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ISOP系统的状态空间表示及其在共频控制LLC系统自然功率分配研究中的应用
State-Space Representation of ISOP-Systems to Study Natural Power Sharing of Common Frequency Controlled LLC Based Systems
Daniel Breidenstein · Benedikt Kohlhepp · Lukas Blamberger · Thomas Duerbaum · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年12月
多模块输入串联输出并联（ISOP）DC-DC变换器适用于高输入电压与大输出电流场合，需实现输入电压与功率的均衡分配。通过共用控制信号可避免隔离式电压采样，但模块参数差异会导致功率分配不均。本文提出将单模块状态空间模型扩展至ISOP系统，克服直接建模复杂度高的问题，支持基于时间离散建模的快速时域仿真。以双LLC变换器系统为例，仿真与实验结果对比验证了方法的有效性，参数敏感性分析揭示了输入电压与负载变化下参数失配对功率分配的影响。
解读: 该ISOP系统状态空间建模技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。在高压大功率储能场景中，多模块LLC谐振变换器的ISOP架构可实现高效DC-DC变换，但参数失配导致的功率不均衡问题直接影响系统可靠性。该研究提出的状态空间建模方法可快速评估共频控制下的自然...
一种用于宽范围低输入电压DC/DC电源应用、具有降低导通损耗特性的非对称半桥谐振变换器
An Asymmetric Half-Bridge Resonant Converter Having a Reduced Conduction Loss for DC/DC Power Applications With a Wide Range of Low Input Voltage
Yeonho Jeong · Jae-Kuk Kim · Jae-Bum Lee · Gun-Woo Moon · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年10月
本文提出了一种适用于宽输入电压范围的非对称半桥（HB）谐振变换器。该拓扑通过开关集成技术，将Buck-Boost电路（与有源钳位正激变换器原边相同）与HB LLC谐振变换器相结合，有效降低了导通损耗，特别适用于低压输入场景。
解读: 该拓扑结构通过集成Buck-Boost与LLC谐振电路，显著提升了宽电压范围下的转换效率，这对阳光电源的组串式光伏逆变器（尤其是针对低压组件的优化）及储能变流器（PCS）具有重要参考价值。在光伏侧，该技术有助于提升组件在弱光或宽电压波动下的转换效率；在储能侧，该拓扑可优化电池侧DC/DC变换器的效率...
高阶广义平均法在电力电子建模中的应用：从直流到开关频率一半以上
High-Order Generalized Averaging Method for Power Electronics Modeling From DC to Above Half the Switching Frequency
View Document · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年8月
由于时变且不连续的开关动作，对接近或高于开关频率一半的频率下的电力电子变换器进行建模一直颇具难度。我们利用移动傅里叶系数的特性开发了一种高阶广义平均法，以突破开关频率一半的限制。我们还针对各种开关信号，包括脉冲宽度调制（PWM）、相移调制、脉冲频率调制（PFM）以及状态相关开关信号，提出了高阶广义平均模型，从而使电路和调制器/控制器能够分别建模并灵活组合。此外，利用移动傅里叶系数的拉普拉斯变换，在线性时不变框架下，不同频率信号及其边带的耦合被清晰地描述为相同频率移动傅里叶系数的耦合。该建模方法被...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项高阶广义平均建模方法对我们在光伏逆变器、储能变流器及新能源系统的控制优化具有重要战略价值。 该技术突破了传统建模方法在半开关频率以上的局限性，这对我们的高频开关电源系统设计至关重要。当前阳光电源的组串式逆变器和储能PCS产品普遍采用20-100kHz的开关频率，传统建...
