电源学报

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应用于车载充电器的双向DC-DC变换器综述

蒋超,杜贵平

电源学报. 2019, 17(4): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.1

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在车载充电器的工作环境中，双向DC-DC变换器要满足功率密度大和宽输出电压范围以及体积小和效率高等条件。根据是否存在电气隔离，车载充电器的双向DC-DC变换器拓扑大致可分为非隔离型和隔离型。不同类型的变换器其拓扑结构和控制方法都不尽相同，相应地有不同的性能表现，同时，宽禁带器件的发展也在提升双向DC-DC变换器性能方面表现出了巨大的潜力。对这些拓扑和控制方法的演变过程进行了详细地分类和总结，对新器件带来的影响进行了综合叙述，同时归纳了目前仍存在的问题，最后提出对其的展望与总结。

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基于隔离型双有源桥DC-DC变换器的三变量快速暂态电流控制

王宁,王跃,李卓强,雷万钧,施伶

电源学报. 2019, 17(4): 10-15. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.10

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基于双有源桥式DAB（dual active bridge）DC-DC变换器提出了一种快速暂态电流控制策略，该控制策略具有3个控制变量。当负载或传输功率指令发生突变时，暂态快速电流控制策略能改善变换器的动态特性，在一个开关周期内使电感电流快速达到新的稳态，并能有效减小暂态过程中电感电流的直流偏置，防止变压器磁饱和。另外，使用叠加定理分析了DAB的稳态和暂态特性，根据分析结果，所提快速暂态电流快速控制策略能在1个开关周期内让变换器从一个稳态到另一稳态。最后，搭建功率等级为300 W的实验平台，通过实验验证了理论分析的正确性。

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LLC直流变压器同步整流与临界连续过谐振控制

郑祥杰,谷恭山,石健将

电源学报. 2019, 17(4): 16-23. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.16

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采用固定开关频率的LLC谐振式直流变压器已广泛应用于各类隔离式两级结构拓扑中。针对应用于宽电压输入、大电流输出、工作于完全谐振状态且采用同步整流的LLC直流变压器，分析了其副边受同步整流管寄生结电容的影响而无法实现临界导通模式CCM的现象与原因，提出了无需额外传感器的同步整流数字控制计算方法；利用LLC直流变压器输出电压不控的特点，提出了基于效率优化的临界连续过谐振控制策略，分析了该控制策略在轻载时优于传统的完全谐振开环控制策略的原因；最后，搭建了1台实验样机，验证了该控制策略的正确性和可行性。

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基于饱和电感的DC/DC开关变换器特性分析

王玉梅,卢迪

电源学报. 2019, 17(4): 24-29. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.24

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移相全桥DC/DC变换器以其电路结构简单、开关损耗小、控制方便等优点在许多中大功率场合中得到了普遍的应用，但该变换器存在滞后桥臂换流困难、占空比丢失等问题，导致电路环流损耗增加，降低了变换器效率。针对以上问题，设计了一种基于饱和电感的DC/DC开关变换器。在分析变换器电路工作过程的基础上，讨论了饱和电感对电路局部谐振的影响，给出了饱和电抗器设计方法。最后通过实验验证了理论分析的正确性和可行性，实现了滞后桥臂的零电流开关，降低了环流能量，提高了DC/DC变换电路的效率。

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应用DSP实现移相全桥控制

史栋毅,李宏,刘永鸽

电源学报. 2019, 17(4): 30-34. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.30

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从输出电压的宽范围调节和控制方式的数字化两方面考虑，提出使用数字信号处理器DSP（digital si-gnal processor）来实现对单相全桥逆变电路的移相控制。通过对移相控制原理的阐述，得出该种控制方式对开关管驱动脉冲的时序要求，进而给出了移相角为α时各开关管所要求的驱动脉冲；通过对TMS320F2812内部所提供的事件管理器EV（event manager）和模/数转换器ADC（A/D converter）功能的分析，详细阐述了应用DSP来实现移相控制的方法和原理，并设计了相应的驱动隔离电路。实验结果验证了该控制方式的可行性和有效性，并取得了较好的驱动效果。

