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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics 2026年issue1推送（第13期/共15期）。本期推送共精选了10篇研究论文，内容聚焦于电力电子领域的前沿技术，涵盖多相多电平逆变器控制、谐振变换器与电外科发生器、脉宽调制策略优化、高效电路仿真方法、宽禁带半导体器件极端环境性能、谐振变换器建模、无线能量传输系统控制、高精度电流传感技术、高压模块绝缘材料以及无模型预测控制等多个核心研究方向。这些研究从器件、拓扑、控制、建模到应用，展现了电力电子技术在提升效率、可靠性及拓展新应用边界方面的最新进展。综上，这些成果对提升系统能效、增强可靠性并推动新兴应用（如高性能多相驱动、等离子手术、深低温功率电子与大功率无线供电）具有重要的工程与学术价值。
本期目录
📖 第1篇：双三相NPC逆变器中控制策略与直流链路中点连接对电压平衡与开关损耗的影响研究
📖 第2篇：基于单端谐振逆变器快速频率跟踪技术的等离子手术刀电外科发生器
📖 第3篇：通过零序注入增强脉宽调制中的共模功率提取
📖 第4篇：基于改进节点分析法的电力电子电路快速仿真
📖 第5篇：首次表征：硅IGBT、碳化硅MOSFET与氮化镓HEMT在深低温环境（低至10毫开尔文）下的性能
📖 第6篇：基于多相移调制的SR-DAB变换器广义稳态模型
📖 第7篇：基于分层约束模型预测控制的无线能量传输系统多目标优化
📖 第8篇：基于隧道磁阻效应的高一致性IGCT换流器器件电流检测方法
📖 第9篇：面向15kV SiC MOSFET功率模块电场抑制的高介电常数高介电强度聚合物涂层
📖 第10篇：基于混合扩展状态观测器的交错并联Buck变换器无模型预测控制
📖 第1篇
📌 双三相NPC逆变器中控制策略与直流链路中点连接对电压平衡与开关损耗的影响研究
Effects of Control Strategies and DC-Link Mid-Point Connection for Voltage Balancing and Switching Losses in Dual-Three-Phase NPC Inverters
作者：Luca Vancini，Gabriele Boico，Michele Mengoni，Gabriele Rizzoli，Luca Zarri，Angelo Tani
本文聚焦于应用场景为航空航天与船舶等高可靠性驱动系统中常见的协同控制策略与解耦设计问题。作者在双三相三电平中点钳位（NPC）逆变器平台上，系统性对比了将两套三相逆变器视为独立单元的解耦控制与通过直流链路中点电气连接实现整机优化的协同控制两类策略在载波基脉宽调制场景下对于直流母线电容电压平衡与总开关损耗的影响。文章给出整体技术路线：基于逆变器开关状态与中点电流反馈的控制器架构——输入为逆变器电流/中点电压测量，输出为相电压调制指令，关键模块包括零序注入生成器、单步调制单元与中点电流分配逻辑，系统与传统SVPWM的主要差异在于对零序分量的主动设计与两逆变器中点的电气联结方式，从而改变了可用自由度与低频振荡的生成条件。
实现细节部分，文章详细描述了控制器的采样频率、调制器步进策略及中点电流观测与补偿环的实现。为保证结果可复现，文中明确了关键的实现要点/超参数与用于约束优化的损失/约束名：包括中点电压偏差平方和作为优化目标、单步换相次数最小化约束以及在不同负载相角下的工作点扫描策略。控制器在实验平台上以固定的采样频率运行，并针对低调制指数工况采用了单步换相优先策略以减少换相次数并测量实际器件开关能耗。
实验采用一台由两个三相三电平T型NPC逆变器驱动的不对称双三相感应电机平台，测试工况覆盖20°−45°的负载电流角与不同调制指数。关键数据包括：在CCS下系统观测到无振荡区域扩大11.5%的工作域，相比DCS在多数工况下直流电容电压偏差显著降低；低调制指数下CCS实现了损耗降低50%（峰值工况），即使最差工况也有约20%的降低；另外，试验验证了系统在开路相故障时通过控制策略切换仍能维持容错运行能力并抑制电压振荡。结论指出，将逆变器中点连接并采用协同控制，是提升多相多电平系统效率与可靠性的有效路径，适用于对效率与可靠性有严格要求的工业与交通电驱应用。