一种采用CLLC变换器和可重构开关阵列的超级电容器单元均衡电路
A Cell Balancing Circuit With a CLLC Converter and Reconfigurable Switch Banks for Supercapacitors
Haoyue Yang · Hengzhao Yang · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年7月
本文提出一种基于CLLC变换器和可重构开关阵列的超级电容器单元均衡电路。通过四单元样机验证了静态与动态均衡方案。研究了两种串对串及一种单元对单元场景，表明该电路可灵活分组物理位置分离的超级电容器，并实现双向功率流动以平衡两组电容。动态均衡实验验证了充电与放电过程中的均衡能力。对比研究表明，所提电路在均衡速度、磁性元件数量和可扩展性方面具有优势，但硬件与控制复杂度相对较高。
解读: 该CLLC谐振均衡技术对阳光电源储能产品线具有重要应用价值。在PowerTitan大型储能系统中，超级电容器常作为功率缓冲单元应对频繁充放电工况，该电路的可重构开关阵列设计可灵活适配ST系列储能变流器的模块化架构，实现物理分离电容组的双向均衡。CLLC拓扑的软开关特性与阳光现有SiC器件应用高度契合...
用于电力电子变换器集成电力系统的电磁暂态仿真分裂状态空间方法
Splitting State-Space Method for Converter-Integrated Power Systems EMT Simulations
Xiaopeng Fu · Wei Wu · Peng Li · Jean Mahseredjian 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2024年12月
随着电力系统中电力电子设备的广泛应用，精确掌握其动态特性对系统设计、控制与保护分析至关重要。为此，常需高保真但耗时的电磁暂态（EMT）仿真。本文提出一种具备数值误差控制的高效分裂状态空间方法，通过通用解耦原理将系统状态方程分解，基于状态矩阵时变部分的分离，结合自动开关分组与开关邻接状态变量识别，定位最小开关状态相关子电路拓扑。采用多阶精度指数分裂公式求解并重构子方程，并利用指数分裂格式加速矩阵指数计算。该方法在含直流负载的配电网、LLC谐振变换器、大规模风电场及MMC电路等多种场景下验证了准确性...
解读: 该分裂状态空间EMT仿真方法对阳光电源的多个产品线具有重要应用价值。首先，LLC谐振变换器仿真可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的高频隔离DC-DC设计优化。其次，高效的开关状态识别算法有助于PowerTitan等大型储能系统的多模块并联建模与控制策略验证。方法的数值误差控制特性可提...
四脚矩阵变压器不对称杂散电容导致的感应电压振荡分析与消除
Analysis and Elimination of Induced Voltage Oscillation in Four-Leg Matrix Transformer
Yong Li · Junyang Bao · Bangyin Liu · Shanxu Duan · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
矩阵变压器因高效率和均流特性广泛用于各类隔离DC/DC变换器。四脚矩阵变压器以2x2排列将四个变压器单元集成到四脚磁芯中,降低磁芯损耗同时有效提高功率密度。然而应用于户用储能系统(ESS)、数据中心电源等48V母线应用时,低压侧绕组需串联降低磁通密度,导致各绕组感应电压振荡显著增加磁芯损耗。建立改进的四脚矩阵变压器杂散电容模型揭示不对称杂散电容导致感应电压振荡。基于分析提出两种平衡绕组消除振荡。3.5kW 400/48V LLC变换器样机验证,采用平衡绕组消除振荡,全负载效率提升,特别是轻载提升...
解读: 该矩阵变压器振荡消除技术对阳光电源户用储能和数据中心电源产品有重要优化价值。平衡绕组设计可应用于ST储能系统48V DC-DC模块的LLC变压器设计,降低磁芯损耗并提高轻载效率。该技术对户用光伏储能系统功率密度提升有参考意义。0.5%轻载效率改善对PowerTitan储能系统和数据中心UPS的待机损...
