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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics期刊2025年issue11文章推送（第11期/共12期）。本期推送共包含10篇研究论文，聚焦于电力电子与电机驱动领域的前沿技术，涵盖永磁同步电机鲁棒控制、无线功率传输系统优化、高频高效功率变换器设计、电磁能量收集技术以及大规模电力电子系统仿真方法等关键研究方向。
本期目录
📖 第1篇：考虑速度谐波的双三相永磁同步电机鲁棒惯量辨识方法
📖 第2篇：一种可重构电路策略及其在环境能量收集低功耗整流器中的应用
📖 第3篇：一种具有改进换流性能的新型无线开关磁阻电机
📖 第4篇：基于RB-IGCT瞬态脉冲特性的新型无饱和电抗器混合换流器
📖 第5篇：三电平逆变器驱动永磁同步电机的新型鲁棒无差拍双矢量模型预测控制结构
📖 第6篇：新型低谐波失真高功率因数PFC控制器乘法器电路
📖 第7篇：分层多区域混合等效方法：高效仿真可扩展电力电子系统的创新方案
📖 第8篇：双向感应电能传输系统的频率自适应同步方法
📖 第9篇：带后级DC-DC变换器的无线充电系统频率设计方法
📖 第10篇：具有零电流软开关特性的耦合电感高降压比电压调节器模块
📖 第1篇
📌 考虑速度谐波的双三相永磁同步电机鲁棒惯量辨识方法
A Robust Inertia Identification Method for Dual Three-Phase PMSM Drives Accounting for Speed Harmonic
作者：Li Liu，Yashan Hu，Xu Liu，Ruiqing Ma，Xiandong Ma
传统基于正交原理的惯量辨识方法因速度谐波干扰导致精度显著下降。误差分析表明，这一问题源于嵌入式扰动观测器中估计角加速度和扰动转矩的谐波分量。为解决该问题，本文提出一种鲁棒惯量辨识方法，通过设计专用扰动观测器有效抑制速度谐波影响。该方法通过重构估计角加速度和扰动转矩的传递函数，显著降低谐波分量，从而将惯量辨识误差从传统方法的43.9%降低至2.7%（半额定负载60r/min工况）。
研究基于双三相永磁同步电机（DTP-PMSM）驱动系统，其机械动力学模型可表示为Jω̇_m = T_e - T_L - Bω_m。通过引入周期性速度扰动，利用正交关系分离惯性转矩与摩擦转矩，但实际应用中速度谐波会引入谐波干扰。理论分析表明，传统方法在12次谐波频率（240π rad/s）处存在显著谐波增益，而新方法通过二阶低通特性扰动观测器（自然频率与注入扰动频率一致）将谐波增益降低40dB以上。
实验验证显示，在额定负载60r/min工况下，辨识误差从49.6%降至7.5%；在120r/min工况下从40.9%降至6.6%。该方法对初始值选择、扰动幅值变化、机械周期负载波动及电机参数变化均表现出强鲁棒性，且计算开销仅1.29μs，适用于实时控制。此外，精确的惯量辨识可优化速度环PI调节器设计，提升系统动态响应性能。该技术不仅适用于多相电机系统，也可推广至三相、五相永磁同步电机驱动领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11077466
📖 第2篇
📌 一种可重构电路策略及其在环境能量收集低功耗整流器中的应用
A Reconfigurable Circuit Strategy and Its Application in Low-Power Rectifier for Ambient Energy Harvesting
作者：Zhongqi He，Haoming He，Liping Yan，Changjun Liu
随着无线通信技术的快速发展，环境中的电磁能量日益丰富，同时物联网中大量无线传感器需要持续供电。传统电池供电方式存在寿命有限、更换困难以及环境污染等问题。从环境中收集电磁能量为无线传感器供电，成为解决其能源供应问题的有效途径。整流器作为电磁能量收集系统的核心组件，负责将微波功率转换为直流功率。
在环境电磁能量收集系统中，整流器的输入功率通常较低。为提高整流效率，通常选择对低功率敏感的肖特基二极管作为整流器件。然而，低功率整流二极管通常具有较低的反向击穿电压，在高功率条件下容易发生反向击穿，导致整流器失效。
本研究提出了一种具有可重构功能的低功率整流器创新方案。该方案将整流二极管与p-i-n二极管并联连接。在低输入功率时，输出直流电压较低，p-i-n二极管保持关断状态，不影响整流器正常工作。随着输入功率增加，p-i-n二极管导通，引起电路结构改变和阻抗失配，从而增加反射功率，防止整流二极管接收过量功率。此外，p-i-n二极管的导通电压低于整流二极管的反向击穿电压，可有效保护整流二极管免遭反向击穿。
