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高压平面变压器绕组损耗的建模与评估
Modeling and Evaluation of Winding Loss for High-Voltage Planar Transformer
Hanyu Liu · Kai Sun · Zheyuan Yi · Guoen Cao 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
精确评估绕组损耗对平面变压器的优化设计至关重要。本文提出一种改进的一维模型，以解决高压绝缘条件下平面变压器损耗计算误差问题。该增强型一维模型可准确计算横向电流分布及绕组损耗，并通过有限元分析（FEA）验证其准确性。基于该模型，进一步评估平面绕组损耗并实现高压平面变压器的优化设计。采用部分交错和不等宽PCB绕组等特殊结构以最大化PCB绝缘能力。实验样机功率密度达14 kW/L，绝缘电压为10 kV，绕组损耗降低41%，验证了所提模型指导下优化设计的有效性。
解读: 该高压平面变压器绕组损耗建模技术对阳光电源高频隔离型产品具有重要应用价值。在ST系列储能变流器中，高压隔离变压器是DC/DC变换环节的核心部件，该改进型一维模型可精确计算部分交错和不等宽绕组结构的损耗分布，指导平面变压器优化设计，实现功率密度提升和效率优化。对于1500V光伏系统的SG逆变器和车载O...
串联式双定子轴向磁通永磁电机的综合设计与性能分析
Comprehensive Design and Performance Analysis of Series Dual Axial Flux Permanent Magnet Machine
Zhenxing Guo · Bing Peng · Haiying Wu · Dongfang Zhen · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年1月
为了解决深槽轴向磁通永磁电机（AFPM）槽漏磁大、功率因数低和电磁转矩小的问题，提出了一种具有四个定子的串联双轴向磁通永磁电机（SD - AFPM）。首先，对SD - AFPM、内转子电机（IR - AFPM）和多盘串联电机（SMD - AFPM）的电磁性能进行了全面比较，以证明所提出的SD - AFPM在提高功率因数和电磁转矩方面的有效性。其次，根据SD - AFPM的结构特点，设计了一种三通道冷却系统，并通过三维有限元分析（3D - FEA）对该冷却系统的散热能力进行了分析。然后，在考虑电磁...
解读: 该串联式双定子轴向磁通永磁电机技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要应用价值。其高转矩密度、高功率因数特性可直接应用于电机驱动系统，提升功率密度和系统效率。优化的磁路设计降低槽漏磁、提升气隙磁密均匀性的方法，可为阳光电源车载OBC充电机中的磁性元件设计提供参考，减小体积、提高功率密度。该电机的三维有...
一种广泛适用的等效气隙法用于计算WPT系统中带有限磁芯线圈间的互感
An Extensively Applicable Equivalent Air Gap Method for Mutual Inductance Calculation Between Coils With Finite Magnetic Cores in WPT Systems
Shuai Dong · Bolong Wei · Beibei Song · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
线圈是无线电力传输（WPT）系统中的关键部件，其磁场尤其是互感分析对系统预设计与性能评估具有重要意义。为提高传输功率并减少漏磁，通常在线圈内部安装有限尺寸的磁芯，但这显著增加了磁场计算的复杂性，常需依赖耗时的有限元仿真，难以高效优化系统性能。本文基于磁路欧姆定律提出等效气隙（EAG）概念，将带有限磁芯的线圈等效为无磁芯模型，实现互感的快速高效计算。该方法不受线圈与磁芯具体结构限制，适用范围广，并通过仿真与实验结果验证了其有效性。
解读: 该等效气隙互感计算方法对阳光电源无线充电产品线具有重要应用价值。在车载OBC和充电桩的无线充电模块设计中，该方法可快速优化收发线圈与磁芯的结构参数，替代耗时的有限元仿真，显著提升研发效率。对于PowerTitan储能系统中的磁性元件设计（如耦合电感、变压器），该方法可精确计算漏感与互感，优化磁芯尺寸...
