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自主可控的功率半导体器件仿真工具研发进展(一):二维计算的精度
Development Progress of Self-reliant and Controllable Power Semiconductor Device Simulation Tools (I): Accuracy of Two-dimensional Simulations
庄池杰 · 石清元 · 林波 · 彭晞雨 等14人 · 高电压技术 · 2025年1月 · Vol.51
功率半导体器件是电力电子系统的核心，我国在该领域自给率低，严重依赖进口。作为设计优化的关键工具，国产仿真软件亟待突破。目前国内TCAD软件主要由国外厂商垄断。自2019年起，团队遵循“先追赶、再并跑、后超越”的战略，开展自主仿真工具研发。本文在分析器件物理模型与求解难点基础上，介绍二维仿真工具的初步进展，并与Synopsys TCAD Sentaurus Device进行详尽对比，结果表明自研软件在测试算例中的二维计算精度已达到国际主流商业软件水平。
解读: 该自主TCAD仿真工具对阳光电源功率器件应用具有战略价值。在SiC/GaN器件选型与应用中，可通过精确二维仿真优化器件工作点，提升ST储能变流器和SG逆变器的开关损耗与热管理设计。对三电平拓扑中的IGBT/SiC模块，可仿真验证并联均流、动态雪崩等关键特性，降低对进口TCAD软件依赖。在电动汽车OB...
谐振双脉冲测试装置
Resonant Double Pulse Test Setup
Jiasheng Huang · Celia Hermoso Díaz · Drazen Dujic · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
本文提出了一种新型谐振双脉冲测试方法，用于在真实的谐振变换器工作条件下评估功率半导体器件。该测试装置能够精确评估功率损耗和开关行为，特别适用于LLC谐振变换器，并充分考虑了器件寄生电容及谐振参数的影响。
解读: 该研究对阳光电源的组串式逆变器及储能变流器（PCS）产品线具有重要价值。阳光电源的PowerTitan和PowerStack系列储能系统及高效光伏逆变器广泛采用LLC等谐振拓扑以提升功率密度和效率。传统的双脉冲测试难以完全模拟谐振变换器中复杂的软开关环境，本研究提出的测试方法能更精准地评估SiC/G...
变换器PWM开关
CPS）：一种新的PWM开关概念
Alex Q. Huang · Chen Chen · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年1月
脉宽调制（PWM）是现代电力电子技术的基础。本文提出了一种全新的PWM开关概念——变换器PWM开关（CPS）。该概念旨在通过重构功率变换中的开关机制，优化高频开关过程，为电力电子变换器的设计与控制提供了一种创新的理论框架。
解读: 作为全球领先的逆变器供应商，阳光电源的核心竞争力在于高效的功率变换技术。CPS概念作为一种底层PWM开关理论的创新，若能有效降低开关损耗或提升功率密度，将直接利好阳光电源的组串式逆变器（如SG系列）及储能变流器（如PowerTitan系列）。建议研发团队关注该拓扑在提升整机效率、减小磁性元件体积方面...
IGBT及互连结构温度分布下Vce-Tj相关性的校准与测量
Calibration and Measurement of Vce-Tj Correlation With Temperature Distribution of IGBT and Interconnections
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 日期未知
在线结温（Tj）估计对功率半导体器件的可靠性评估至关重要。通常利用负载电流下导通电压（Vce）与结温的预校准相关性进行计算。然而，校准过程中器件内部不均匀的温度分布会影响精度。本文研究了IGBT及互连结构在温度分布影响下的Vce-Tj相关性校准与测量方法。
解读: 该研究直接服务于阳光电源核心产品线（光伏逆变器、储能PCS、风电变流器）的可靠性提升。IGBT作为上述产品的核心功率器件，其结温的精准在线监测是实现寿命预测和主动热管理的关键。通过优化Vce-Tj相关性校准，可显著提升iSolarCloud平台对逆变器及PCS内部功率模块的故障预警准确度，降低因热应...
开关电源中非线性电容的电路导向处理方法
Circuit-Oriented Treatment of Nonlinear Capacitances in Switched-Mode Power Supplies
Daniel Costinett · Dragan Maksimovic · Regan Zane · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年2月
功率半导体器件的非线性电压相关电容对开关电源的运行影响显著。特别是在高频开关条件下，这些非线性特性在确定开关时间、损耗及开关瞬态过程中的转换器动态性能方面起着关键作用。本文提出了一种电路导向的处理方法，以优化相关设计。
解读: 该研究直接关联阳光电源的核心功率变换技术。随着公司组串式逆变器和PowerTitan储能系统向高功率密度、高开关频率演进，SiC等宽禁带半导体应用日益广泛，其非线性结电容对开关损耗和EMI影响巨大。通过该电路导向的建模方法，研发团队能更精确地评估功率模块的瞬态特性，从而优化驱动电路设计，提升逆变器与...