实验结果表明，该可重构策略在低功率时几乎不影响整流效率（仅降低不到6%），即使输入功率达到20dBm的高功率水平，仍能将电压限制在安全范围内。与传统限幅器保护方案相比，该设计在性能效率和成本方面均展现出显著优势，不仅适用于电磁能量收集应用，还可推广至其他面临反向击穿和高功率风险的电弧保护。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080360
📖 第3篇
📌 一种具有改进换流性能的新型无线开关磁阻电机
A Novel Wireless Switched Reluctance Motor With Improved Current Commutation
作者：Yuxin Liu，Bowen Zhang，Zhiping Dong，Chunhua Liu
无线电机系统通过将无线功率传输（WPT）技术与电机驱动相结合，实现了卓越的远程操作能力，具备防水、防尘和免维护等特性。在众多电机类型中，无线开关磁阻电机（WSRM）因其简单的驱动电路和操作模式而备受关注。然而，传统WSRM存在换流缺陷，无法有效反馈绕组中储存的能量，导致性能低下和负载运行范围狭窄。
本文提出了一种基于多通道WPT技术的新型WSRM，通过引入能量反馈机制显著提升了系统性能。该设计采用多通道无线功率传输结构，为每个绕组提供独立的能量通道，并在非充电期间通过自由回路线圈实现电流续流。这一创新不仅解决了传统WSRM能量反馈不足的问题，还大幅扩展了其速度-扭矩工作范围。
系统采用双频谐振补偿（DFRC）和双频带补偿（DBC）技术，确保各功率通道在特定频率下独立工作。通过基于电机角度的闭环速度控制，系统能够精确调节绕组电流，实现高效电机驱动。实验平台验证表明，该系统最高转速可达1500 rpm，支持1.3 N·m负载，且直流到电机的效率达到84.9%。
与传统WSRM相比，新系统在相同转速下扭矩提升超过16倍，同时消除了电流直流偏置导致的噪声和发热问题。此外，系统采用耗尽型MOSFET实现了无二次控制器的自驱动电路，确保了启动可靠性和运行稳定性。这项研究为无线电机在管道网络、医疗设备和工业自动化等领域的应用提供了重要技术支撑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10938943
📖 第4篇
📌 基于RB-IGCT瞬态脉冲特性的新型无饱和电抗器混合换流器
A Novel Saturable-Reactor-Free Hybrid Commutated Converter Based on Transient Impulse Characteristics of RB-IGCT
作者：Zongze Wang，Lu Qu，Zhanqing Yu，Chaoqun Xu，Liang Dong，Fang Cai，Biao Zhao，Rong Zeng
随着高压直流输电技术的快速发展，基于反向阻断集成门极换流晶闸管（RB-IGCT）的混合换流器（HCC）因其固有的抗换相失败能力，有望取代传统线路换相换流器（LCC）成为特高压直流输电的主流解决方案。然而，传统HCC设计中包含的饱和电抗器不仅显著降低了阀可靠性，还增加了系统体积和重量。
本文首次深入分析了RB-IGCT在极端HCC运行条件下的瞬态脉冲耐受能力，为消除饱和电抗器提供了理论依据。实验验证证实，RB-IGCT能够在无饱和电抗器的情况下承受高di/dt（超过13kA/μs）和dv/dt（31.2kV/μs）应力。基于这一发现，研究团队提出了一种优化的无饱和电抗器HCC设计。
与传统LCC和带饱和电抗器的HCC相比，新型无饱和电抗器HCC在紧凑性（体积减少35%）、重量（单阀塔减轻4.5吨）和可靠性（平均故障间隔时间从2.63年提升至9.98年）方面展现出显著优势。这种设计创新不仅解决了饱和电抗器固有的可靠性问题，还大幅降低了系统复杂度和建造成本。
该研究成果对推动HCC在下一代特高压直流电网中的应用具有重要意义，为未来直流输电系统的设计提供了新的技术路径，特别是在设备紧凑化、轻量化和高可靠性要求日益提升的背景下，展现出巨大的工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080365
📖 第5篇
📌 三电平逆变器驱动永磁同步电机的新型鲁棒无差拍双矢量模型预测控制结构
A Novel Robust Dead-Beat Structure for Double Vector Model Predictive Control in Three-Level Inverter Fed PMSM Drives
作者：Zhenyao Sun，Junkai Wen，Xin Yuan，Guangtong Ma，Shuangxia Niu，K.T. Chau
模型预测控制（MPC）因其快速动态响应和简单结构在永磁同步电机（PMSM）驱动中备受关注。然而，传统MPC每个控制周期仅使用单个电压矢量，且预测模型严重依赖电机参数，导致显著的电流纹波和较差的抗扰动能力，限制了其在各种环境条件下的适应性。本文针对三电平逆变器驱动的PMSM系统，提出了一种新型双矢量MPC（DV-MPC）方案。
