻电机时变悬浮系统控制策略
Adaptive Kalman Filter Observer-Based Control Strategy for Time-Varying Suspension System of 12/14 BSRM
作者：Kai Xie，Ye Yuan，Shihong Ding，Wei Xu，Fan Yang，Yao Chen
本文针对12/14极无轴承开关磁阻电机（BSRM）因凸极转子引起的时变气隙磁通与悬浮力时变特性，提出了将时变系统等效为时不变模型的控制策略。总体思路为采用名义反馈模型构建基线线性时不变描述，并通过自适应卡尔曼滤波观测器实时估计模型误差与外部扰动，从而在双闭环结构中实现前馈补偿与鲁棒控制，提高悬浮精度与抗干扰能力。
实现细节包括对一个电气周期内悬浮力取平均以构建名义模型，并设计自适应卡尔曼观测器以在线调整过程噪声协方差矩阵，从而提升观测精度与自适应能力。关键实现要点在于名义模型平均化与观测器自适应律的数值稳定性处理，以及前馈通道的实时补偿策略，确保在不同转速与加速阶段均能有效工作。
仿真与实验结果显示：稳态下转子悬浮振幅降低约35%；加速过程最大偏心位移减少约20%；受冲击扰动时最大超调减小约31%，且恢复时间缩短约50%。这些定量指标证明自适应卡尔曼观测器在时变悬浮系统中的工程应用价值，适合推广于飞轮储能等对悬浮精度要求高的场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11150542
📖 第9篇
📌 基于自适应主模块的部分功率处理技术实现电流源驱动模块化中压直流系统的宽范围运行
Adaptive Main-Module-Based Partial Power Processing for Wide-Range Operation of Current-Source Driven Modular MVDC
作者：Zhijian Fang，Chi Zhang，Jinbo Zhao，Han Fu，Chunyu Ye，Zhicong Huang
针对深海观测等场景下恒流（CC）长距离传输与千伏级电压需求，本文提出了一种面向电流源驱动模块化中压直流（MVDC）的Adaptive Main-Module-Based Partial Power Processing方案。体系框架将多个模块按不同下垂特性排列，系统根据负载自适应选择主模块（MM）与补偿模块（CM），其余模块旁路，从而实现从0到额定值的超宽电压增益范围并保证轻载高效运行。
实现细节包括为每模块设计连续排列的电压-电流下垂曲线、主模块自动选举逻辑与快速旁路机制。关键实现要点为主模块始终工作于高效点、补偿模块仅处理部分功率以实现输出精调，以及模块间的无缝切换控制，从而提高系统在宽负载范围下的整体效率与容错性。
作者基于四模块原理样机（输入电流1 A，输入电压0–1.5 kV）进行了验证，输出为375 V/1.5 kW。实验显示效率随负载从200 W增至1500 W由83%→92%，证明在轻载下通过主/补偿模块策略能显著提升效率。同时系统具备模块故障快速旁路与自动接替能力，增强可靠性。结论为该部分功率处理方法适用于需要高可靠、宽范围电压转换的中压直流应用，如深海观测和直流微网。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11142661
📖 第10篇
📌 基于门极-阴极电压的高功率压接式晶闸管结温在线监测方法
An Online Monitoring Method to Extract the Accurate Junction Temperature of High Power Press-Pack Thyristor via Gate Cathode Voltage
作者：Yadong Yu，Xian Cheng，Guowei Ge，Wen Chen，Runfeng Zhang
本文针对高功率压接式晶闸管在HVDC与大功率驱动中的可靠性问题，提出了一种基于门极‑阴极电压（V_GK）的结温在线监测方法。研究指出在恒定正向电流下，V_GK随结温呈近似线性负温度系数关系，并通过半导体物理与仿真分析验证了该热敏电参数的可行性，从而将复杂的结温监测问题转化为可在线测量的电压信号处理问题。
为实现高精度在线测量，作者设计了一套集成信号调理电路，包括同步控制、延时、模拟开关、差分放大与采样保持单元，以在器件导通瞬间放大并采样微弱的V_GK信号，避免施加大负压影响门极。关键实现要点為同步采样保持与信号放大量程优化，以及多次高速采样以提高信噪比和测量稳定性。
实验在30°C–135°C范围内验证，仿真与实测结果显示V_GK对温度的灵敏度约为-1.7 mV/°C 至 -2.5 mV/°C（在2 A–300 A范围内），系统测得结温误差不超±5°C，相对误差约2.3%（误差<3°C）。结论是该方法可实现高精度、实时的结温在线监测，易于集成到门极驱动电路中，有助于提升大功率晶闸管系统的可靠性与寿命管理。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11127118
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