功率半导体器件损耗分布的统计表征
Statistical Characterization for Loss Distributions of Power Semiconductor Devices
Ke Ma · Jiayang Lin · Ye Zhu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年7月
本文提出了一种基于H桥测试电路的方法，用于揭示功率半导体器件开关损耗和通态电压的统计分布。该方法通过专门设计的测试序列，能够更准确地评估功率电子系统的可靠性，为器件损耗特性的深入研究提供了统计学依据。
解读: 该研究直接服务于阳光电源核心产品（光伏逆变器、储能PCS、风电变流器）的可靠性设计。功率器件是这些产品的核心损耗源，通过统计学方法量化损耗分布，有助于优化组串式及集中式逆变器在极端工况下的热设计与寿命预测。建议研发团队将此统计表征方法引入PowerTitan等储能系统的功率模块选型与可靠性验证流程中...
一种简化的功率半导体器件通态电压测量电路
A Simplified On-State Voltage Measurement Circuit for Power Semiconductor Devices
Yingzhou Peng · Huai Wang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年10月
本文提出了一种简化的功率半导体器件通态电压测量电路，无需外部电源或自供电电路。该方案显著降低了组件数量和电路复杂度，同时保持了即插即用的特性，并具备与现有主流方法相当的测量精度和动态响应能力。
解读: 该技术对阳光电源的核心业务具有极高的应用价值。通态电压（Vce/Vds）是评估IGBT或SiC MOSFET健康状态及功率损耗的关键指标。在阳光电源的组串式逆变器、PowerTitan储能变流器及风电变流器中，集成该简化测量电路可实现更低成本的在线监测。通过实时获取功率器件的通态压降，iSolarC...
功率模块热网络模型原位参数辨识方法
In Situ Parameter Identification Method for Thermal Network Models of Power Modules
Chao Zhang · Bochao Du · Ke Qiao · Shumei Cui · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年9月
热网络模型是实现功率半导体器件在线结温估计的非侵入式方法。传统参数提取依赖有限元模型或材料几何参数，但器件老化会导致参数漂移，影响估计精度。本文提出一种原位参数辨识方法，通过实时更新热网络参数，提升了老化状态下结温监测的准确性。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（组串式/集中式逆变器、PowerTitan/PowerStack储能系统）具有极高价值。功率模块是上述产品的核心热源，在线结温监测直接关系到产品的可靠性设计与寿命预测。通过原位参数辨识，阳光电源可在iSolarCloud平台上实现更精准的器件健康状态（SOH）评估，优化...
基于热流信息的IGBT模块频域热阻抗建模与表征
Modeling and Characterization of Frequency-Domain Thermal Impedance for IGBT Module Through Heat Flow Information
Ke Ma · Mengqi Xu · Bo Liu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年2月
频域热阻抗建模是描述功率半导体器件热特性的新兴方法，在分析复杂任务剖面下的多时间尺度热动力学方面具有显著优势。然而，该模型参数提取困难。本文提出了一种基于热流信息提取频域热阻抗参数的新方法，旨在提高功率器件热建模的准确性与效率。
解读: 该研究直接服务于阳光电源核心产品（光伏逆变器、储能PCS、风电变流器）中IGBT功率模块的可靠性设计。在PowerTitan等大功率储能系统及组串式逆变器中，精确的热阻抗模型是实现结温预测、提升功率密度及延长寿命的关键。通过频域热阻抗建模，研发团队能更精准地评估器件在复杂工况下的热应力，优化散热设计...
模块化多电平变换器的器件级损耗平衡控制
Device-Level Loss Balancing Control for Modular Multilevel Converters
Huan Qiu · Jinyu Wang · Pengfei Tu · Yi Tang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年4月
模块化多电平变换器（MMC）在中高压应用中具有可扩展性、低谐波和高效率等优势。然而，由于功率器件数量多，其可靠性面临挑战，特别是上下桥臂之间显著的损耗不均匀分布问题。本文提出了一种器件级损耗平衡控制策略，旨在优化MMC内部功率器件的热应力分布，提升系统整体可靠性。
解读: MMC拓扑在阳光电源的大型地面光伏电站及高压储能系统（如PowerTitan系列）中具有重要应用潜力。该文章提出的损耗平衡控制策略，能够有效解决多电平拓扑中功率器件热分布不均导致的寿命衰减问题，对于提升大型储能系统和高压并网逆变器的长期可靠性具有重要参考价值。建议研发团队将其应用于高压PCS的控制算...