具有集成屏蔽的PCB电感器以抑制开关电场并降低共模噪声
PCB Inductor With Integrated Shielding to Contain Switching Electric Field and Reduce CM Noise
Tyler McGrew · Xingyu Chen · Qiang Li · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年9月
功率半导体技术的持续改进使得电源能够日益小型化和集成化。然而，必须谨慎操作，以确保转换器的开关噪声不会干扰其传感电路、栅极驱动器或电磁干扰（EMI）滤波器。先前的研究已表明，开关噪声如何通过电容耦合到 EMI 滤波器并显著增加传导共模（CM）噪声。本文旨在通过在开关和印制电路板（PCB）绕线电感器周围集成导电屏蔽层，来抑制前端功率因数校正（PFC）转换器的开关电场。本文提出了一种新型平面电感器结构，可在不显著增加涡流损耗的情况下屏蔽电感器的电场。所提出的屏蔽层能有效抑制基于氮化镓（GaN）的图腾...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项PCB集成屏蔽电感技术对我们的光伏逆变器和储能系统产品具有重要应用价值。该技术针对功率因数校正（PFC）变换器中的共模（CM）噪声问题，通过在开关器件和PCB绕组电感周围集成导电屏蔽层，有效抑制开关电场的耦合干扰，在GaN基图腾柱PFC拓扑中实现了高达28dB的CM噪声...
用于同步电机转子励磁的2-kW、6.78-MHz电容式功率传输与位置解算系统
A 2-kW, 6.78-MHz, Capacitive Power Transfer and Position Resolver System for Synchronous Machine Rotor Excitation
Marisa J. T. Liben · Daniel C. Ludois · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年7月
绕线磁场同步电机（WFSM）具有高功率密度、优异的弱磁性能，并避免稀土元素市场波动，适用于电动汽车驱动。当前研究致力于在保持性能与效率的同时降低无刷转子励磁系统的成本与复杂性。本文提出一种基于串联谐振电容式功率传输（CPT）机制，并集成电容式位置解算器的方案以降低驱动系统成本。解算器集成于PCB型电容耦合器中，利用主功率通路作为载波信号。系统由基于解析法与有限元分析设计的6.78-MHz ISM频段GaN逆变器驱动。实测表明，向励磁绕组传输峰值达2.3 kW的功率，效率超过88%；未滤波解算器的...
解读: 该6.78MHz高频CPT技术对阳光电源新能源汽车驱动系统具有重要参考价值。文中GaN逆变器在ISM频段实现2.3kW功率传输、效率超88%的设计方法，可应用于阳光电源车载OBC充电机和电机驱动产品的高频化升级，提升功率密度并减小磁性元件体积。串联谐振拓扑与电容耦合技术可借鉴至无线充电桩产品开发。集...
双向LLC变换器用垂直集成四腿矩阵变压器的设计与优化
Design and Optimization of Vertically Integrated Four-Leg Matrix Transformer for Bidirectional LLC Converter
Yong Li · Junyang Bao · Bangyin Liu · Shanxu Duan · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年9月
由于具有高效和体积紧凑的优点，双向电感 - 电感 - 电容（LLC）变换器适用于48 V住宅光伏与储能系统（PV - ESS）。本文提出了一种垂直集成的四桥臂矩阵变压器结构，将四个电感单元和四个变压器单元集成到一个磁元件中，使电感和变压器能够独立优化并降低磁芯损耗。为适应住宅光伏与储能系统应用，针对加州能源委员会加权效率（CEC效率）对谐振槽参数、谐振频率和绕组匝数进行了精心优化。此外，提出了一种具有均流功能的改进型“8”字形绕组，以改善功率级的布局。进一步地，给出了基于有限元分析（FEA）的所...
解读: 从阳光电源户用光储系统业务视角来看，这项垂直集成四桥臂矩阵变压器技术具有显著的战略价值。该技术针对48V户用光储系统设计的双向LLC变换器，与我司在户用储能领域的产品布局高度契合，特别是在提升系统效率和功率密度方面展现出明显优势。 该技术的核心创新在于将四个电感单元和四个变压器单元集成为单一磁性元...
