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宽禁带功率半导体器件封装集成技术与可靠性优化研究
Guest Editor's Message on the Special Issue on Packaging Integration Technology and Reliability Optimization of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices
王来利 · 电工技术学报 · 2025年8月 · Vol.40
随着“双碳”目标推进和能源结构转型，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体器件因其高频、高压、高效及耐高温特性，在电力电子装备中应用前景广阔。然而，传统硅基器件的封装技术难以满足其性能与可靠性需求，已成为产业发展的瓶颈。为突破宽禁带器件大规模应用的技术难题，亟需研究其失效机理、新型封装结构、互连技术、驱动保护设计、多芯片并联建模及应用场景下的可靠性优化方法。《电工技术学报》推出该专题，收录10篇高水平论文，涵盖上述五个研究方向，旨在促进学术交流、技术进步与成果转化。
解读: 该研究对阳光电源的SiC/GaN功率器件应用具有重要指导意义。封装集成与可靠性优化技术可直接应用于ST系列储能变流器、SG系列光伏逆变器和电动汽车充电设备的功率模块设计。特别是在高频高压应用场景下,新型封装结构和互连技术有助于提升产品功率密度,多芯片并联建模可优化大功率产品的并联均流性能。失效机理研...
电池均衡的并联架构
Parallel Architecture for Battery Charge Equalization
Bo Dong · Ye Li · Yehui Han · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年9月
针对高压大功率应用中电池串联数量多导致的均衡速度慢问题，本文提出了一种新型电池均衡架构。该架构通过在不同层级部署独立的均衡器，实现了多层级并行均衡，有效提升了大规模电池组的均衡效率与系统响应速度。
解读: 该研究直接服务于阳光电源PowerTitan和PowerStack等大型储能系统。在大规模电池簇串联应用中，电池一致性是影响系统寿命与可用容量的关键。该并行均衡架构能显著提升BMS的均衡效率，缩短充电末期的均衡时间，从而提升系统整体充放电效率。建议研发团队评估该拓扑在液冷储能系统中的集成可行性，通过...
模块化多电平变换器的直接多变量控制
Direct Multivariable Control for Modular Multilevel Converters
Daniel Dinkel · Claus Hillermeier · Rainer Marquardt · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年7月
模块化多电平变换器（MMC）在高压大功率电力电子应用中至关重要。本文提出了一种全新的多变量控制（MVC）概念，能够实现对MMC所有关键变量的独立且极速控制，显著提升了系统在复杂工况下的动态响应性能与控制精度。
解读: MMC拓扑是阳光电源在大功率集中式光伏逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）中实现高压并网的核心技术方向。该文章提出的多变量控制策略能够有效解决多电平系统内部环流抑制及电容电压平衡的难题，提升系统在弱电网环境下的稳定性。建议研发团队关注该控制算法在提高系统瞬态响应速度方面的潜力，将其应用...
10 kV, 100 A 碳化硅MOSFET功率模块评估
Assessment of 10 kV, 100 A Silicon Carbide mosfet Power Modules
Daniel Johannesson · Muhammad Nawaz · Kalle Ilves · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年6月
本文对配备第三代芯片且无外置续流二极管的10 kV SiC MOSFET功率模块进行了全面表征。通过在不同温度下测量静态性能（如IDS-VDS、C-V特性、漏电流及体二极管特性），验证了利用SiC MOSFET体二极管的可行性。
解读: 该研究聚焦于高压SiC功率模块，对阳光电源的未来产品布局具有重要参考价值。随着光伏与储能系统向更高电压等级（如1500V及以上）演进，高压SiC器件是提升组串式逆变器和PowerTitan系列储能变流器（PCS）功率密度与效率的关键。特别是利用SiC体二极管替代外置二极管的方案，有助于进一步简化电路...
三电平混合模块化多电平变换器的建模与控制方法
Modeling and Control Method for a Three-Level Hybrid Modular Multilevel Converter
Jian Liu · Di Zhang · Dong Dong · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年3月
模块化多电平变换器（MMC）在中高压领域应用广泛，但其电容数量多、器件冗余导致功率密度受限。本文提出一种结合高压开关与链式电路的混合多电平变换器，旨在提升系统功率密度及综合性能，并详细阐述了其建模与控制策略。
解读: 该拓扑通过优化器件数量和电容配置提升功率密度，对阳光电源的中高压光伏逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）具有重要的技术参考价值。随着光伏与储能系统向更高电压等级（如1500V及以上）演进，该混合多电平技术有助于进一步降低系统体积与成本，提升转换效率。建议研发团队关注该拓扑在大型地面电站...
