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一种符合EMI标准且适用于汽车级的48 V至负载点Dickson型混合开关电容DC–DC变换器
An EMI-Compliant and Automotive-Rated 48 V to Point-of-Load Dickson-Based Hybrid Switched-Capacitor DC–DC Converter
Sahana Krishnan · Margaret E. Blackwell · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
随着数据中心供电架构和汽车动力系统向48V配电轨转变，高性能混合开关电容（混合SC）转换器已成为这两个领域颇具吸引力的供电解决方案。然而，由于严格的电磁干扰（EMI）和可靠性要求，汽车电源系统带来了独特的设计挑战。本研究探讨了一种基于狄克逊结构、固有EMI较低的调节型混合SC拓扑，并讨论了采用基于控制的EMI缓解技术，如谐振和超谐振运行，以及扩频调频。研究了这些技术对混合SC转换器效率的影响，以及为达到EMI合规要求的无源滤波器设计。所提出的滤波器和调制方案使该转换器能够满足CISPR 25汽车...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于Dickson拓扑的混合开关电容DC-DC转换技术具有重要的战略价值。随着光伏储能系统和新能源汽车充电设施向48V配电架构演进，该技术为我们的产品升级提供了新的技术路径。 该转换器实现97.1%的峰值效率，这对阳光电源的储能系统和车载DC-DC产品线尤为关键。在储...
用于两倍工频功率解耦的直流母线电容器：基于经验应用的面向设计的性能指标
DC-Link Capacitors for Twice-Line Frequency Power Decoupling: Design-Oriented Figures-of-Merit With Empirical Application
Nathan C. Brooks · Francesca Giardine · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年6月
本文研究了单相交流-直流变换器中直流母线电解电容在处理两倍工频功率波动时的设计方法。针对传统电容选型依赖经验且缺乏量化指标的问题，提出了一套面向设计的性能评估指标，旨在优化电容组的效率、成本与可靠性，为功率变换器的设计提供理论支撑。
解读: 该研究直接关联阳光电源的户用光伏逆变器及小型储能变流器（PCS）产品线。在单相并网系统中，直流母线电容是决定系统寿命和功率密度的关键瓶颈。通过引入该文提出的量化性能指标，研发团队可更精准地平衡电容组的体积与寿命，特别是在户用储能系统追求高功率密度和长质保周期的背景下，该方法有助于优化电容选型，降低因...
单相功率变换器功率缓冲电容器的实验评估
Experimental Evaluation of Capacitors for Power Buffering in Single-Phase Power Converters
Christopher B. Barth · Thomas Foulkes · Intae Moon · Yutian Lei 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年8月
单相逆变器和整流器需利用能量缓冲器吸收两倍工频功率纹波。传统方案多采用大容量电解电容，但其寿命限制及系统性能需求促使设计者转向陶瓷电容或薄膜电容等替代技术。本文通过实验评估了不同电容器技术在功率缓冲应用中的性能表现。
解读: 该研究直接关联阳光电源户用光伏逆变器及小型储能PCS产品线。单相系统中的两倍工频纹波是影响直流侧电容寿命的关键因素。通过对陶瓷和薄膜电容的实验评估，有助于优化阳光电源户用逆变器（如iSolar系列）的功率密度与可靠性设计。建议研发团队参考该评估方法，在追求长寿命设计时，针对性地优化电容选型与缓冲电路...
一种用于单相变换器功率脉动解耦的高功率密度串联堆叠能量缓冲器
A High Power Density Series-Stacked Energy Buffer for Power Pulsation Decoupling in Single-Phase Converters
Shibin Qin · Yutian Lei · Christopher Barth · Wen-Chuen Liu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年6月
本文提出了一种用于直流与单相交流变换中功率脉动解耦的高效率、高功率密度缓冲架构。通过将主储能电容与有源缓冲电路串联，该方案在降低电路复杂性的同时提升了系统效率，有效解决了单相逆变系统中二次纹波功率带来的电容寿命及体积问题。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型储能变流器（PCS）产品线具有重要价值。单相系统中的二次纹波功率通常要求较大的电解电容，这限制了功率密度并影响可靠性。该串联堆叠缓冲架构能有效减小电容体积，提升整机功率密度，符合户用产品小型化、长寿命的发展趋势。建议研发团队评估该拓扑在单相组串式逆变器及户用储能...