该研究的创新点主要体现在三个方面：首先，通过采用无差拍方法推导参考电压的成本函数，显著降低了DV-MPC的计算复杂度，并利用互补小矢量平衡逆变器中点电位。其次，首次在预测模型中引入主动阻尼框架和额外系数，增强了系统对参数变化和外部扰动的鲁棒性。第三，设计了简单的电流预估器进行延时补偿，在不影响抗扰动性能的前提下为动态响应和噪声分量之间的权衡提供了新的自由度。
实验结果表明，所提方法在保持快速动态响应的同时，实现了强大的抗扰动能力和参数鲁棒性。与传统单矢量MPC相比，双矢量合成使电流谐波失真降低了约65%。在参数失配（电感值突然加倍）和外部扰动（磁链突然变化）测试中，该方法表现出优异的稳健性能，完全消除了稳态电流偏移，显著衰减了瞬态电流振荡。
这项研究为高功率电机驱动应用提供了有效的解决方案，特别适用于航空电推进系统等对精度和可靠性要求极高的场合。该方法计算负担轻微增加（约4μs），在实际工业交流电机驱动中具有重要的应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11018230
📖 第6篇
📌 新型低谐波失真高功率因数PFC控制器乘法器电路
A Novel Multiplier Circuit for PFC Controllers With Low Total Harmonic Distortion and High Power Factor
作者：Qiang Wu，Linjun Wu，Jingbao Zhou，Yongyuan Li，Zhixiong Di，Zhangming Zhu
功率因数校正（PFC）技术对提升AC-DC转换器性能至关重要，它通过改善功率因数并最小化输入电流的总谐波失真（THD），确保输入电流紧密跟随输入电压。本文提出了一种基于可变导通时间控制策略的新型乘法器电路，集成了THD增强器，能够有效补偿反向谐振电流和交叉失真，实现精确的平均电流控制。
传统恒定导通时间控制方法由于电压环路带宽限制，无法实现准确的电流跟踪，导致功率因数降低。可变导通时间控制方法虽然能抑制反向谐振电流，但传统方案补偿效果有限且仅适用于临界导通模式。本研究提出的乘法器电路通过动态调整导通时间，在输入电压较低时延长导通时间以补偿反向电流，使平均电感电流在每个线路周期内恢复正弦波形。
电路采用0.35μm BCD工艺实现，实验结果表明：在115V交流输入、400V直流输出、100mA负载条件下，原型电路实现了大于0.99的功率因数、最低0.66%的THD以及98%的峰值效率。该设计无需额外外部传感信号，保持了与传统PFC转换器相同的外围电路简洁性。
与现有技术相比，本方案在THD性能、功率因数和效率方面均有显著提升，特别适用于中低功率应用场景，为高性能PFC控制器提供了有效的解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11082649
📖 第7篇
📌 分层多区域混合等效方法：高效仿真可扩展电力电子系统的创新方案
A Hierarchical Multiarea Hybrid Equivalent for Efficient Simulation of Scalable Power Electronics Systems
作者：Cheng Jin，Kangli Liu，Zhendong Ji，Pengyu Wang，Hao Jin，Jianfeng Zhao
随着电力电子设备在电网中的渗透率不断提高，大规模系统的电磁暂态仿真面临计算效率瓶颈。传统方法在电路分区数量增加时，连接变量方程数量急剧上升，导致计算复杂度呈二次甚至三次增长。本文提出一种分层多区域混合等效（HMAHE）框架，通过引入链接分区和分层分区树的概念，组织分区过程。该框架在分区树的多个层级上递归应用混合等效电路，利用阻抗串联和导纳并联的线性可加性特性，逐层求解串联电流和并联电压，并将戴维南和诺顿等效从下层端口向上层传递，有效抑制了连接变量数量的增长。
创新点包括：1）提出链接分区和分区树结构，限制连接矩阵维度；2）设计HMAHE变换，实现下层端口混合等效的合并与向上传递；3）开发沙漏调度模型，通过批处理独立分区优化并行计算性能。仿真结果表明，该方法在保持等效精度的同时，显著提升计算效率——相比商业软件1实现964倍加速，相比商业软件2实现21.73倍加速。
该方法特别适用于具有复杂拓扑的大规模电力电子系统，为可扩展建模与仿真提供了有效解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11071643
📖 第8篇
📌 双向感应电能传输系统的频率自适应同步方法
A Frequency-Adaptive Synchronization Method for Bidirectional IPT Systems
作者：Hongsheng Hu，Tao Lin，Jingyuan Su，Xiaoming Zhang，Fengwei Chen，Lei Zhao，Yue Sun