一种用于电池管理系统中具有42 ppm/V线性灵敏度的2.69 ppm/℃带隙基准源
A 2.69 ppm/℃ bandgap reference with 42 ppm/V line sensitivity for battery management system
Jing Wang1Feixiang Zhang1Zhiyuan He1Hui Zhang2Lin Cheng1 · 半导体学报 · 2025年6月 · Vol.46
本文提出了一种面向电池管理系统（BMS）的高精度带隙基准源（BGR），具备超低温度系数（TC）和线性灵敏度（LS）。该BGR采用电流模式结构，结合斩波运放与内部时钟发生器以消除运放失调，利用低压差稳压器（LDO）和预稳压器分别提升输出驱动能力与LS性能。通过曲率补偿抑制高阶非线性效应，并在20℃和60℃两点进行修调，结合固定曲率校正电流，实现芯片级超低TC。基于CMOS 180 nm工艺实现，核心面积0.548 mm²，工作电压2.5 V，从5 V电源汲取84 μA电流。在-40℃至125℃范围...
解读: 该超低温度系数带隙基准源技术对阳光电源储能与充电产品线具有重要应用价值。在PowerTitan大型储能系统和ST系列储能变流器的BMS模块中，2.69 ppm/℃的温度系数和42 ppm/V线性灵敏度可显著提升电池电压采样精度，优化SOC/SOH估算算法，增强储能系统在-40℃至125℃宽温域的可靠...
航空航天应用中1-MVA三电平ANPC逆变器的实用热解决方案
Practical Thermal Solution for 1-MVA Three-Level ANPC Inverter in Aerospace Applications
Linke Zhou · Mohamed Hefny · Samuel Hemming · Di Wang 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年6月
在航空航天应用中，高性能冷却系统对确保电力逆变器在极端工况下的可靠性至关重要。本文提出了一种适用于1-MVA碳化硅三电平有源中点钳位逆变器的实用针翅液冷系统设计。通过有限元分析与计算流体动力学仿真，评估了系统的热-流体性能，在70°C冷却液温度下满足航空环境的散热需求。采用交错针翅结构提升换热效率，兼顾可制造性与成本。对比了串并联冷板配置的流体分布均匀性与经济性，并优化密封设计以防止泄漏。实验验证表明，该系统可有效管理超过7.2 kW的功率损耗，结温低于150°C，压降低，具备高鲁棒性与成本效益...
解读: 该1-MVA三电平ANPC逆变器的针翅液冷方案对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有直接应用价值。研究中的交错针翅结构设计和串并联冷板配置优化可提升SiC功率模块在高功率密度场景下的热管理能力，使结温控制在150°C以下，压降更低。该方案的有限元与CFD联合仿真方法可应用...
垂直堆叠级联GaN HEMT功率模块的热行为研究
Thermal Behavior in Vertically Stacked Cascode GaN HEMT Power Modules Including Mutual Heating, Dissipation Disturbance, and Solder Voids
Sungtaek Hwang · Eun Pyo Hong · Min-Ki Kim · Dong Keun Jang 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月 · Vol.16
本文研究垂直堆叠级联GaN功率模块的热行为，揭示互加热、散热路径受限及焊料空洞三大热挑战。FEA仿真与实验表明：堆叠结构峰值温升比横向结构高约30%，空洞（尤其Si MOSFET下方）加剧热点；温度循环摆幅被提出为新可靠性指标。仿真与实测偏差<1.5%。
解读: 该研究对阳光电源ST系列PCS、PowerTitan储能系统及组串式逆变器中高频、高功率密度GaN功率模块的热设计具有直接指导价值。焊料空洞控制与多层堆叠热路径优化可提升PCS在高温工况下的长期可靠性；建议在下一代宽禁带半导体驱动的逆变器/PCS研发中强化有限元热-电耦合仿真，并将‘温度摆幅’纳入模...