非对称交错多相DC-DC变换器中通过谐波消除实现纹波最小化
Ripple Minimization Through Harmonic Elimination in Asymmetric Interleaved Multiphase DC–DC Converters
Marcel Schuck · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年12月
对称多相DC-DC变换器通过分流处理高功率，并利用交错技术实现纹波最小化。本文针对非对称应用场景（如光伏最大功率点跟踪MPPT等），研究了通过谐波消除技术进一步降低电流纹波的方法，旨在提升变换效率与功率密度。
解读: 该技术对阳光电源的核心业务具有高度相关性。在光伏组串式逆变器（如SG系列）和储能变流器（如PowerTitan/PowerStack系列）中，DC-DC升压电路是核心环节。采用非对称交错技术及谐波消除策略，能够有效降低输入/输出电流纹波，从而减小对直流侧电容的应力，提升系统可靠性并延长电容寿命。此外...
用于光伏最大功率点跟踪的抖动数字纹波相关控制
Dithering Digital Ripple Correlation Control for Photovoltaic Maximum Power Point Tracking
Christopher Barth · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年8月
本文提出了一种利用抖动PWM控制实现光伏系统快速、精确最大功率点跟踪（MPPT）的新方法。针对功率变换器在效率、成本和元件尺寸限制下PWM分辨率不足的问题，该方法通过PWM抖动技术有效提升了光伏系统的MPPT跟踪效率。
解读: 该技术对阳光电源的组串式及集中式光伏逆变器具有重要应用价值。在低成本或高功率密度设计中，受限于数字控制器的PWM分辨率，MPPT精度往往受限。通过引入抖动（Dithering）技术，可以在不增加硬件成本的前提下，有效提升光伏阵列在复杂光照条件下的能量捕获效率。建议研发团队在下一代逆变器控制算法中评估...
面向电动汽车的堆叠式PCB高性能飞跨电容多电平逆变器设计
Design of a High Performance Flying Capacitor Multilevel Inverter for Electric Vehicles With Stacked Printed Circuit Boards
Logan Horowitz · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年2月
针对电动交通领域对高效率与轻量化的需求，本文研究了飞跨电容多电平（FCML）逆变器拓扑。通过采用堆叠式PCB设计，有效集成了大量功率器件与驱动电路，显著提升了功率密度，为高性能电动汽车驱动系统提供了优化方案。
解读: 该研究关注的FCML拓扑及堆叠式PCB高密度集成技术，对阳光电源的电动汽车充电桩及车载电力电子产品线具有重要参考价值。随着充电桩向高压快充（800V及以上）演进，多电平拓扑能有效降低开关损耗并减小滤波器体积。建议研发团队关注该文中的PCB堆叠布局与寄生参数抑制技术，这不仅能提升充电桩的功率密度，还可...
飞跨电容多电平变换器电容电压平衡动态的广义平均建模
Generalized Averaged Modeling of Capacitor Voltage Balancing Dynamics in Flying Capacitor Multilevel Converters
Rahul K. Iyer · Roderick S. Bayliss · Ivan Z. Petric · Seth R. Sanders 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年12月
本文提出了一种用于飞跨电容多电平变换器（FCMC）电容电压动态的广义平均（动态相量）模型。文章推导了对称移相PWM调制下电容电压的“自然平衡”动态，并通过时域仿真进行了验证。此外，利用奇异摄动理论将模型简化为降阶形式，揭示了系统的模态特性。
解读: 飞跨电容多电平（FCMC）拓扑在提升功率密度和降低输出谐波方面具有显著优势。对于阳光电源的组串式逆变器及PowerTitan系列储能变流器（PCS），该建模方法能有效优化电容电压平衡控制策略，减少对复杂传感器和冗余硬件的依赖。通过奇异摄动降阶模型，研发团队可更高效地分析系统稳定性，缩短高压大功率变换...
