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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics期刊2025年issue11文章推送（第4期/共12期）。本期推送共包含10篇研究论文，聚焦于电力电子变换器拓扑创新、新能源系统功率优化、电动汽车充电技术及高可靠性功率器件等前沿领域，涵盖了从燃料电池汽车动力总成、光伏系统能量管理到宽电压范围充电器设计等多个关键技术方向。本期研究为推动相关领域的技术进步提供了坚实的理论与实验基础，具备良好的应用潜力与工程价值。
本期目录
📖 第1篇：燃料电池电动汽车中燃料电池-超级电容串联动力总成的最优DC-DC转换器
📖 第2篇：用于光伏系统自适应功率流调节的感应耦合三端口谐振变换器
📖 第3篇：用于电动汽车无线充电应用的三叶正交垫拓扑结构
📖 第4篇：基于简化时域模型的最大效率跟踪辅助CLLC充电器同步整流策略
📖 第5篇：基于谐振半双有源桥的解耦控制固定开关频率准单级AC-DC变换器
📖 第6篇：基于动态虚拟阻抗网络的混合储能系统功率分配策略
📖 第7篇：一种基于飞跨电感的新型通用变换器拓扑结构
📖 第8篇：面向超宽输出电压范围电动汽车充电器的新型电流馈电双有源桥DC-DC变换器
📖 第9篇：考虑对流换热系数变化的低气压环境下SiC MOSFET寿命预测方法
📖 第10篇：电气牵引驱动系统主电路接地故障的差异化运行策略
📖 第1篇
📌 燃料电池电动汽车中燃料电池-超级电容串联动力总成的最优DC-DC转换器
An Optimal DC–DC Converter for Fuel Cell-Supercap Series-Connected Powertrain in Fuel Cell Electric Vehicles
作者：Seung Hyun Kang，Hyeon Soo Kim，Yun Seong Hwang，Byoung Kuk Lee
本文针对燃料电池电动汽车(FCEV)提出了一种基于串联电源配置的新型优化DC-DC转换器及灵活的串并联转换控制策略。通过创新性地采用串联连接结构，显著降低了各电源单元的体积，实现了动力系统在成本与尺寸上的优化设计。
传统FCEV系统一般采用并联配置，但存在电源体积大和系统效率受限的问题。该研究通过将燃料电池(FC)与超级电容(SC)串联，提升转换器输入电压以降低导通电流，进而提高效率。实验显示，串联模式下转换器效率可达98.4%。
核心创新包括：一是提出了支持串并联灵活切换的电路拓扑，兼具串联高效优势与并联快速动态响应；二是开发了基于初始占空比的过渡控制算法，有效减少直流链路电压波动，将瞬态响应时间缩短至200毫秒以内。
研究团队设计了120kW转换器并制造了12kW原型机进行实验验证。体积比较显示，采用串联结构后，FC堆体积减少约47%，SC堆体积减少约37%，显著提升了内部空间利用率。该技术提升系统可靠性，降低导通电流和热应力，为高功率FCEV动力系统优化提供了实用方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11079875
📖 第2篇
📌 用于光伏系统自适应功率流调节的感应耦合三端口谐振变换器
An Inductive Coupled Three-Port Resonant Converter to Achieve Adaptive Power Flow Adjustment for PV Systems
作者：Ting Qian，Xuefan Yu
本文提出了一种创新的三端口功率变换器拓扑结构，旨在显著提升独立光伏（PV）系统的能量转换效率。该设计结合了两个感应耦合的LLC谐振槽，实现了光伏组件与储能电池间的自适应负载功率分配和单级功率转换。
与传统多端口采用多级变换不同，本文通过优化功率流路径，将电池放电时的功率转换级数从三级减少到一级，大幅降低整体功率损耗。
核心创新包含：采用两个多开关桥臂整合多个功率转换，仅需6个MOSFET，较现有方案节省开关数量降低成本；两个感应耦合谐振槽通过相位控制实现自适应功率分配，保证软开关特性。
实验结果显示，相比传统双向变换器，转换效率提升最高达6.5%，尤其在电池供电时，单级转换显著节能。同时，由于耦合电感设计灵活，该拓扑对输入不平衡表现出更高耐受性。此成果为独立光伏系统提供了高效且经济的能量管理新方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11098484
📖 第3篇
📌 用于电动汽车无线充电应用的三叶正交垫拓扑结构
A Trifoil Quadrature Pad Topology for Electric Vehicle Wireless Charging Applications