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📖 第2篇
📌 基于单端谐振逆变器快速频率跟踪技术的等离子手术刀电外科发生器
Electrosurgical Generator for Driving Plasma Scalpel Using Fast Frequency Tracking Technology Based on a Single-Ended Resonant Inverter
作者：Duo Xing，Chengyu Yuan，Yuanda Xu，Weifeng Liu，Dongping Liu
针对等离子手术刀在生理电解质环境下负载阻抗从几十欧姆到几千欧姆快速变化的实际问题，本文提出了基于自激式快速跟踪的频率锁定方案，并采用单端谐振逆变器作为主拓扑。论文首先阐述了问题背景：负载动态导致谐振频率瞬间漂移，传统PLL或固定频率策略无法快速锁定，造成ZVS失效与开关损耗激增。提出的系统框架包括谐振回路、频率检测单元、下一个开关周期预测逻辑与直流电压闭环调节，输入为谐振回路电容电压的半周期采样，输出为下一周期的开关触发时刻，从而实现频率自适配。
在实现层面，文中详细描述了基于单点采样的预测算法、触发延时补偿、保护与功率闭环策略。并明确列出了关键的实现要点/超参数（如半周期采样窗口、触发预测延迟）及用于系统优化的损失/约束名（如ZVS失效惩罚与THD约束）。为了兼顾成本与可靠性，作者选择硅MOSFET并通过硬件滤波与软件去抖保证采样稳定，此外还说明了功率闭环中直流源的调节带宽与稳定裕度设计。
实验在覆盖50–2000Ω负载范围内进行，系统开关频率维持在365–403 kHz且实现了大范围的ZVS；关键指标包括峰值效率达效率93.27%，阻性负载下THD＜8%，等离子体放电阶段THD＜30%。功率调节范围为功率范围30-320W，在猪组织切割实验中验证了切割质量与稳定性。与固定频率与PLL方案相比，该方案在频率响应速度与开关损耗控制上均有显著优势，适合对实时性与效率要求高且负载变化剧烈的医用发生器应用。
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📖 第3篇
📌 通过零序注入增强脉宽调制中的共模功率提取
Enhancement of Common-Mode Power Extraction Through Zero-Sequence Injection in Pulsewidth Modulation
作者：Rongpei Zhu，Guang Yang，Hongyang Liu，Longyuan Fan，Zicheng Liu，Ronghai Qu
本文研究在电压源逆变器系统中，如何通过调制方法提升来自共模电压的可提取功率，以为编码器等低功耗传感器提供无缆供电。研究从功率传输模型出发，分析了共模电压的频谱结构与负载侧提取电路在不同频率下的等效阻抗差异，并提出通过零序注入改变共模电压频谱分布的思路，从而提升低频分量占比以获得更高的供电能力。
方法实现上，作者在调制器中引入了可控零序分量注入模块，并比较了多种PWM策略的共模输出。文中列举了关键实现要点/超参数（如零序注入幅值与频率分配）和用于评估的损失/约束名（如开关频率影响、输出干扰容限）。此外，研究对DPWM3等不连续调制策略的实现复杂度、开关次数与对电机驱动性能的影响做了系统讨论。
通过理论分析与实验验证，作者展示了零序注入对共模电压低频分量增强的机理，并在硬件平台上对比了常见的调制策略。关键实验结果包括：采用DPWM3调制后，共模可供功率提升超过共模功率提升5倍，且不需额外硬件（无需额外硬件）。该方法尤其适用于对布线与重量敏感的应用场景，如电驱系统中无缆化传感器供电，且对逆变器开关频率要求宽松，易于工程部署。
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📖 第4篇
📌 基于改进节点分析法的电力电子电路快速仿真
