September 22, 2025
Thesis Title: Research on High-Efficiency High-Density Three-Phase Modular Multilevel PFC Topology and Control Strategy Defendant: Zhao Wending Major: Electrical Engineering Supervisor: Professor Wu Xinke The thesis defense PPT has been uploaded to the PMIC website at https://pmic.zju.edu.cn/zh/research-results/papers/degree/. You are welcome to view it.
September 18, 2025
Achievement Showcase | Voltage Ripple Suppression Strategy for Active Clamping Modules in Device-Series Medium-Voltage Inverters (September 2025) Medium- and high-voltage high-power power electronic equipment is ubiquitous in modern industry, such as large-capacity data centers, super charging stations, flexible DC transmission, and GF equipment. However, the withstand voltages of common commercial IGBTs and silicon carbide MOSFETs are 6.5kV and 1.7kV, respectively, so a single semiconductor power device cannot be directly applied to medium- and high-voltage occasions. Connecting multiple low-voltage power devices in series to meet voltage level requirements is the most direct method to solve the device withstand voltage problem. The device series connection method has advantages such as simple circuit structure and fewer devices used, and it is highly scalable and can be applied to various circuits. At the same time, it avoids the problem of excessively large passive component volume. However, device series connection also introduces new problems. The […]
September 5, 2025
2025年8月15日，浙江大学杭州国际科创中心电源管理技术创新联盟（以下简称“联盟”）2025年秋季研讨会在杭州顺利召开。 本次会议以“AI数据中心供电技术”为核心，实践电源管理技术创新联盟（PMIC）“聚焦未来技术、助力产业发展”的目标，积极响应信息系统领域中高性能计算与数据中心对先进电源系统不断增长的技术需求与工程挑战。 会议议程涵盖多个高水平特邀专家报告、联盟 PI 报告、课题进展报告，设置深度海报交流与毕业生海报展示环节。会议由浙江大学吴新科教授与邵帅副教授共同主持。浙江大学吴新科教授作开场致辞，介绍联盟会员概况等。后带来题为《AI服务器高效率高密度AC/DC电源技术》的报告，对联盟在研的服务器电源变换技术课题进行系统梳理。 浪潮电子信息产业股份有限公司研发副总王武军先生应邀作《服务器供电发展趋势分析》特邀报告，从产业视角剖析供电架构新要求。浙江大学李楚杉副教授就《固态变压器系统层级拓扑评估与绝缘优化设计》分享最新研究成果，该研究为提升下一代数据中心能源基础设施的功率密度和能源效率提供了理论依据和实现思路，引发了在场企业专家对工程化落地路径等方面的热烈讨论。PMIC陈烨楠研究员系统综述《48V算力芯片电源》技术路线与发展瓶颈。浙江大学吴赞教授作《功率器件高效液冷集成封装技术》报告，介绍高密度、高过载、低热阻、高可靠的功率模块液冷集成封装方案。电子科技大学甄少伟副教授以《FIVR的发展趋势与挑战》为题，深入剖析高频供电发展趋势及技术路线。 课题报告环节集中呈现了飞跨电容四电平PFC的动态均压调制策略、用于服务器供电机柜的800V输出高效高功率密度DC/DC设计基于RDCX拓扑的48V输出动态分析与优化、GaN器件高温下动态电阻评估及其动态输出特性等四个研究进展，展现联盟在器件、拓扑与控制层面的多元探索。 会议特设海报展示与交流专区、毕业生海报交流专区，多位博士、硕士研究生就联盟课题与企业专家开展深入讨论，现场交流热烈，凸显了产学研协同创新的联盟特色。 本次研讨会系统梳理了“AI驱动”背景下供电链的技术挑战与供电技术全链条创新路径，有效推进了高端电源领域的产学研互动与联盟内技术共享，为下一代数据中心能源架构的发展指明了方向。 演讲资料已上传至联盟官网（pmic.zju.edu.cn）会员专区内，供联盟成员回看学习
August 7, 2025