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带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

荣德生,段志田,李洪珠,杨干兴

电源学报. 2019, 17(4): 35-43. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.35

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针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题，提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L₁和L₂，并对开关电感进行耦合集成，在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态，推导了电压增益公式，分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比，该变换器性能得到明显提升，尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3（1+D）倍，开关管的电压应力减小了2/3，电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。

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一种Buck输出纹波比的简化计算及设计方法

任堰牛,何玮,李杰,黄梓瑜

电源学报. 2019, 17(4): 44-49. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.44

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Buck变换器是一种高效的DC-DC降压开关电路，其输出的直流电压受到纹波干扰。纹波比是一个重要的性能指标，它受开关频率、滤波电感电容、占空比和负载电流（或负载电阻）等参数共同影响，不易精确计算。先构建一种与Buck变换器（电感电流连续）完全等效的理想电路拓扑；分析此电路的频率响应特性后得到电路的稳态输出；进一步的纹波理论计算及仿真分析表明，电路输出纹波比的计算完全可以由基波纹波比代替。基于上述简化纹波比计算的结论，又提出了一种设计滤波元件L、C参数的方法，并将这种方法运用于实例设计中，最后的仿真及实验数据都说明采用此方法能有效地计算出满足纹波比指标要求的L、C参数范围。

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电感复用型PFC变换器及其控制策略

李浩然,董秀成,陈庚,阎铁生,代莎

电源学报. 2019, 17(4): 50-56. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.50

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提出一种复用电感导通模式MCM（multiplexing-inductor conduction mode）的概念，对MCM模式下的电感电流进行了详细分析。通过电感复用及MCM的概念，对Boost与Buck的级联结构进行变换，提出了一种电感复用型功率因数校正器MPFC（multiplexing-inductor power factor corrector）变换器的拓扑结构，这种结构减少了电感的数量，使变换器体积减小，节约了成本。MPFC的控制模式分为电流模控制与电压模控制，通过分析这2种控制方式的特点发现，电压模控制的MPFC更适合实际运用。仿真实验表明，MPFC变换器的输入功率因数与输出电压纹波符合一般的工业生产需求，证明了MPFC原理的正确性及实际应用的可实施性。

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基于Cuk变换器的无桥LED驱动电源

蔡成超,沈艳霞,赵文辉,李家成

电源学报. 2019, 17(4): 57-63. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.57

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针对传统发光二极管LED（light-emitting diode）驱动电源因低频整流桥导致效率不高的问题，提出了一种基于Cuk PFC变换器的无桥LED驱动电源。该电源由2个共用输出的Cuk变换器并联而成，不仅保留了Cuk变换器输入输出电流脉动小、可实现升降压的优点，而且相较于现有LED驱动电源，避免了大体积变压器的使用，尤其适合空间狭小的大功率照明场合。详细分析了断续导电模式DCM（discontinuous conduction mode）下无桥LED驱动电源的工作原理及电路工作特性，最后通过仿真和实验搭建的20 W样机证明了所提拓扑的正确性。

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LLC谐振变换器UIU型电感-变压器磁集成设计

闫孝姮,杨磊,张莹,查鹏程

电源学报. 2019, 17(4): 64-72. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.64

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采用解耦磁集成方法，结合磁路-电路对偶变换，得到LLC谐振变换器UIU磁芯结构的三线圈磁集成模型。分析了UIU磁芯三线圈磁芯结构，建立UIU磁路-电路等效模型，推导出以UIU磁芯为基础的LLC变换器三线圈集成设计公式。仿真磁通分布表明在缩小体积和减小边缘磁通方面，UIU磁芯结构优于传统EE磁芯结构。使用UIU磁芯结构建立三线圈模型进行瞬态电磁场分析和温度场分析，表明该磁芯结构工作磁通密度和工作温度符合设计要求。设计1台谐振频率180 kHz、输出功率10 W的实验样机，实验结果验证了UIU磁芯结构三线圈模型的适用性和有效性。