电气绝缘的频域建模及其在高压电力电子中的应用综述
Frequency-Domain Modeling of Electrical Insulation and Application to High-Voltage Power Electronics: A Review
Xize Dai · Jian Hao · Ruijin Liao · Claus Leth Bak · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年10月
随着高压直流输电、电动交通等领域对高功率密度需求的提升，宽禁带半导体应用日益广泛。本文综述了电气绝缘系统在应对高电场和高频开关电压波形下的频域建模方法，强调了绝缘设计对于提升电力电子系统可靠性的关键作用。
解读: 该研究对于阳光电源的高压产品线（如PowerTitan储能系统、集中式光伏逆变器及风电变流器）具有重要参考价值。随着系统电压等级向1500V甚至更高迈进，以及SiC等宽禁带器件的普及，高频开关带来的绝缘应力挑战加剧。建议研发团队利用文中提到的频域建模方法，优化功率模块与变压器的绝缘设计，提升系统在复...
一种降低自热效应的高压饱和区SiC MOSFET增强表征方法
An Enhanced Characterization Method of SiC MOSFETs in the High-Voltage Saturation Region With Reduced Self-Heating
Enyao Xiang · Chengmin Li · Dongsheng Yang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年2月
SiC MOSFET的精确建模、短路预测及保护依赖于高漏源电压下饱和特性的准确测量。传统曲线追踪仪受功率限制、寄生参数及器件导通时间影响，难以实现高di/dt测量。本文提出一种增强型表征方法，有效降低了器件自热效应，提升了高压饱和区特性的测量精度。
解读: 该研究直接服务于阳光电源核心功率器件的应用开发。随着公司组串式逆变器及PowerTitan/PowerStack储能系统向更高功率密度和更高电压等级演进，SiC MOSFET已成为关键功率开关器件。该表征方法能显著提升器件在短路工况下的建模精度，有助于优化阳光电源逆变器及PCS产品的短路保护策略，提...
并联模块化多电平变流器控制
Control of Parallel-Connected Modular Multilevel Converters
Feng Gao · Decun Niu · Hao Tian · Chunjuan Jia 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年1月
模块化多电平变流器（MMC）在高压大功率应用中极具吸引力。本文提出了并联MMC的控制方法，通过在交流和直流侧直接并联多个MMC，有效提升了系统的功率等级。
解读: 该技术对于阳光电源的集中式逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）具有重要参考价值。随着光伏与储能电站向更高电压等级（如1500V甚至更高）及更大单机功率演进，多机并联控制技术是提升系统容量和可靠性的关键。建议研发团队关注该并联控制策略在解决环流抑制、均流控制及模块冗余方面的应用，以优化大...
一种模块化串联逆变器的同步方法
A Synchronization Method for the Modular Series-Connected Inverters
Peng Liu · Lei Song · Shanxu Duan · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年7月
串联逆变器系统常用于中高压应用，相位同步是保证总输出电压的关键。传统方案多采用集中式控制器发送指令，本文提出一种去中心化的同步方法，旨在提升模块化系统的灵活性与可扩展性，确保各模块在串联架构下的协同工作。
解读: 该研究探讨的模块化串联技术对阳光电源的中高压光伏逆变器及大型储能PCS产品线具有重要参考价值。在PowerTitan等大型储能系统或高压组串式逆变器中，通过去中心化同步技术可有效降低对中央控制器的依赖，提升系统的冗余度与可扩展性。建议研发团队关注该同步算法在多模块并联/串联拓扑中的稳定性表现，以优化...
考虑磁芯损耗效应的容性负载双向高压反激变换器开关周期解析建模
Analytical Switching Cycle Modeling of Bidirectional High-Voltage Flyback Converter for Capacitive Load Considering Core Loss Effect
Lina Huang · Zhe Zhang · Michael A. E. Andersen · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年1月
随着智能材料的发展，对驱动容性负载的双向高压功率变换器需求日益增长。本文提出了一种基于开关周期的解析模型，用于分析驱动容性负载的高压双向变换器，并重点考虑了磁芯损耗的影响。该模型有助于深入理解变换器在复杂负载下的动态特性与损耗机制，为高压电源系统的优化设计提供理论支撑。
解读: 该研究关注高压双向反激变换器及容性负载驱动，与阳光电源的储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及PCS技术存在技术重叠。虽然反激拓扑多用于小功率辅助电源，但其建模方法对提升PCS内部辅助供电系统的效率与可靠性具有参考价值。此外，针对容性负载的建模分析，可为公司在新型储能应用场景（如...