垂直堆叠级联GaN HEMT功率模块中的热行为研究
Thermal Behavior in Vertically Stacked Cascode GaN HEMT Power Modules including Mutual Heating, Dissipation Disturbance, and Solder Voids
Sungtaek Hwang · Eun Pyo Hong · Min-Ki Kim · Dong Keun Jang 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月
与传统的横向配置相比，垂直堆叠式共源共栅氮化镓（GaN）功率器件具有显著的电气优势，包括降低寄生电感、设计紧凑以及功率密度高等。然而，将硅MOSFET直接堆叠在GaN HEMT上方会带来重大的热挑战。本研究确定了三个主要的热问题：芯片之间的相互加热、散热路径受限以及焊料空洞导致的热退化。有限元分析（FEA）模拟表明，由于这些影响，堆叠式设计的峰值温度比横向设计大约高30%。模拟还显示，焊料空洞，尤其是硅MOSFET下方的焊料空洞，会干扰垂直热流并加剧热点的形成。通过使用定制制造的模块在重复开关操...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文揭示的垂直堆叠共源共栅GaN功率模块技术对我们在光伏逆变器和储能系统领域的产品升级具有重要参考价值。垂直堆叠架构能够显著降低寄生电感、提升功率密度，这与我们追求高效率、小型化逆变器的产品路线高度契合，特别是在户用储能和工商业储能系统中，紧凑设计可直接转化为系统成本优势...
封闭式自然对流PFC-LLC氮化镓变换器中系统级热性能与功率密度的综合优化
Comprehensive System-Level Thermal Performance and Power Density Optimization in Enclosed Natural Convection PFC-LLC GaN Converters
Rahil Samani · Ignacio Galiano Zurbriggen · Ruoyu Hou · Juncheng Lu 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年1月
氮化镓增强型高电子迁移率晶体管（e - HEMT）在将效率提升至可能的极致方面表现卓越。随着功率密度按需增加且效率趋近饱和点，对半导体可靠性和热管理的担忧也日益加剧。本文聚焦于基于氮化镓的两级功率因数校正（PFC） - LLC 变换器，这是自然冷却消费电子产品中常见的一种拓扑结构，并探索解决其热瓶颈问题的方案。本文提出了一种平衡热网络，该网络通过精确的与温度相关的损耗表征将热域和电域相互连接而建立。然后将这些损耗模型应用于功率变换器的热网络中。此外，主要在元件级研究中发展起来的热耦合概念被拓展到...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于GaN器件的PFC-LLC变换器热管理优化技术具有重要的战略价值。该研究针对自然冷却条件下的功率变换系统，提出了系统级热-电耦合网络模型和多目标优化框架，这与我司在光伏逆变器和储能变流器产品中追求高功率密度、高可靠性的技术路线高度契合。 GaN器件的应用是我司下一...
环形绕组飞轮储能电机的设计与实验研究
Design and Experimental Study of a Toroidal Winding Flywheel Energy Storage Motor
Caiyong Ye · Kexin Yao · Yi Liu · Guangdong Cao 等6人 · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2025年1月
摘要：设计成本和轴承稳定性一直是飞轮储能系统（FESS）面临的挑战。本研究针对中低速场合设计了一种环形绕组飞轮储能电机，旨在应对传统高速飞轮储能电机在工艺成本和控制难度方面的挑战。首先，通过分析传统高速飞轮储能电机的结构及其存在的问题，介绍了本文的研究动机。其次，建立混合轴 - 轴承系统，以提高轴控制的稳定性并降低维护成本。创建了轴向磁轴承（AMB）的磁等效电路（MEC）以简化设计，并对径向机械轴承（RMB）的寿命进行了分析。此外，通过比较不同的转子和绕组结构，提出了一种内置式永磁电机（IPM）...
解读: 从阳光电源储能业务视角看，这项环形绕组飞轮储能电机技术为我们现有的电化学储能系统提供了重要的互补性技术路径。该研究针对传统高速飞轮系统的工艺成本和控制难度问题，创新性地提出了中低速飞轮方案，这与我们追求储能系统经济性和可靠性的战略目标高度契合。 技术价值方面，该方案采用混合轴承系统（轴向磁悬浮+径...