作者：Feiyang Jackman Lin，Grant A Covic，Patrick Lawton
本文针对电动汽车无线充电的磁互操作性和功率等级兼容性难题，提出了一种创新的三叶正交垫(TFQP)拓扑结构。该结构由4个解耦线圈组成，采用三层铜层设计，支持50kW功率传输，且在对齐及错位状态均表现稳定。
核心设计是三个对称分布的三叶线圈围绕一个中心正交线圈，线圈通过重叠实现解耦，保持旋转对称性并降低系统厚度。有限元分析确认线圈间耦合因子接近零，保证高效能量传输。
实验显示，在160-210mm地面间隙及±75mm水平错位内，系统可稳定传输50kW，效率维持在88.9%-89.7%，显著降低所需输入电压范围（从232V降至95V），降低电源转换器成本和复杂度。
该设计此外具备固有互操作性，可与多种拓扑的接收端兼容，适用于重型电动汽车及货运卡车无线充电，简化控制系统，助推商业化应用与标准制定。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11073086
📖 第4篇
📌 基于简化时域模型的最大效率跟踪辅助CLLC充电器同步整流策略
A Simplified Time-Domain Model-Based Maximum Efficiency Tracking-Aided Synchronous Rectification Strategy for CLLC Chargers
作者：Ruizhi Wei，Haoran Wang，Gregory J. Kish，Yunwei Li
本文聚焦于CLLC变换器中同步整流(SR)技术的提升，针对传统SR方法存在的硬件成本高或数学模型复杂问题，提出结合简化时域模型(STDM)与最大效率跟踪(MET)的创新SR策略。
研究针对体二极管整流(BDR)带来的效率瓶颈，通过详细数学推导为不同工况下的SR设计初始占空比与门极信号相位。为克服STDM模型精度限制，提出MET辅助信号调整方法，实现二极管电流最小化。
该策略无需复杂传感器或控制，可有效免疫寄生参数和系统波动。实验数据显示，生成的SR信号误差极小，且CLLC变换器的效率较二极管整流有显著提升，为提高充电器性能提供了经济实用方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078152
📖 第5篇
📌 基于谐振半双有源桥的解耦控制固定开关频率准单级AC-DC变换器
A Quasi-Single-Stage AC-DC Converter Based on Resonant Semi-Dual-Active-Bridge With Decoupled Control and Fixed Switching Frequency
作者：Peisong Ma，Deshang Sha
随着对清洁能源和绿色交通的需求提升，本文提出了一种基于谐振半双有源桥(semi-DAB)的准单级高频隔离AC-DC变换器，以实现高功率密度及高转换效率。
方案采用多模式控制策略与固定开关频率控制，并设计了四种解耦谐振电感电流调制模式，优化谐振腔以提升性能与效率。
核心创新点包括首次提出无缝多模式调制，实现交流线路周期内的性能优化；全周期均可实现零电压开关(ZVS)，有效降低开关损耗。实验显示其峰值效率达96.47%，具备极宽ZVS软开关范围及良好动态响应能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11029628
📖 第6篇
📌 基于动态虚拟阻抗网络的混合储能系统功率分配策略
A Power Allocation Strategy for Hybrid Energy Storage System Based on Dynamic Virtual Impedance Network
作者：Yun Zhang，Shihong Jing，Yihang Wei，Zhen Huang，Fei Gao
针对电池-超级电容混合储能系统(HESS)功率分配，本文提出基于动态虚拟阻抗网络的创新控制策略，实现了能源功率协同优化、直流母线电压调节及超级电容荷电状态自恢复。
本文分析了传统R-C阻抗局限，提出适用于多组电池与超级电容的R-RC阻抗网络结构，并引入可变直流母线参考电压策略与SOC自恢复机制，有效解决电压跌落和不稳定问题。
实验在多电池与多超级电容平台上验证，显示可实现功率频分和动态功率分配，动态调整虚拟阻抗参数，消除电压偏差并实现超级电容SOC自恢复，显著提升系统运行效率和寿命。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11085113
📖 第7篇
📌 一种基于飞跨电感的新型通用变换器拓扑结构
A Novel Flying Inductor-Based Universal Converter Topology