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永磁体预偏磁功率电感永磁结构分析

郑端端,陈为

电源学报. 2019, 17(4): 73-79. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.73

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磁元件在各种功率变换器中一直有着不可替代的作用，如电感在电路中起到储能、滤波等作用，并且其体积占据的比重也较大，因此磁元件的优化设计备受关注，永磁体偏磁技术的出现为其开辟了一条新的途径。永磁体偏磁技术不仅可以提高磁元件的抗饱和能力，也有助于减小磁元件的体积。针对现有偏磁方案的不足，以Boost电感为例，建立电感的磁路模型进行分析，得到电感各个磁路上的参数设计要求，防止磁芯退磁，提高电感元件工作的稳定性，最终设计出新型的偏磁方案模型。对比几种优化结构，采用钕铁硼作为永磁体材料，用高饱和磁密的磁芯材料把永磁体和电感磁芯隔离开，避免局部饱和，并且当支路磁芯体积较大、永磁体夹在两个支路磁芯中间时，该结构的效果较好。同时还对引入短路环进行损耗分析。当下功率变换器不断朝着轻量化、小型化、高功率密度化方向发展，永磁体预偏磁技术为其增加了更多的可能性。

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基于部分能量线圈和OFDM技术的ICPT系统高速数据传输方法

唐春森,邓棚亓,李亚超,陈国东,王智慧

电源学报. 2019, 17(4): 80-86. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.80

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针对目前应用在感应耦合电能传输ICPT（inductive coupling power transfer）系统中数据传输技术的传输速率低、系统电路复杂等问题，提出一种基于部分能量线圈和正交频分复用OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）技术的ICPT系统高速数据传输方案。该方案利用能量耦合线圈的一部分来构建高速数据传输通道，使得主要的电路拓扑具有带通滤波器的特性，并且数据传输通道对信号载波呈现低阻抗特性，对电能载波呈现高阻抗特性，从而减小了电能载波对信号载波的影响；采用OFDM技术提高数据载波频带利用率及抗干扰性，实现高速数据传输。实验结果验证了系统在保证电能传输不受影响的同时实现了高达10 Mbps的数据传输速率。

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基于超声波定位的感应式无线能量传输原理及精度分析

刘治钢,张晓峰,马亮,杨世春,闫啸宇,杨鹏,陈宇航

电源学报. 2019, 17(4): 87-93. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.87

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本文采用基于TDOA算法的超声波定位为电动汽车感应式无线能量传输提供对准方法，并使用卡尔曼滤波结合超声波模块进行实验验证。为提高算法精度，本文基于TDOA算法超声波定位模型提出一种发射器位置计算方法；然后在算法原理推导过程中，分别对算法中影响定位精度的主要因素（如传感器位置布置形式、接收传感器间距、时间差测量误差、发射传感器高度等）进行了仿真和对比；最后将算法仿真结论进行实验验证，实现了在误差允许范围内的精准定位。本文的结论对采用TDOA算法进行超声波定位的方案及参数选取提供了一定的依据。

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磁谐振无线电能传输系统线圈设计综述

曾玉凤,丘东元,张波

电源学报. 2019, 17(4): 94-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.94

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线圈是无线输电系统中实现电磁耦合谐振的核心部件，具有高品质因数和均匀磁场的线圈是无线电能传输系统获得高传输效率和稳定输出的重要保证。基于磁谐振无线电能传输系统的基本结构和工作原理，总结了磁谐振无线输电系统中线圈的主要设计方法。首先介绍了常用的线圈类型和线圈尺寸的优化选择；然后对比了不同的线圈电感计算公式的适用范围；最后论述了线圈内阻、匝间距等参数对磁谐振无线输电系统传输效率和输出功率的影响。此工作对磁谐振无线电能传输系统的线圈优化设计有一定的指导意义。