用于左心室辅助装置的耦合双轴向磁通永磁电机设计与性能分析
Design and Performance Analysis of Coupled Dual Axial Flux PM Machines for Left Ventricular Assist Devices
Yiğit Karabulut · Erkan Meşe · Murat Ayaz · Serkan Aktaş · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年3月
本研究旨在为左心室辅助装置（LVAD）泵设计一款小型嵌入式轴向磁通永磁同步电机（AFPMSM）。AFPMSM 结构的单位体积功率密度远高于传统径向磁通永磁电机，因此它更适合泵结构的几何形状。为进一步提高转矩密度和可靠性，双电机已成功集成到泵结构中。首先对 AFPMSM 进行解析分析以缩小设计空间，然后采用有限元分析（FEA）方法确定电机的最终形状。通过测量原型 AFPMSM 的反电动势、转矩、效率和损耗值进行了实验验证。测得的转矩常数为 9.58 mNm/Arms，这确保了当两台电机同时运行时，...
解读: 该LVAD用轴向磁通永磁电机的高功率密度设计理念对阳光电源新能源汽车驱动系统具有借鉴价值。其优化的磁路结构和有限元仿真方法可应用于电机驱动产品的小型化设计，提升功率密度与效率。轴向磁通拓扑的高转矩密度特性可启发SG系列光伏逆变器中冷却风扇电机的优化，降低系统体积与能耗。此外，该研究对热稳定性与连续运...
少即是多：用于SiC功率模块的非TIM风冷陶瓷封装以扩展热性能与机械可靠性边界
Less Is More: Non-TIM Air-Cooled Ceramic Packaging for SiC Power Modules to Extend Thermal Performance and Mechanical Reliability Boundaries
Zhaobo Zhang · Xibo Yuan · Wenzhi Zhou · Mudan Chen 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年12月
功率模块封装仍然是阻碍碳化硅（SiC）器件在变流器中实现高功率密度和最佳可靠性的制约因素之一。本文提出了一种无热界面材料（TIM）的风冷功率模块架构，即芯片直接贴装在散热器上（chip - on - heatsink），以提高热性能和结构可靠性。芯片直接贴装在散热器上的封装方式无需热界面材料，即可将导电铜走线与氮化铝（AlN）陶瓷散热器结合在一起。这种无热界面材料的封装设计简化了制造工艺，因为芯片与散热器之间的层叠结构较少，从而省去了一些步骤，如在基板上粘贴底部铜层和组装散热器。本文制作了两种1...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项无导热界面材料（Non-TIM）的芯片直接散热封装技术对我们的核心产品线具有重要战略意义。在光伏逆变器和储能变流器领域，SiC功率器件的可靠性和散热性能直接决定了系统的功率密度和长期稳定性，而这正是我们追求高效率、小型化产品的关键瓶颈。 该技术的核心价值体现在三个维度...
基于刚体与气弹模型风洞试验对比的大跨度柔性光伏支架结构风致振动响应气弹效应研究
Research on aeroelastic effect of wind-induced vibration responses of large-span flexible photovoltaic support structure based on wind tunnel experiment comparison of rigid body and aeroelastic model
Yan Qin · Shitang Keab · Boyang Wangb · Hehe Renb 等6人 · Solar Energy · 2025年8月 · Vol.296
摘要 与固定式光伏（PV）支架结构相比，大跨度柔性光伏支架结构（LSFPS）在强风作用下极易产生显著的变形和位移，导致其气弹效应不可避免。在此情况下，将刚体测压试验与有限元分析（FEA）相结合的单向流固耦合（FSI）方法无法准确预测风致振动响应。此外，现有的LSFPS气动弹性风洞试验面临模型缩尺复杂和测量技术受限的挑战。因此，迫切需要发展一种高精度的气弹实验方法，以系统探究气弹效应对LSFPS风致振动的影响，并通过评价系数量化其影响程度。为此，本研究提出了一种集成气动-刚度-质量缩尺的LSFPS...
解读: 该大跨柔性光伏支架气动弹性研究对阳光电源SG系列逆变器和智能运维系统具有重要价值。研究揭示的气弹效应会改变支架动态响应特性,直接影响组件应力分布和MPPT优化效果。建议将风振响应数据集成到iSolarCloud平台,建立基于气弹修正系数的预测性维护模型,优化大型柔性支架电站的逆变器配置策略。研究提出...
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