在宽工况范围提高谐振变换器族效率的设计程序和控制方法
A Design Procedure and Control Method for Improving Efficiency of a Family of Resonant Converters Over Wide Operating Conditions
Jasem Shahsevani · Reza Beiranvand · IEEE Access · 2025年1月
谐振变换器被公认为高效变换器,在电动汽车、电池充电器和光伏电池等各行业有众多应用。然而轻载或空载条件下效率低是主要挑战之一,当开关频率在输出电压调节期间显著偏离谐振频率时出现,导致高循环电流和开关谐波值。本文针对谐振网络电路中具有并联元件的谐振变换器提出新设计程序和控制方法,解决轻载或空载低效率问题。该控制算法基于频率调制方法,同时利用谐振网络电路中的可变电容或电感。通过设计各变换器在开路和短路谐振频率间运行,并通过改变电压增益-频率特性在谐振频率附近运行调节输出电压,循环电流得到良好限制。为验...
解读: 该谐振变换器设计技术对阳光电源车载OBC和储能DC-DC变换器产品线有重要应用价值。阳光OBC需要在宽输入电压和负载范围保持高效率。LLC谐振拓扑与阳光DC-DC产品技术路线一致。可变电容或电感的控制方法可应用于阳光谐振变换器的效率优化。轻载高效率特性对阳光待机功耗降低和能效提升有价值。该研究验证的...
考虑开关结电容的高开关频率电力电子变换器实时仿真方法
Method for the Real-Time Simulation of High Switching Frequency Power Electronic Converter Considering Switch Junction Capacitance
Zonghui Sun · Xizheng Guo · Shinan Wang · Yue Li 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月
RON/ROFF模型因精度高适用于高开关频率电力电子变换器的实时仿真，但其忽略开关瞬态过程且需迭代判断开关状态，限制了仿真准确性与频率范围。为此，本文提出一种计及开关结电容效应的改进方法，通过构建等效状态方程，避免将结电容作为状态变量，实现非迭代求解开关状态，显著降低计算量。结合后向欧拉法确保系统稳定性，并实现半桥臂解耦，大幅减轻开关状态判别负担。FPGA实验证明，该方法在30 ns步长、250 kHz开关频率下对LLC谐振变换器的实时仿真结果与硬件实验一致，验证了其有效性与精确性。
解读: 该实时仿真方法对阳光电源高频电力电子产品研发具有重要价值。LLC谐振变换器广泛应用于ST系列储能变流器的DC-DC隔离级和车载OBC充电机，其250kHz高开关频率特性要求精确的仿真工具。该方法通过计及开关结电容效应并实现非迭代求解，可将仿真步长缩短至30ns，显著提升PowerTitan储能系统中...
脉冲阶梯调制高压电源驱动电路能量供给与控制协调方法研究
Research on the Energy Supply and Control Coordination Method of Drive Circuit in Pulse-Step-Modulation High-Voltage Power Supply
Linxiang Ou · Wenguang Chen · Tianyi Duan · Cheng Yang 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年8月
脉冲阶梯调制（PSM）电源是一种多模块串联输出的高压电源，广泛应用于加速器、微波发生器等装置。当前PSM电源存在动态响应慢、控制光纤多、模块供电电路复杂等问题，导致电气结构复杂、体积庞大。本文提出采用LLC谐振变换器为各模块主电路提供直流电压，并在驱动电路中将电源与控制信号合成一路信号，通过高压电缆协调传输，接收端再将其分离为直流电源和控制信号。研制了15级模块样机，实现了重复频率达33 kHz的阶梯三角波、准方波及调制波输出，上升时间可调。该方法可拓展应用于级联多电平变换器与Marx发生器。
解读: 该PSM电源的能量供给与控制协调方法对阳光电源储能与功率变换产品具有重要借鉴价值。其LLC谐振变换器供电方案可应用于ST系列储能变流器的多模块供电优化，降低辅助电源复杂度；电源与控制信号合成传输技术可简化PowerTitan大型储能系统的模块间通信架构，减少光纤数量和布线成本。多级串联快速响应控制思...