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一种ICPT系统松耦合线圈尺寸匹配的设计方法

李政泰,王春芳,李聃

电源学报. 2019, 17(4): 105-111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.105

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传统ICPT系统中，松耦合变压器的发射线圈（Tx）尺寸与接收线圈（Rx）尺寸的最优匹配参数的求取，一般通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感，并辅以大量实验来获得，既缺少理论依据又浪费人力物力。针对这一问题，提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Tx和Rx尺寸最优匹配参数的设计方法。首先求取单管逆变ICPT系统之原边并联副边并联（PP）结构下的系统去耦等效电路模型，据此推导出Rx上的电流密度与互感、系统传输功率及效率的关系；据此利用有限元仿真软件对Rx线圈电流密度随Tx线圈内外半径变化的规律进行了仿真，对Rx线圈电流密度及磁耦合线圈互感值随Tx线圈内外径半径变化的规律进行了仿真，并对Rx电流密度与互感变化对应的规律进行了对比。综合仿真结果确定了松耦合线圈最优尺寸下，Tx与Rx外径比值，该参数与企业通过实验总结出的经验值相吻合。

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适用于双馈风机故障穿越的多功能串联补偿器

涂春鸣,杨洁,吴宁,郭祺,姜飞,熊卓

电源学报. 2019, 17(4): 112-121. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.112

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双馈风机DFIG（doubly-fed induction generator）因其对电网故障的敏感性，其故障穿越运行能力成为研究热点。为了提高DFIG的故障穿越能力，采用一种适用于DFIG的多功能串联补偿器MFSC（multifunctional series compensator）。MFSC连接于风机定子和并网点之间，可根据电网电压发生故障的不同程度，工作在动态电压补偿DVC（dynamic voltage compensation）和限流两种模式下，补偿跌落电网电压和限制风机电流突升。通过分析电网故障下的DFIG特性，给出了MFSC功能实现的数学模型；重点介绍了MFSC的不同功能控制策略和多模式切换流程。采用MATLAB软件建立了仿真系统，仿真结果验证了MFSC实现DFIG故障穿越的可行性和有效性。

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微电网下垂控制的运行策略及PCC处联络功率控制

贾要勤,张微,侯艺杰

电源学报. 2019, 17(4): 122-129. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.122

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采用了虚拟阻抗及二次调频调压的下垂控制方法作为微电网独立运行时的控制策略。通过基于αβ坐标系下的快速相位同步方法来加快逆变器并入微电网或微电网并入大电网的速度。当微电网处于并网运行时，采用αβ坐标系下的PQ控制将各微电源控制为电流源。在此基础上，通过采用公共耦合点PCC（point of common coupling）处的联络功率控制策略，实现微电网并网运行时与大电网间的联络功率控制。根据搭建的MATLAB仿真模型对上述控制策略进行了仿真，最后对上述控制策略进行了实验验证。

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基于Multi-agent改进粒子群优化算法的分时电价机制下多微网系统联合优化调度

王凌云,徐嘉阳,尚勇

电源学报. 2019, 17(4): 130-139. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.130

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随着分布式能源与微网技术的发展，大量分布式电源或微网并入主电网，对电网运行带来一定影响。针对多个微网接入主电网的情况，在计及分时电价机制的基础上，从微网整合角度考虑各微网间的互补性。结合微网中储能装置对电网削峰填谷的作用，提出一种基于分时电价机制下多微网系统联合优化调度方法。考虑不同时刻电价差异，分别制定峰、平、谷不同时刻调度策略，建立以整个多微网系统的运行成本和环境治理成本最小为目标的数学优化模型，并采用基于multi-agent改进粒子群优化算法对模型求解。通过算例分析，比较了各微网单独运行和多微网联合调度两种策略下的多微网系统成本，验证了所提方法的有效性。