Fast Circuit Simulation of Power Electronic Circuits Using Modified Nodal Analysis
作者：N. Voyer，A. Nakabayashi，R. Kondo
本文针对电力电子系统长时间高精度仿真的计算瓶颈，提出了一种将改进节点分析（MNA）与状态空间闭式解思想结合的快速电路仿真（FCS）方法。问题陈述为：传统时间步积分的数值误差与计算量在长时程损耗计算中难以接受，SSA可给出无截断误差的闭式波形但难以自动化应用。作者提出自动从MNA方程代数变换出闭式波形表达式的技术路线，核心在于解析电路特征频率并将波形表示为若干加权指数项，进而实现事件驱动仿真。
实现层面，文章详述了从MNA矩阵到闭式系数的代数步骤、奇异值处理与初始条件映射。关键实现要点/超参数包括特征频率求解精度与事件筛选阈值，约束项以保证数值稳定的损失/约束名被用于选择物理可行解。对于含有理想开关和电机负载的变拓扑系统，作者提出了“分割电路”策略，将输入级与输出级解耦并以积分更新直流母线电容电压，兼顾效率与系统交互性。
在DC/DC变换器与驱动电机系统上的验证显示，FCS在若干基准电路上实现了与SSA一致的波形精度，并在计算时间上实现了数千倍加速的量级提升；文中还报告了在典型工况下的误差控制与事件次数统计，验证了FCS在实时仿真与硬件在环中的可行性。研究总结认为，FCS为长时程损耗与系统级优化提供了高效可扩展的仿真工具，有望显著提升基于仿真的设计流程效率。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11145180
📖 第5篇
📌 首次表征：硅IGBT、碳化硅MOSFET与氮化镓HEMT在深低温环境（低至10毫开尔文）下的性能
First Characterization of Si IGBT, SiC MOSFET, and GaN HEMT at Deep Cryogenic Temperatures Down to 10 Millikelvins
作者：Xin Yang，Zineng Yang，Matthew Porter，Linbo Shao，Yuhao Zhang
本文以低温功率电子在量子与太空等前沿应用中的可行性为目标，首次在无液氦稀释制冷平台上对Si IGBT、SiC MOSFET与GaN HEMT在低至10 mK的环境下进行了系统的静态与动态表征。作者指出问题为：77 K以下器件的高压与开关特性尚不明确，载流子冻结、陷阱态与隧穿效应可能导致器件行为发生根本变化。本项研究的体系包括双脉冲开关测试、动态导通电阻（RON）测量与温度依赖扫描。
实验平台与测量流程详述了试验的温度阶跃策略、脉冲宽度/间隔设置和用于统计RON的去噪处理方法。关键实现要点/超参数與測量約束（例如脉冲占空比与热回退时间）以及用于评估的损失/约束名（如击穿余量与动态RON退化阈值）在文中均有明确给出，以保证不同器件间数据的可比性。
关键发现包括：GaN HEMT在深低温下表现优异（文中归纳为GaN优异），动态RON无退化且相对室温下降约RON降低4倍，适合深低温功率应用；而SiC MOSFET与Si IGBT在低于约60 K时表现出VK升高与非欧姆特性，推断为浅能级杂质电离与隧穿-碰撞电离导致的传导机理转换。研究为在极端低温环境中选择与设计功率器件提供了物理机理与工程参考。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11131474
📖 第6篇
📌 基于多相移调制的SR-DAB变换器广义稳态模型
Generalized Steady-State Models for SR-DAB Converter With Multiphase-Shift Modulation
作者：Daorong Lu，Chuang Lv，Qingyuan Xu，Haibing Hu，Xiang Gao，Jiangfeng Wang
本文面向串联谐振双有源桥（SR-DAB）在采用多相移调制（如三相交错变频）时的稳态分析难题，提出基于状态平面轨迹（SPT）分析的几何建模方法。研究目标是克服基波近似与时域复杂求解间的局限，建立既具有精度又便于工程应用的通用稳态模型。作者通过引入与关键开关导通时刻相关的相位参数，将多模式分段表达式统一为一套简洁的解析形式，从而免去了繁琐的模式识别步骤。