降低模块电容的模块化多电平变换器
MMC）准两电平PWM运行
Axel Mertens · Jakub Kucka · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年10月
模块化多电平变换器（MMC）因其器件间接串联的优势，在中高压功率转换中应用广泛，但其各模块所需的大容量电容限制了成本敏感型应用。本文提出了一种新的MMC运行模式，通过准两电平PWM控制策略，在保持输出性能的同时有效降低了模块电容需求。
解读: 该技术对阳光电源在中高压大功率应用领域具有重要参考价值。MMC拓扑常用于大型储能系统（如PowerTitan系列）的PCS及高压光伏并网方案。通过优化PWM控制策略降低模块电容，不仅能直接降低系统BOM成本，还能减小储能PCS的体积，提升功率密度。建议研发团队评估该准两电平调制策略在现有高压储能变流...
基于对称四倍压整流器
SQR）的高压LLC谐振DC-DC变换器分析与设计
Amit Kumar Singh · Pritam Das · Sanjib Kumar Panda · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年6月
本文提出了一种基于对称四倍压整流器（SQR）的隔离式高压LLC谐振全桥DC-DC变换器。与传统的Cockcroft-Walton和全桥二极管整流器相比，SQR电路在不显著增加输出阻抗的前提下，通过降低变压器匝数比，显著提升了功率密度。
解读: 该技术对阳光电源的储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及高压直流充电桩产品线具有重要参考价值。在储能PCS和高压充电模块中，提升功率密度是核心竞争力。SQR拓扑通过优化变压器设计降低匝数比，有助于减小磁性元件体积，从而提升整机功率密度并降低成本。建议研发团队评估SQR在兆瓦级储能...
用于均质电穿孔的多输出逆变器及监测系统
Multiple Output Inverter and Monitoring System for Homogeneous Electroporation
Borja Lopez-Alonso · Hector Sarnago · Jose M. Burdio · Oscar Lucia · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年2月
电穿孔通过施加电场增加细胞膜渗透性，在癌症治疗（电化学疗法及不可逆电穿孔肿瘤消融）中应用广泛。为实现此类治疗，需开发能输出数kV电压及数十A电流的新型功率变换器，并具备精确的监测与控制能力。
解读: 该文献研究的高压脉冲功率变换技术主要应用于生物医疗领域，与阳光电源现有的光伏逆变器及储能PCS产品线在应用场景上差异较大。然而，其涉及的高压、大电流脉冲控制技术及高可靠性功率变换拓扑，对于阳光电源在电力电子底层技术储备（如高压功率器件驱动、快速瞬态响应控制）具有一定的参考价值。建议关注其在高压脉冲产...
基于GaN的高频高能量传输推挽式超声脉冲逆变器
GaN-Based High-Frequency High-Energy Delivery Transformer Push–Pull Inverter for Ultrasound Pulsing Application
Han Peng · Juan Sabate · Kieran Andrew Wall · John S. Glaser · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年8月
本文研究了一种用于超声治疗系统的高频高压脉冲发生器。针对治疗应用中对MHz级脉冲爆发及长持续时间的需求，提出了一种基于GaN器件的推挽式逆变拓扑。该设计有效解决了高压切换下的能量传输与高频响应难题，实现了高功率密度与高效率的脉冲驱动。
解读: 该文献探讨了GaN器件在高频高压脉冲应用中的拓扑设计，体现了宽禁带半导体在提升功率密度方面的潜力。虽然超声应用与阳光电源的核心业务（光伏/储能）存在差异，但其高频驱动技术对阳光电源的研发具有参考价值：1. 在户用光伏逆变器或小型化充电桩中，利用GaN提升开关频率以减小磁性元件体积；2. 在iSola...
一种用于高压直流输电的混合模块化DC/DC变换器
A Hybrid Modular DC/DC Converter for HVDC Applications
Binbin Li · Xiaodong Zhao · Shuxin Zhang · Qintian Fu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年4月
随着基于电压源换流器的高压直流（HVDC）输电技术的发展，互联不同电压等级直流线路的需求日益增长，高压大功率DC/DC变换器成为关键。本文研究了一种由级联半桥模块组成的非隔离双向DC/DC变换器，旨在实现高效的电压转换与功率传输。
解读: 该技术对于阳光电源的储能业务（如PowerTitan系列）具有重要参考价值。随着储能系统向更高电压等级（如1500V甚至更高）及直流耦合微网方向演进，高效的模块化多电平DC/DC拓扑是实现大容量储能系统与直流电网高效互联的关键。建议研发团队关注该拓扑在降低开关损耗及提升功率密度方面的优势，探索其在大...