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联网运行下微型电网电压自愈控制方法

潘龙,王合闯,楚明月,林茂盛,杜立江,张中宽

电源学报. 2019, 17(4): 140-147. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.140

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传统联网运行下微型电网电压自愈控制方法使用电流差动保护措施，无法远程控制馈线开关，不能快速实现电压自愈。提出一种新的自愈控制方法，将MAS分布式控制系统引入联网运行下微型电网电压自愈控制中，通过双层MAS结构中下层各Agent将微型电网运行情况及故障信息反馈到上层微型电网Agent后，制定最终自愈控制方案，并下达命令进行优化自愈恢复；通过各Agent间协作快速定位电网故障和进行电压自愈控制，其中故障定位时，Agent基于改进差动电流判断故障发生依据和支路故障判断依据，实现故障定位分析；电压自愈控制时采用启发式搜索方法形成供电恢复路径，各个联络开关处Agent发送恢复命令至故障末端分段开关处Agent，并通知本地Agent开挂合闸，实现微型电网电压自愈。通过实验表明，该自愈控制方法故障定位精准，自愈恢复耗时仅为0.27 s，自愈控制性能佳。

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基于LCD能量相对熵的小电流接地故障选线方法

田书,李沙沙

电源学报. 2019, 17(4): 148-154. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.148

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针对小波变换不具有自适应性、易受小波基种类影响的问题，及经验模态分解EMD（empirical modal deco-mposition）存在的模态混叠现象，提出了一种基于局部特征尺度分解LCD（local characteristic-scale decomposi-tion）和能量相对熵的故障选线新方法。首先利用具有自适应性、抗混叠性的LCD对各线路暂态零序电流进行分解，计算各频带暂态能量；再结合能量相对熵对信号间的细微差异进行识别放大，根据各条线路综合能量相对熵的大小进行选线。通过在Matlab仿真平台上搭建具有5回出线的10 kV线缆混合配电网发生单相接地故障的模型，验证了所提方法不受故障合闸角、故障距离和过渡电阻的影响，可实现正确选线。

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基于HHT谐波与间谐波检测研究

张敢,施火泉,饶琨

电源学报. 2019, 17(4): 155-161. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.155

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为了削弱基于经验模态分解EMD（empirical mode decomposition）方法在谐波与间谐波检测中的端点效应，提出了采用自适应波形延拓的改进型希尔伯特-黄变换HHT（Hilbert-Huang transform）谐波与间谐波检测算法。在EMD过程中，采取分段三次Hermite插值函数取代三次样条插值函数，从而避免包络曲线产生的过冲与欠冲。待测信号经过EMD，获得一系列固有模态分量IMFs（intrinsic mode functions），然后对各个IMF进行希尔伯特变换HT（Hilbert transform），即可获得各次谐波的幅值与频率。通过与快速傅里叶变换FFT（fast Fourier transform）相比较，证明改进的HHT算法精度高，符合电力系统谐波和间谐波分析的要求。

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单逆变器供电双五相永磁同步电机串联型直接转矩控制研究

吴鑫,周扬忠

电源学报. 2019, 17(4): 162-168. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.162

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电机串联技术不仅能够节省逆变器以及控制设备的成本，而且还能节省逆变器所占用的空间。串联的电机可实现独立控制，其转速和转矩都是独立控制的，这在诸多领域中有着重要的实用意义。针对2台串联的五相永磁同步电机PMSM（permanent magnet synchronous motor）提出一种直接转矩控制DTC（direct torque control）策略。首先，建立了变换矩阵，分析推导了静止坐标系以及旋转坐标系下双五相PMSMs串联系统的数学模型；然后，对直接转矩控制进行研究，构建最佳开关矢量表，设计系统的控制框图；最后，在MATLAB下建立电机的模型以及串联系统的模型，对单逆变器供电双五相PMSMs串联系统进行稳态及动态的仿真与分析。