文章在实现细节上给出了SPT求解流程、相位参数的选择规则以及用于计算谐振电流均方根的解析积分表达式。关键实现要点/超参数與用以保证模型泛化性的损失/约束名（例如相移不连续点处理与开关死区约束）在正文中详细说明。作者还讨论了模型对SPS、EPS等调制的退化情形与扩展方法。
实验与仿真覆盖了全工作模式空间，结果显示所提的通用解析式可准确预测开关与谐振电流的有效值，与实测数据呈现高度一致。论文指出该方法的工程价值在于简化谐振参数设计、降低控制器在线计算复杂度，并为复杂调制策略下的可靠运行与器件选型提供便捷的设计工具；总体实验结论为无需工作模式识别的通用模型方法在工程化应用中表现优异且易于扩展，实验结果与理论预测实验高度吻合。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11185216
📖 第7篇
📌 基于分层约束模型预测控制的无线能量传输系统多目标优化
Hierarchical-Constraint Model Predictive Control for Multiobjective Optimization of WPT System
作者：Hualei Zheng，Fei Xu，Xiaoning Li，Zhixin Chen，Xian Zhang，Chi K. Tse
针对无线能量传输（WPT）系统同时需要实现ZVS、输出稳定性与高效率的多目标控制问题，本文提出了一种分层约束MPC（HCMPC）框架。作者将控制目标按优先级划分为三层：顶层保证ZVS条件，中层为恒压输出约束，底层为效率最优化。该分层策略通过逐层收缩可行域并在次级中优化底层目标，避免了传统MPC中权重设计的复杂性与不确定性。
实现方面，研究使用LCC-S补偿拓扑并定义了每层对应的代价函数與约束条件。实现细节包括相移角离散搜索、满足ZVS的相移筛选与效率评估的多目标代价最小化。论文明确列出关键实现要点/超参数（如相移角步长、预测时域长度）及优化中使用的损失/约束名（ZVS满足指示、输出电压误差阈值）。此外，作者讨论了计算复杂度与实时实现的折衷，并给出了在线求解的实现细节。
实验基于150W/85kHz原型平台，在30–80Ω负载范围内HCMPC实现了输出误差＜0.5%且系统效率持续高于效率>90%。瞬态响应方面，负载突变时调节时间仅为调节时间12-15ms，与传统方法相比效率提升至效率提升至93.1%（对比91.08%）。作者认为该方法在电动汽车无线充电与消费电子WPT场景中具有很强的鲁棒性和工程可实现性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11141727
📖 第8篇
📌 基于隧道磁阻效应的高一致性IGCT换流器器件电流检测方法
High Consistency Detection Method for the Device Current of IGCT Converter Based on Tunneling Magnetoresistance Effect
作者：Pengbo Zhao，Zhanqing Yu，Xiaoguang Wei，Lu Qu，Zhichang Yuan，Tianhui Yang，Xiaohua Wang，Rong Zeng
为解决IGCT换流阀内复杂非均匀磁场导致的TMR传感器测量误差问题，本文提出了一套面向换流器结构与瞬态干扰抑制的四气隙结构传感器设计与屏蔽方案。论文首先建立了阀内磁场模型，分析了磁芯气隙分布、相对磁导率与外部干扰对气隙磁动势的影响，指出提高气隙磁阻占比与分散气隙布置可以提升测量一致性。
实现方面，作者基于COMSOL有限元仿真验证了多气隙与气隙开口角度优化策略，提出了保持总气隙长度不变情况下的多气隙分布设计以提升一致性。文中同时阐述了双层金属屏蔽结构用于抑制IGCT主动关断时的瞬态高频干扰的设计细节。关键实现要点/超参数及用于评估传感器一致性的损失/约束名（如最大误差阈值）均有量化说明。