双向感应电能传输（BIPT）系统在车网互联（V2G）和车车互联（V2V）应用中具有关键作用。这类系统的核心挑战在于原边和副边转换器之间的驱动同步问题。传统同步方法通常依赖无线通信、辅助线圈或谐振电流相位检测，但这些方案存在通信延迟、参数敏感性和硬件复杂性等局限。
本文提出了一种频率自适应且参数无关的同步方法，通过创新的频率自适应解调技术实现同步控制。该方法的突出优势在于：无论谐振频率和开关频率如何变化，都能将同步角控制到所需值，且完全独立于谐振网络参数。基于串联-串联补偿拓扑，研究团队设计了一套7.98 kW的BIPT实验样机。实验结果表明，在耦合系数为0.31时，正向和反向传输效率分别达到97.7%和97.3%。
该方法采用模拟开关技术，仅需采样两个直流量即可计算阻抗角，无需知道互感系数或电路参数。其硬件处理器由反相器、模拟开关和低通滤波器组成，带宽远大于开关频率和谐振频率，因而对频率变化不敏感，既适用于固定频率也适用于宽范围变频BIPT系统。
与现有技术相比，该方案在硬件需求、参数独立性、频率适应性和动态性能方面均有显著提升，为高性能BIPT系统提供了经济高效的解决方案，在电动汽车动态充电和智能电网领域具有重要应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080269
📖 第9篇
📌 带后级DC-DC变换器的无线充电系统频率设计方法
A Frequency Design Method for Wireless Power Transfer Systems With PostStage DC–DC Converters
作者：Baichuan Zhang，Shuai Dong，Haotian Zhang，Xin Gao，Chunbo Zhu
在无线功率传输(WPT)系统中，后级DC-DC变换器（如Buck变换器）常用于整流器之后以实现精确的功率调节。这种架构将系统分为前端的WPT传输链路和后端的DC-DC变换器，通过接收侧的直流链路相互连接。然而，若两级的开关频率设计不当或缺乏协调，系统可能遭受电压或电流波形中不期望的低频振荡。
本文提出了一种频率设计方法，旨在减轻WPT系统中的级间动态相互作用。通过稳态电路分析和小信号建模，深入剖析了低频振荡的产生机制。基于这些见解，开发了一种频率规划策略以确保系统稳定性。实验结果表明，该方法在实际应用中具有较高的准确性和有效性。
研究的创新点在于：首次系统分析了WPT系统中前级传输链路与后级DC-DC变换器之间的频率耦合现象，建立了小信号导纳模型，揭示了当后级开关频率接近前端系统导纳峰值时可能引发的振荡问题。与传统方法要求级间开关频率差至少五倍的严格约束相比，本方法提供了更灵活的设计空间。
实用价值显著：提出的频率设计准则不仅能够有效抑制低频振荡，还能保持系统的软开关特性，降低器件应力，提高整体稳定性和效率。研究提供了两种实现方案——基于通信同步和基于过零检测，为工程应用提供了灵活的选择。该成果对电动汽车无线充电、消费电子设备等领域的WPT系统设计具有重要指导意义。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080267
📖 第10篇
📌 具有零电流软开关特性的耦合电感高降压比电压调节器模块
A Coupled Inductor High Step-Down Voltage Regulator Module With Zero Current Soft-Switching
作者：Behzad Soleymani，Omidreza Bagheri，Ehsan Adib，Suzan Eren
随着数据中心能耗在全球电力消耗中占比逐年攀升（预计2030年将达8%），高效能电源转换技术成为关键挑战。本文针对48V总线数据中心的CPU供电需求，提出了一种基于耦合电感的高降压比单级转换器架构，可在保持传统转换器简洁结构和低元件数量的同时，显著扩展工作占空比并实现全负载范围的零电流软开关（ZCS）。
创新性地采用自适应频率控制策略，通过根据输出电流比例调整开关频率，使轻负载（VRM主要工作区间）下仍能维持ZCS条件。该控制方法与现代VRM控制器的自适应导通时间特性完全兼容，且支持具有相脱落功能的交错式结构，可进一步提升瞬态响应性能和功率密度。理论分析和24W原型实验表明，该转换器在500kHz开关频率下可实现48V至1.2V的高效转换，峰值效率达89.33%。
与现有方案相比，本设计具有三重优势：一是通过耦合电感拓扑将有效占空比提升至0.08（传统降压转换器仅0.025），显著降低高压侧MOSFET的电流应力；二是无需额外添加缓冲电路或复杂控制即实现全范围软开关，特别适合CPU频繁切换睡眠模式的工作场景；三是可采用商用VRM自举栅极驱动器，大幅降低实施复杂度。这些特性使其成为未来数据中心48V直接供电架构的理想解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11072372
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