作者：Naser Vosoughi Kurdkandi，Sze Sing Lee，Oleksandr Husev，Zhi Cao，Chunting Chris Mi
本文提出了一种基于飞跨电感(Flying Inductor, FI)的新型单相变换器拓扑，具备升降压能力，可适应宽范围输入电压并实现不同直流输入电压下的固定交流输出电压。
该设计输入输出端共地连接，适合可再生能源系统，消除隔离需求并有效抑制漏电流；且无须电解电容，显著提升系统寿命，能支持非单位功率因数负载。
采用单级功率处理结构，实现了高效率（直流-直流99.2%，直流-交流97.7%），双向功率流能力使其成为交流与直流微电网理想接口。实验验证表明其在200-400V输入下稳定输出230Vrms，整体性能优于现有方案，具备小型化与高效转换优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11096412
📖 第8篇
📌 面向超宽输出电压范围电动汽车充电器的新型电流馈电双有源桥DC-DC变换器
A Novel Current-Fed Dual-Active-Bridge DC–DC Converter for Ultra-Wide Output Voltage Range Electric Vehicle Battery Charger
作者：Triptendu Chaudhury，Debaprasad Kastha
随着电动汽车广泛采用，需求高效且紧凑的电池充电设备。本文提出一种新型电流馈电双有源桥(CFDAB)DC-DC变换器，匹配150V至920V超宽输出电压范围，适应400V及800V电池系统。
传统CFDAB采用相移+占空比控制方式时，高频链路(HFL)导通损耗大且软开关受限。本文创新点在于将变压器绕组电压脉冲宽度与占空比解耦，降低损耗，实现全范围ZVS软开关。
系统通过输入并联、输出串联/并联的模块化配置，实现对不同电压范围的支持。7.7kW原型实验验证理论，峰值效率达98.16%，轻载效率较传统设计提升约5%，控制策略响应迅速，模块间功率均衡，具备良好推广前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11058463
📖 第9篇
📌 考虑对流换热系数变化的低气压环境下SiC MOSFET寿命预测方法
A Lifetime Prediction Method for SiC MOSFET Under Low Air Pressure Environment Considering Variation of Convective Heat Transfer Coefficient
作者：Zhenye Wang，Xiong Du，Hongyu Nie，Heng-Ming Tai
本文针对低气压环境（LAPE）下空气冷却能力减弱对SiC MOSFET寿命的影响，提出一种结合气压与散热器对流换热系数的寿命预测方法，通过物理与数据驱动相结合，实现器件寿命的精确估算。
方法中构建了气压(Pa)与对流换热系数(hha)的函数关系，利用Anand粘塑性本构方程和有限元模型，分析焊料层热疲劳应变及其退化与热阻(Rth,jc)变化关系。
功率循环测试表明，700hPa下SiC MOSFET寿命相较标准大气压缩短了4700次循环，预测误差控制在360次循环内。该方法有助于高海拔地区光伏及其他功率器件的可靠性设计及散热优化。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11059977
📖 第10篇
📌 电气牵引驱动系统主电路接地故障的差异化运行策略
A Differentiated Operation Strategy for Main Circuit Ground Faults in Electrical Traction Drive System
作者：Qiang Ni，Juntong Liu，Zhengkai Zhan，Ziwei Ke，Hanmin Sheng，Loi Lei Lai
针对电气牵引驱动系统(ETDS)中主电路接地故障(MCGF)的挑战，本文提出一种差异化运行策略，旨在优化故障处理阶段的功率利用率，保障列车稳定运行。
研究针对六种典型单点接地故障(SPGF)类型，分析了故障电流路径和影响范围，并基于系统硬件冗余，设计了对应的功率流重构方案，避免简单隔离整个转向架带来的资源浪费。
通过RT-LAB硬件在环实验验证，该策略能有效隔离首点故障，保障列车有限功率运行至维修点，显著提升可用功率利用率（部分场景下降率超50%），减少非必要停运，具备重要的工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11062726
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