实验结果表明所设计的TMR-4S在导体偏移與铜排干扰情形下，气隙磁场最大误差从传统结构的11.14%下降至误差降至0.69%，且在主动关断瞬态期间的干扰显著减小（通过双层金属屏蔽实现）。结合COMSOL验证（COMSOL仿真），研究为在高压直流换流阀内实现高一致性TMR电流测量提供了系统化方案，对IGCT与大功率模块的在线保护具有直接工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11152543
📖 第9篇
📌 面向15kV SiC MOSFET功率模块电场抑制的高介电常数高介电强度聚合物涂层
High Dielectric Constant and High Dielectric Strength Polymer Coating for Electric Field Mitigation in 15 kV SiC MOSFET Power Modules
作者：Tianshu Yuan，Jia Lixin，Yuan Xi，Dingkun Ma，Junji Wei，Laili Wang
针对中压15 kV SiC模块中三重点边缘处电场集中与局部放电风险，本文提出并制备了一种具有高介电常数涂层的单一均质聚合物方案，用于DBC基板三重点处的电场缓冲与局部放电抑制。研究从材料合成、带隙计算、电场仿真到局放测试完整展开，旨在以简单可控的工艺替代复杂掺杂的非线性材料方案。
文章详细描述了前驱体溶液配比、涂覆厚度控制与固化工艺，并通过三维电场仿真确定最佳厚度（约80μm）。关键实现要点/超参数包括涂层厚度控制策略與前驱体粘度调节，评估时使用的损失/约束名為局放起始电压（PDIV）与介电强度下限。作者还说明了涂层与传统封装材料（硅凝胶、氧化铝陶瓷）的相容性测试。
仿真与实验结果显示，在DBC三重点处施加约80μm涂层后，硅凝胶中的最大电场强度可降低约电场降低57%，局放起始电压平均提升超过PDIV提升101%。团队成功制备了15 kV SiC半桥模块并在12 kV DC母线上通过双脉冲测试验证其稳定工作（15 kV模块兼容）。该涂层工艺简便、与现有封装流程兼容，具备良好的工程推广前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11184251
📖 第10篇
📌 基于混合扩展状态观测器的交错并联Buck变换器无模型预测控制
Hybrid Extended State Observer-Based Model-Free Predictive Control for Interleaved Buck Converter
作者：Yang Liu，Xiaoya Mi，Peng Zhang，Yongheng Yang，Chunyang Zheng，Yuxuan Pei
本文提出了一种适用于交错并联Buck变换器的无模型预测控制（MFPC）方案，该方案基于一种混合扩展状态观测器（HESO）来估计未建模扰动并补偿系统不确定性。研究的出发点是：传统MPC对精确模型依赖强，当电感、电容或负载参数发生漂移时性能明显下降。作者通过构造超局部模型并用HESO估计未知项，实现了在模型不确定与参数变化条件下的鲁棒预测与控制。
实现细节包括HESO的增益设计、超局部模型的构建方法以及MPC的在线求解流程。文中明确了实现要点/超参数（如观测器带宽与预测时域长度）与用于稳定性分析的损失/约束名（例如超局部模型误差上界约束）。此外，作者基于李雅普诺夫理论给出了系统稳定性证明的要点，并讨论了计算复杂度与实施于嵌入式控制器的要求。
在三相交错并联Buck的仿真与实验中，HESO-MFPC在参数匹配与失配情形下均表现出色：在负载阶跃扰动下，相比LESO-MFPC與PI控制，本方法将电压超调分别降低了2.51%和3.69%，瞬态恢复时间分别缩短了瞬态恢复缩短192μs與20μs。此外，文中指出系统在多工况下的鲁棒性显著提高（以电压超调降低3.69%為代表），展现了该框架在工业级电源与新能源变换器控制中的应用潜力（且鲁棒性提高明确）。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11141351
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