飞跨电容多电平变换器主动平衡的小信号电荷模型
A Small-Signal Charge Model for Active Balancing of Flying Capacitor Multilevel Converters
Rahul K. Iyer · Giovanni Bonanno · Simone Buso · Paolo Mattavelli 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年12月
本文提出了飞跨电容多电平（FCML）变换器中电容电压动态的建模方法，以及用于将电容电压调节至标称平衡值的闭环控制技术。通过利用电感电流的线性纹波模型研究开环电容电压动态，推导出了小信号工厂模型，并分析了开关扰动对电压平衡的影响。
解读: 飞跨电容多电平（FCML）拓扑在提升功率密度和降低输出谐波方面具有显著优势。对于阳光电源的组串式逆变器及PowerTitan系列储能变流器（PCS），该小信号建模方法可优化多电平拓扑的控制策略，有效解决电容电压不平衡问题，提升系统在复杂工况下的稳定性。建议研发团队将其应用于高功率密度PCS产品的控制...
开关输出电容在飞跨电容多电平变换器被动平衡中的作用
On the Role of Switch Output Capacitance on Passive Balancing Within the Flying Capacitor Multilevel Converter
Roderick S. Bayliss · Nathan C. Brooks · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
飞跨电容多电平（FCML）变换器通常依赖自然平衡机制实现电容电压均衡。然而，在特定电平数和占空比组合下，电压无法自然平衡。本文研究了开关输出电容对被动平衡的影响，揭示了其在提升变换器运行稳定性与可靠性方面的关键作用。
解读: FCML拓扑在高功率密度光伏逆变器和储能变流器（PCS）中具有显著优势，能有效降低滤波器体积并提升效率。阳光电源在组串式逆变器及PowerTitan系列储能系统中，对功率密度和效率有极致追求。本文关于开关输出电容对被动平衡影响的研究，对于优化高频化、多电平变换器的控制策略及硬件设计具有重要指导意义，...
一种用于电流控制型飞跨电容多电平变换器的高带宽并行主动平衡控制器
A High-Bandwidth Parallel Active Balancing Controller for Current-Controlled Flying Capacitor Multilevel Converters
Rahul K. Iyer · Ivan Z. Petric · Roderick S. Bayliss · Nathan C. Brooks 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文提出了一种针对电流控制型飞跨电容多电平变换器的电容电压平衡控制器。通过状态空间平均法建立的小信号模型指导了并行控制器的结构设计。该控制器引入非线性动作，实现了飞跨电容控制环路的解耦，并有效抑制了电容电压之间的不利相互作用。
解读: 飞跨电容多电平（FCMC）拓扑在提升功率密度和降低输出谐波方面具有显著优势，对于阳光电源的高功率密度组串式逆变器及PowerTitan系列储能变流器（PCS）具有重要的技术参考价值。该研究提出的高带宽并行平衡控制策略，能够有效解决多电平拓扑中复杂的电容电压均衡难题，提升系统在动态工况下的稳定性。建议...
谐振开关电容变换器的几何状态平面分析：级联多谐振变换器演示
Geometrical State-Plane Analysis of Resonant Switched-Capacitor Converters: Demonstration on the Cascaded Multiresonant Converter
Ting Ge · Zichao Ye · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年9月
为实现谐振开关电容（ReSC）变换器的高效率与高功率密度，深入理解软开关机制至关重要。然而，由于软开关操作依赖多个变量，拓扑复杂性增加导致设计难度迅速上升。本文提出了一种几何状态平面分析方法，通过图形化手段简化了多谐振变换器的设计过程，为复杂拓扑的优化提供了理论支撑。
解读: 该研究提出的几何状态平面分析方法，对于优化阳光电源储能系统（如PowerTitan、PowerStack）及组串式逆变器中的DC-DC变换级具有重要参考价值。随着光储系统对高功率密度和高效率的要求日益严苛，ReSC技术及多谐振拓扑在实现更小体积、更低损耗的功率模块设计上潜力巨大。建议研发团队利用该分...