一种用于变换器级通态电压测量概念的自供电方法
A Self-Power Method for a Converter-Level on-State Voltage Measurement Concept
Yingzhou Peng · Huai Wang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年8月
本文提出了一种针对功率半导体器件的即插即用型变换器级通态电压测量方法。为解决传统测量电路需要外部电源的问题，提出了一种自供电方案，可提供所需的双向低压电源。该测量电路在功率器件状态监测与可靠性评估中具有应用潜力。
解读: 该技术对于提升阳光电源组串式逆变器及PowerTitan储能系统的功率模块健康管理具有重要意义。通过实现通态电压的自供电在线监测，可有效降低复杂电路的辅助电源设计难度，提升系统集成度。建议研发团队关注该技术在IGBT/SiC模块老化监测与故障预警中的应用，将其集成至iSolarCloud平台，实现从...
一种功率半导体器件的新型集总电荷建模方法
A New Lumped-Charge Modeling Method for Power Semiconductor Devices
Yaoqiang Duan · Francesco Iannuzzo · Frede Blaabjerg · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年4月
本文提出了一种功率半导体器件的新型集总电荷模型。针对传统集总电荷模型因线性建模方法导致的精度局限性，文章深入分析了其制约因素，并在此基础上提出了一种改进的建模方法，旨在提升功率器件在复杂工况下的仿真精度与性能预测能力。
解读: 功率半导体器件（如IGBT、SiC MOSFET）是阳光电源光伏逆变器、储能变流器（PCS）及风电变流器的核心组件。该建模方法能显著提升器件在开关过程中的瞬态仿真精度，有助于优化逆变器及PCS的损耗计算与热设计。在PowerTitan等大型储能系统及组串式逆变器的研发中，应用该模型可更精准地评估器件...
功率半导体器件的频域热建模与表征
Frequency-Domain Thermal Modeling and Characterization of Power Semiconductor Devices
Ke Ma · Ning He · Marco Liserre · Frede Blaabjerg · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年10月
功率电子器件的热行为直接影响变换器系统的可靠性与成本。传统的集总参数热阻容模型在预测器件温度时存在局限性，特别是在考虑导热硅脂及复杂热路径时。本文提出了一种频域热建模方法，旨在更精确地表征功率器件的热特性，为提升电力电子系统的热设计水平提供理论支持。
解读: 热设计是阳光电源光伏逆变器（如组串式、集中式）及储能系统（如PowerTitan、PowerStack）核心竞争力的关键。该研究提出的频域热建模方法，能更精准地捕捉功率模块在复杂工况下的瞬态热响应，有助于优化逆变器及PCS的散热结构设计。对于高功率密度产品，该方法可有效提升对导热界面材料及多层封装结...
基于人工智能的可靠虚拟同步机控制设计
Artificial Intelligence-Based Control Design for Reliable Virtual Synchronous Generators
Qianwen Xu · Tomislav Dragicevic · Lihua Xie · Frede Blaabjerg · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年8月
虚拟同步机（VSG）是解决高比例可再生能源并网下频率稳定问题的关键技术。然而，VSG仿真带来的功率波动增加了电力电子变换器中功率半导体器件的应力，从而对其可靠性产生负面影响。本文提出了一种基于人工智能的控制策略，旨在优化VSG性能的同时提升系统的可靠性。
解读: 该研究直接契合阳光电源在构网型（Grid-Forming）技术领域的战略布局。随着PowerTitan等储能系统及大型光伏电站对电网支撑能力要求的提高，VSG控制已成为核心竞争力。本文提出的AI控制策略可有效平衡VSG的频率支撑性能与功率器件的寿命损耗，对提升阳光电源组串式逆变器及PCS产品的长期运...
SiC MOSFET热瞬态测量性能指标研究
Figures-of-Merit Study for Thermal Transient Measurement of SiC MOSFETs
Yi Zhang · Yichi Zhang · Voon Hon Wong · Sven Kalker 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年9月
本文探讨了利用温度敏感电参数（TSEP）进行热瞬态测量（TTM）的方法。针对TTM测量值是否能准确反映功率半导体器件真实温度或热结构的问题，研究了其性能指标，旨在提升SiC MOSFET热特性分析的准确性与可靠性。
解读: 随着阳光电源在组串式逆变器、PowerTitan储能系统及电动汽车充电桩中大规模应用SiC MOSFET以提升功率密度和效率，器件的热管理至关重要。本文研究的TTM方法及TSEP技术，可直接指导研发团队对SiC功率模块进行更精确的热结构表征与寿命评估。建议将该研究成果应用于iSolarCloud智能...