面向可嵌入数字孪生的功率变换器温度监测体素法
Toward Embeddable Digital Twins - A Voxel-Based Approach for Power Converter Temperature Monitoring
Xianghao Mo · Daniel Ríos Linares · Regina Ramos · Miroslav Vasić · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年2月
提出采用时域有限差分(FDTD)方法的新型体素法用于功率变换器实时三维温度映射。该方法通过数字孪生(DT)提供功率变换器瞬态热行为,为功率变换器健康管理提供先进温度监测解决方案。核心特征是从物理设计到热仿真对功率变换器及其元件进行数字化。采用自适应网格技术应对FDTD计算需求,显著减少功率变换器热仿真所需资源。为确保实时监测在嵌入式系统上实现DT,分析DSP与FPGA适用性,结论是FPGA因热求解器并行化和SoC平台数据管理协同而理想。实验验证所提方法精度误差不高于5%。
解读: 该可嵌入数字孪生温度监测技术对阳光电源功率变换器健康管理有重要创新价值。体素FDTD方法可应用于ST储能变流器和SG光伏逆变器的实时热监测,实现精准温度预测和故障预警。FPGA实现的自适应网格DT对PowerTitan大型储能系统的在线热管理有借鉴意义,可优化散热设计并延长器件寿命。该技术对阳光电源...
一种带储能的大型全金属烹饪锅综合感应加热电源系统
A Comprehensive Induction Heating Power System for Large All-Metal Cooking Pots With Energy Storage
Qixiang Yang · Fujun Ma · Junpan Wang · Zhengxiao Zhang 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月
针对商用自动烹饪设备的高功率需求，提出一种带储能端口的全金属感应加热电源系统。该储能端口可实现削峰填谷并利用分时电价降低运行成本。为解决非铁磁性锅具等效电阻小、易引发逆变器过流的问题，采用具备开关切换的双谐振拓扑结构：铁磁性锅具采用半桥LC串联谐振，非铁磁性锅具则切换至全桥LLLC谐振拓扑。相比LLC电路，LLLC显著降低输出阻抗角与开关损耗，提升效率。同时提出平均脉冲密度调制与脉频调制结合的控制策略，在重载时采用APDM调节功率，轻载时切换拓扑并转为PFM控制，确保负载电流连续，实现全功率范围...
解读: 该文的双谐振拓扑切换技术与APDM/PFM混合控制策略对阳光电源储能变流器产品具有重要参考价值。其储能端口削峰填谷设计可直接应用于ST系列储能变流器的能量管理优化；LLLC谐振拓扑降低输出阻抗角的方法可借鉴至SiC/GaN功率器件的三电平拓扑设计中，提升轻载效率；APDM与PFM结合的全功率范围控制...
数字孪生驱动的高可靠性电力电子系统特刊主编寄语
Guest Editorial Special Issue on Digital Twin Driven High-Reliability Power Electronic Systems
Jiangbiao He · Paolo Mattavelli · Fernando Briz · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年7月
为满足全球零排放可持续能源发展需求，交通和公用电力等行业正经历快速变革，电力电子在电动汽车、电动船舶、飞机、太阳能/风能发电和储能等众多功率转换系统中发挥支柱作用。然而电力电子可靠性尚未受到足够重视，特别是在安全关键应用中可靠性应是首要设计优先级。工业4.0和5.0着重互联性、自动化、智能和实时状态监测，数字在线预防性维护和优化至关重要。数字孪生是物理系统的数字复制品，可准确预测和反映物理系统的实时健康状况，通过物理组件与数字孪生模型间的实时双向数据流实现。该特刊发表10篇文章涵盖数字孪生参数估...
解读: 该数字孪生特刊与阳光电源智能运维战略高度契合。特刊涵盖的Buck/Boost变换器数字孪生参数估计、五电平ANPC逆变器故障诊断和SiC MOSFET模块电-热-机械建模与阳光iSolarCloud平台的智能诊断和预测性维护功能发展方向一致。数字孪生技术在直流电容、电感、开关管寄生电阻实时估计方面的...
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