飞跨电容多电平变换器短路故障条件下的理论分析与实验验证
Theoretical Analysis and Experimental Validation of Flying-Capacitor Multilevel Converters Under Short-Circuit Fault Conditions
Mads Graungaard Taul · Nathan Pallo · Andrew Stillwell · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年11月
随着对高效率、高功率密度变换器需求的增加，飞跨电容多电平变换器展现出显著优势。该拓扑降低了开关器件的电压应力，但在短路故障下较为脆弱。本文针对该拓扑在短路故障下的运行特性进行了深入的理论分析与实验验证，旨在提升其故障容错能力。
解读: 飞跨电容多电平拓扑在提升功率密度和效率方面具有显著潜力，对于阳光电源的高功率密度组串式逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）的下一代技术演进具有参考价值。该研究聚焦于短路故障下的可靠性分析，这对于提升阳光电源产品在复杂电网环境下的故障容错能力和安全性至关重要。建议研发团队关注该拓扑在降低...
用于飞跨电容多电平变换器和混合开关电容变换器浮动栅极驱动器的改进自举方法
Improved Bootstrap Methods for Powering Floating Gate Drivers of Flying Capacitor Multilevel Converters and Hybrid Switched-Capacitor Converters
Zichao Ye · Yutian Lei · Wen-Chuen Liu · Pradeep S. Shenoy 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年6月
飞跨电容多电平（FCML）及混合开关电容（SC）变换器中，浮动开关的栅极驱动供电是实现高功率密度设计的关键挑战。传统隔离DC/DC方案体积大、成本高且效率低。本文提出了五种改进的自举供电方法，旨在实现更紧凑、高效的栅极驱动电源电路设计。
解读: 该研究针对多电平拓扑中复杂的浮动驱动供电问题，对于阳光电源的组串式逆变器及PowerTitan等储能变流器产品具有重要参考价值。随着公司产品向更高功率密度和多电平拓扑（如三电平、五电平）演进，传统的隔离电源方案往往占据较大PCB空间并限制了功率密度提升。采用文中提出的改进自举技术，可有效简化驱动电路...
级联谐振变换器：一种具有高功率密度和效率的混合开关电容拓扑
The Cascaded Resonant Converter: A Hybrid Switched-Capacitor Topology With High Power Density and Efficiency
Zichao Ye · Yutian Lei · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年5月
本文提出了一种新型混合/谐振开关电容（ReSC）变换器拓扑，由两个级联的2-to-1 ReSC变换器组成。该拓扑有效利用了有源和无源元件，旨在解决高转换比应用中的功率密度和效率瓶颈，相比传统开关电容和磁性变换器具有显著优势。
解读: 该技术在高功率密度DC-DC变换领域具有重要参考价值，特别适用于阳光电源的储能系统（如PowerTitan/PowerStack）及户用光伏逆变器中的高压直流侧转换。通过采用级联谐振开关电容拓扑，可有效减小磁性元件体积，提升整机功率密度，降低损耗。建议研发团队评估该拓扑在小功率DC-DC模块中的应用...
一种零电压开关、物理柔性多电平氮化镓DC-DC变换器
A Zero-Voltage-Switching, Physically Flexible Multilevel GaN DC–DC Converter
Derek Chou · Yutian Lei · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年1月
本文研究了一种旨在提升功率密度的多电平DC-DC变换器。通过采用飞跨电容多电平拓扑与氮化镓（GaN）器件，实现了零电压开关（ZVS），有效解决了系统小型化过程中的热管理、重量及空间布局限制问题，为高功率密度电力电子系统提供了创新解决方案。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及电动汽车充电桩产品线具有重要参考价值。随着户用产品向轻量化、小型化发展，GaN器件结合多电平拓扑能显著提升功率密度并降低开关损耗。建议研发团队关注该拓扑在提升充电桩模块效率及减小户用逆变器体积方面的应用潜力。此外，其“物理柔性”特性为未来集成化程度更高的分布式能源系...