基于协同PWM的并联并网逆变器功率半导体器件主动热控制
Coordinated PWM-Based Active Thermal Control for Power Semiconductor Devices in Parallel Grid-Tied Inverters
Tao Xu · Feng Gao · Pengfei Tan · Frede Blaabjerg · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文提出了一种针对并联并网逆变器功率器件的主动热控制方法。通过协同脉宽调制（PWM）技术，突破了传统主动热控制无法将开关频率降至额定值以下的限制，为提升功率半导体器件的可靠性提供了更大的调节自由度。
解读: 该技术对阳光电源的核心业务具有重要价值。在组串式逆变器和大型集中式逆变器中，功率模块的热应力是影响寿命的关键因素。通过协同PWM主动热控制，可以在不牺牲并网性能的前提下，动态优化开关频率，显著降低功率器件的热波动，从而提升产品在极端工况下的可靠性。建议研发团队将其应用于PowerTitan等储能变流...
电机驱动逆变器在堵转工况下基于最优相位角的主动热控制
Active Thermal Control With Optimal Phase Angle Under Stall Condition of Machine Drive Inverter
Yuhao Qi · Ke Ma · Shihao Xia · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年9月
主动热控制（ATC）是提升电力电子系统可靠性的重要手段。传统ATC多关注长期运行下的寿命延长，而针对电机驱动系统在堵转等极端过载工况下的短时热应力抑制研究仍有待深入。本文提出了一种基于最优相位角的主动热控制策略，旨在极端工况下有效降低功率半导体器件的结温波动，从而提升系统可靠性。
解读: 该研究关注功率器件在极端工况下的热管理，对阳光电源的组串式/集中式光伏逆变器及储能变流器（PCS）具有重要参考价值。在光伏逆变器面临极端环境或电网故障导致电流过载时，该主动热控制策略可优化器件结温分布，防止热失效。建议研发团队将其应用于PowerTitan等储能系统的功率模块设计中，通过动态调整PW...
一种13电平升压逆变器拓扑中功率半导体器件的可靠性评估
Reliability Assessment of Power Semiconductor Devices for a 13-Level Boost Inverter Topology
Marif Daula Siddique · Prasanth Sundararajan · Sanjib Kumar Panda · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年6月
本文探讨了多电平逆变器（MLI）在电力电子领域的应用优势。针对13电平升压逆变器拓扑，研究了其功率半导体器件的可靠性。通过分析不同拓扑架构下器件的组合方式，评估了其在多电平输出波形下的性能表现与寿命影响，为电力电子系统的设计优化提供了理论依据。
解读: 该研究关注多电平拓扑的可靠性，对阳光电源的组串式逆变器及大型集中式逆变器研发具有参考价值。随着光伏系统向更高电压等级和更高效率演进，多电平技术是提升功率密度和降低谐波的关键。建议研发团队结合该评估方法，针对PowerTitan等储能PCS产品中使用的功率模块进行多物理场寿命预测，优化散热设计与驱动策...
电机驱动应用中功率半导体器件磨损可靠性指标的预测与验证
Prediction and Validation of Wear-Out Reliability Metrics for Power Semiconductor Devices With Mission Profiles in Motor Drive Application
Ke Ma · Ui-Min Choi · Frede Blaabjerg · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年11月
本文针对电力电子变换器高可靠性需求，提出了一种基于任务剖面的功率半导体器件磨损可靠性预测方法。不同于传统的平均故障间隔时间（MTBF）等指标，该方法通过考虑时变工况，量化了功率器件的累积损伤与寿命预测，为电力电子系统的全生命周期可靠性评估提供了理论支撑。
解读: 该研究对阳光电源全线产品至关重要。在组串式/集中式光伏逆变器及PowerTitan/PowerStack储能系统中，功率模块（IGBT/SiC）是核心易损件。通过引入任务剖面（Mission Profiles）的可靠性预测模型，研发团队可更精准地评估产品在极端环境下的寿命，优化散热设计与控制策略，从...
用于智能栅极驱动板的双向通信电源电路
A Bidirectional Communicating Power Supply Circuit for Smart Gate Driver Boards
Julien Weckbrodt · Nicolas Ginot · Christophe Batard · Thanh Long Le 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年8月
本文探讨了功率电路中栅极驱动器的优化与安全开关需求。现代驱动板集成了短路检测、软关断、温度传感及导通电压监测等功能，并正致力于在线监测以实现预测性维护。文章提出了一种新型双向通信电源电路，旨在提升栅极驱动系统的智能化水平与可靠性。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（如组串式逆变器、PowerTitan储能系统及风电变流器）具有重要意义。随着功率密度提升，IGBT/SiC模块的驱动保护至关重要。该双向通信电源电路可提升驱动板的智能化程度，增强短路保护与状态监测能力，直接助力iSolarCloud平台实现更精准的预测性维护。建议研发团...
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