自触发高频纳秒脉冲发生器
Self-Triggering High-Frequency Nanosecond Pulse Generator
Weirong Zeng · Chenguo Yao · Shoulong Dong · Yilin Wang 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年8月
随着全固态高压纳秒脉冲发生器在国防及工业领域的广泛应用，传统脉冲发生器在驱动隔离、紧凑化设计及减重方面面临挑战。本文提出了一种新型自触发高频纳秒脉冲发生器电路拓扑，旨在解决上述关键技术瓶颈。
解读: 该文献研究的高频纳秒脉冲发生技术主要针对高压脉冲应用，与阳光电源现有的光伏逆变器及储能PCS产品线直接关联度较低。然而，其涉及的紧凑化设计理念及高压驱动隔离技术，对公司未来探索更高功率密度、更小体积的功率模块设计具有参考价值。建议关注该拓扑在功率器件驱动保护电路中的潜在应用，特别是针对SiC/GaN...
高压大容量应用中IGBT驱动技术综述
Overview of IGBT Driving Technology for High Voltage and High Capacity Applications
Xianjin Huang · Pengze Zhu · Jiaqi Pan · Yang Cai 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年12月
本文综述了高压大容量应用（如海上风电、直流输电等）中IGBT驱动电路的研究现状。驱动电路作为功率转换设备的核心，对提升开关性能、系统可靠性及效率至关重要。文章对比了不同驱动拓扑的优缺点，并探讨了未来在高压环境下驱动技术的发展趋势。
解读: IGBT驱动技术是阳光电源核心产品（如集中式/组串式光伏逆变器、PowerTitan储能变流器及风电变流器）性能优化的基石。随着公司产品向更高电压等级（如1500V/2000V系统）和更大功率密度演进，驱动电路的抗干扰能力、开关损耗控制及短路保护机制直接决定了产品的可靠性与效率。建议研发团队关注文中...
通过超结结构增强高压LDMOS的抗ESD特性
Strengthen Anti-ESD Characteristics in an HV LDMOS With Superjunction Structures
Shen-Li Chen · Yi-Sheng Lai · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年5月
本文研究了45V高压n型横向扩散金属氧化物半导体（nLDMOS）的抗静电放电（ESD）能力。通过引入嵌入式超结（SJ）结构，在保持低导通电阻的同时，显著提升了器件的ESD鲁棒性，解决了高压功率器件在可靠性工程中的关键瓶颈。
解读: 该研究聚焦于功率半导体器件的底层可靠性设计，对阳光电源的核心产品线具有重要参考价值。高压LDMOS广泛应用于逆变器及充电桩的驱动电路与控制芯片中，增强其抗ESD能力可直接提升产品在复杂电磁环境下的现场可靠性，降低故障率。建议研发团队关注超结结构在降低导通损耗与提升鲁棒性之间的平衡，将其作为未来功率模...
基于分布式输入多端口MMC的交流与直流负载功率变换器
Distributed Input Multiport MMC Based Power Converter for AC and DC Loads
Tania C. Cano · Alberto Rodriguez · Ignacio Castro · Diego G. Lamar · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年7月
本文提出了一种基于模块化多电平变换器（MMC）的分布式输入多端口拓扑。该分布式输入模块化多电平变换器（DIMMC）通过将MMC应用于多相系统（如多端口发电机或多端口变压器），旨在满足高压、大功率应用场景下的分布式输入需求。
解读: 该拓扑在高压大功率场景下的灵活性对阳光电源的集中式逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）具有参考价值。MMC架构在处理高压并网时具有天然优势，能够有效降低谐波并提升系统效率。建议研发团队关注该多端口拓扑在多源输入（如风光储一体化）场景下的应用潜力，特别是针对大型地面电站中多端口变压器集成...
用于高压直流断路器验证的可重构大电流高压测试平台
Reconfigurable Large-Current and High-Voltage Test Bench for HVDC Circuit Breaker Verification
Nikola Krneta · Makoto Hagiwara · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年1月
本文提出了一种基于改进型H桥模块化多电平级联变换器（MMCC）的高压直流断路器（HVdcCB）测试平台。该配置通过较少的H桥单元，可在运行中实现重构，从而输出大电流或高电压，以满足直流断路器的分断测试需求。
解读: 该技术主要针对高压直流输电领域的断路器测试，虽然与阳光电源现有的光伏逆变器和储能PCS产品线存在差异，但其核心的模块化多电平级联（MMCC）技术与公司大型集中式逆变器及高压储能系统（如PowerTitan系列）的功率变换架构具有底层技术同源性。该测试平台的可重构特性为公司研发高压大功率电力电子设备的...
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