基于谷值电流检测与恒定有效占空比控制的飞跨电容多电平变换器主动电压平衡
Active Voltage Balancing in Flying Capacitor Multi-Level Converters With Valley Current Detection and Constant Effective Duty Cycle Control
Andrew Stillwell · Enver Candan · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年11月
飞跨电容多电平（FCML）变换器面临电容电压平衡的挑战，不平衡会导致开关管电压应力增加。本文提出了一种基于谷值电流检测与恒定有效占空比控制的方法，旨在解决传统方法在电压平衡控制中的性能局限，提升变换器的可靠性与功率密度。
解读: FCML拓扑在提升逆变器功率密度和降低输出谐波方面具有显著优势。阳光电源在组串式逆变器和储能PCS领域持续追求高功率密度与高效率，该技术有助于优化多电平变换器的电容电压控制策略，减少开关应力，从而提升系统可靠性。建议研发团队关注该控制算法在高性能光伏逆变器及储能变流器中的应用潜力，特别是在高压直流输...
用于高升压转换的高功率密度飞跨电容多电平Boost变换器分析与设计
Analysis and Design of a High Power Density Flying-Capacitor Multilevel Boost Converter for High Step-Up Conversion
Zitao Liao · Yutian Lei · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年5月
本文研究了飞跨电容多电平（FCML）拓扑在高升压转换中的应用。与传统两电平Boost变换器相比，FCML拓扑利用高能量密度电容辅助电感进行能量存储与传输，具有降低开关电压应力、减小电压纹波等优势，显著提升了变换器的功率密度与效率。
解读: 该技术对阳光电源的组串式光伏逆变器及储能PCS产品线具有重要参考价值。随着光伏组件电压等级提升，FCML拓扑有助于在保持高效率的同时减小磁性元件体积，从而提升逆变器功率密度。对于PowerTitan等储能系统，该拓扑可优化DC-DC级设计，降低开关管电压应力，提升系统可靠性。建议研发团队评估FCML...
一种具有有源能量缓冲的2kW单相七电平飞跨电容多电平逆变器
A 2-kW Single-Phase Seven-Level Flying Capacitor Multilevel Inverter With an Active Energy Buffer
Yutian Lei · Christopher Barth · Shibin Qin · Wen-Chuen Liu 等11人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年11月
本文介绍了一种针对Google/IEEE Little Box Challenge设计的2kW、60Hz、450VDC转240VAC逆变器。该逆变器采用七电平飞跨电容多电平拓扑，并集成有源能量缓冲电路，旨在实现高效率与高功率密度，适用于光伏发电及电动汽车充电等场景。
解读: 该研究提出的七电平飞跨电容拓扑及有源能量缓冲技术，对阳光电源的户用光伏逆变器及电动汽车充电桩产品线具有重要参考价值。通过增加电平数可有效降低输出滤波器的体积，提升功率密度，符合当前户用产品小型化、轻量化的发展趋势。有源能量缓冲技术能有效抑制单相系统中的二次纹波，有助于延长直流侧电解电容的寿命，提升整...
一种符合EMI标准且车规级的48V转负载点Dickson混合开关电容DC-DC变换器
An EMI-Compliant and Automotive-Rated 48 V to Point-of-Load Dickson-Based Hybrid Switched-Capacitor DC–DC Converter
Sahana Krishnan · Margaret E. Blackwell · Robert C. N. Pilawa-Podgurski · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年7月
随着数据中心和汽车动力系统向48V配电架构转型，高性能混合开关电容（Hybrid SC）变换器成为极具吸引力的解决方案。然而，汽车级电源系统对电磁干扰（EMI）和可靠性提出了严苛要求。本文提出了一种新型Dickson结构混合SC DC-DC变换器，旨在满足上述高标准应用需求。
解读: 该研究涉及的48V转负载点（PoL）变换技术与阳光电源的电动汽车充电桩及储能系统内部辅助电源设计具有技术关联。随着储能系统（如PowerTitan）和充电桩内部控制单元对高功率密度、高效率及电磁兼容性的要求日益提升，Dickson混合SC拓扑可作为提升辅助电源模块集成度与效率的潜在技术储备。建议研发...
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