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一种改进的模型参考自适应多相感应电机转速估计方法

楼徐杰,肖飞,胡亮灯

电源学报. 2019, 17(4): 169-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.169

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转速估计是无速度传感器矢量控制系统的关键，其精度将直接影响矢量控制系统的控制性能。将基于电机反电动势的模型参考自适应系统MRAS（model reference adaptive system）方法用于多相感应电机转速估计，对该方法进行了理论推导和稳定性分析。针对输入信号的噪声导致的估算精度降低问题，引入低通滤波器滤除噪声信号，并从理论上分析了其对稳定性的影响。在此基础上设计了变PI参数、变滤波截止频率的MRAS转速估计方法，仿真和实验结果表明优化的转速估计方法具有较好的估计精度和静、动态性能。

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基于高频脉冲注入法的开关磁阻电机母线电流分解

王珏,窦爱玉,慈文彦

电源学报. 2019, 17(4): 179-184. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.179

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传统的开关磁阻电机相电流采样技术是在每相绕组中分别放置1个电流传感器，这样不但增加了系统成本，而且降低了系统的可靠性。对传统不对称半桥变换电路的连接方式稍作改变，提出将高频脉冲注入开关磁阻电机母线电流中分解出各相电流的技术。该采样方法减少了电机调速系统中电流传感器的数量，降低了系统成本，使系统运行更加可靠。最后搭建了三相12/8极的开关磁阻电机系统仿真模型和实验平台，仿真分析与实验结果验证了所提分解母线电流方法的有效性、正确性。

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考虑变温度影响的SiC MOSFET建模与分析

李辉,钟懿,黄樟坚,廖兴林,谢翔杰,肖洪伟

电源学报. 2019, 17(4): 185-192. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.185

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为了准确反映SiC MOSFET在不同温度下的电气特性，对影响SiC MOSFET电气特性的关键参数进行了分析，提出了一种SiC MOSFET等效电路模型。首先，根据SiC MOSFET阈值电压和跨导随温度变化的规律，采用函数拟合的温控电源模型对SiC MOSFET的阈值电压和漏极电流进行补偿；其次，考虑寄生电容与极间电压的关系，采用电容子电路和可变电容模型对SiC MOSFET的寄生电容进行等效模拟，根据SiC MOSFET体二极管对其静、动态特性的影响，利用独立二极管模型描述体二极管特性，进而建立SiC MOSFET的等效电路模型。最后，在不同温度条件下，对该模型进行了仿真并与实验测试结果进行了对比。结果表明所建模型较为准确地描述SiC MOSFET在较宽温度范围内的静、动态特性，验证了模型的有效性。

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基于SiC MOSFET的多芯片并联功率模块不均流研究

马建林,王莉,阮立刚

电源学报. 2019, 17(4): 193-200. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2019.4.193

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针对多芯片功率模块MCPMs（multi-chip power modules）从功率模块布局设计角度对碳化硅SiC（silicon carbide） MOSFET的并联不均流进行了研究。理论分析了造成SiC MOSFET并联不均流的原因，在忽略器件自身差异的情况下，重点分析了非对称布局对功率管并联不均流的影响。在此基础之上，以集成化大功率固态功率控制器SSPC（solid-state power controller）为背景，提出了3种适用于大功率SSPC集成功率模块的非对称布局，分别对3种布局的不均流电流进行了理论分析，并利用Ansoft Q3D提取寄生参数在Saber中对模块的动态开关过程进行仿真。仿真结果表明，通过合理的布局可以减小非对称布局引起的寄生电感不对称对SiC MOSFET并联不均流造成的影响。

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2019年, 第17卷, 第4期　刊出日期：2019-07-30

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