三相MISN-PFC变换器的原理图如图1所示，其中（a）对应固定直流母线电压的拓扑方案，而（b）对应所提出的应用于宽直流母线电压的拓扑方案，主要由高频MISN模块和三电平工频整流桥构成。MISN模块的单元由全桥结构和箝位电容构成。为减小电感体积，通过MISN模块分担电感电压，降低电感伏秒。 图2所示为A相的稳态工作波形，包含输入电压、工频整流桥中点电压、MISN模块端口电压、电感电压及电感电流。由于电感值较小，的开关周期平均值可表示为： MISN模块的输入功率可表示为： 其中是UA输入电压有效值，α表示斩波角，取值范围（0°,90°）。 在稳态下，MISN模块需维持功率平衡，故其吸收功率恒为零。由此可得MISN变换器的稳态条件： 如图3所示，直流母线电压Vbus随斩波角变化的特性表明该变换器为升压型电路。本研究针对220Vac±10%相电压范围，将直流母线电压范围设定为550~900V，对应斩波角α变化范围为12°~61° 由于MISN-PFC变换器的控制策略在文献[1]中已详细阐述，本文仅简要描述。该变换器采用如图2(a)所示的三环控制系统：电流内环实现功率因数校正(PFC)，输出电压外环生成电流参考幅值以实现直流母线电压调节，MISN电压环通过负反馈调整确保MISN模块电压的稳定性。 MISN模块的损耗与体积优化 根据公式(1)，当直流母线电压升高时，MISN模块的电压应力也会增加，需相应增加单元电压，导致MISN模块的损耗增加。此外，MISN电容的缓冲能量与直流母线电压成正相关，所以电容体积也会随之增大。为解决该问题，则需要减小输入电压和工频整流桥中点电压之间的差异。基于此，本文提出一种三电平工频整流桥的拓扑优化方案。在图4中比较了传统的两电平工频整流桥和所提方案在直流母线电压下的工作波形。可知，三电平工频整流桥的电压应力（250V）比两电平结构（640V）更小，且红色部分对应的缓冲能量也明显下降。 为了突出三电平工频整流桥的优势，在相同损耗下对比电容体积，即限制三电平整流桥的MISN变换器（Vbus = 900V）的损耗，与文献[1]中两电平整流桥MISN变换器（Vbus = 550V）的损耗相同。 假设MISN模块采用80V额定电压的电解电容，在不同直流母线电压下计算得到的电容体积如图5所示，其中体积数据根据Vbus = 550V的数值进行归一化。当直流母线电压为900V时，采用三电平工频桥可使电容体积减少超过70%。 样机与实验验证 图6所示为搭建的10kW样机（400W/in3），其输入相电压范围为220Vac±10%，输出电压范围为550V~900V。样机包含MISN模块、工频整流桥、电感、控制器、输入滤波器及直流母线电容。 为了适应不同的直流母线电压，斩波角α需要进行调整。如图7所示，当Vbus = 550V时，斩波角控制在27°，MISN模块的最大电压应力约为141V。而当Vbus = 900V时，斩波角α增大至57°，对应的最大电压应力为 250V，显著低于传统两电平工频桥MISN变换器的640V。图8显示了实验样机在Vbus = 550V时的计算效率和实测效率。 实验结果表明，变换器峰值效率达到99.2%，满载效率为99.1%。
July 15, 2025
2025年7月15日，全球汽车技术领军企业——博世集团（BOSCH）电力电子首席专家 Matthias Boesing 一行，来访浙江大学玉泉校区电源管理技术创新联盟（ZJU-PMIC）实验室参观交流。 ZJU-PMIC 团队闫海东研究员向来访嘉宾系统介绍了课题组在低温烧结技术及其在宽禁带半导体封装应用方面的研究成果，并展示了自主开发的 1200V 双面冷却 SiC 功率模块，吸引了博世专家的热烈讨论。 十余位研究生依次介绍了多项面向车载应用的高效高功率密度 AC-DC 与 DC-DC 电源变换技术，包括三相 MISN-PFC 变换器、元胞化 LLC 变换器、GaN 基高效率双向变换器等多个样机，体现了团队在先进拓扑与系统集成领域的深厚积累。 Matthias Boesing 博士则分享了博世在电力电子系统方向的整体布局，涵盖电驱系统、电池管理、车载充电等关键环节。他指出，博世半导体部门正在加速 SiC 与 GaN 器件及模块的开发，致力于以更高效的功率转换技术支撑未来智能电动汽车的发展。 Matthias Boesing 博士则分享了博世在电力电子系统方向的整体布局，涵盖电驱系统、电池管理、车载充电等关键环节。他指出，博世半导体部门正在加速 SiC 与 GaN 器件及模块的开发，致力于以更高效的功率转换技术支撑未来智能电动汽车的发展。
July 14, 2025
在数据中心高负载的背景下，服务器电源效率的提升已成为行业共识。OCP第三代标准将峰值效率的门槛提高至97.5%，而新一代系统则瞄准 98%甚至更高的效率目标。 ZJU-PMIC团队基于 RDCX（Regulated DCX）拓扑，提出了一种高密度、高效率的两级 4.5kW/48V DC/DC 电源设计方案，兼顾 CRPS 尺寸约束与稳压能力，助力下一代服务器供电系统。 为了整机效率突破98%，前级采用多电平PFC或CRM图腾柱PFC方案，后级DC/DC模块的效率目标被定为接近 99%。这对拓扑结构、磁组件设计、控制策略都提出了挑战。 PMIC团队现有PFC方案与峰值效率：CRM图腾柱PFC方案效率99.4%，多电平PFC 方案效率99.5%。 DC/DC 研究现状：LLC 的“天花板”？ 当前隔离型 DC/DC 变换器主流方案仍以 LLC 拓扑为代表，其凭借良好的软开关特性，在学术界与产业界广泛应用。 •成熟的控制理论与工程实现路径 •适用于中高功率密度的隔离型系统 •最高已达 98.7%浙江大学 PMIC 团队提出了一种基于 DCX 架构演进的创新拓扑 —— RDCX（Regulated DCX）。在DCX的高频高效特性基础上，加入轻量化的输出稳压机制，形成结构简洁、控制灵活的新型拓扑，其较LLC拓扑拥有更好的效率优势，如下图所示。 RDCX：走向服务器电源的下一站 RDCX 拓扑在DCX 的基础上引入了受控辅助电压源网络： 稳压策略简洁，拓扑结构清晰，适合高效率隔离型电源应用。 通过实验验证，样机峰值效率可达98.9%，ZVS 实现范围覆盖全功率段，保持时间10ms，半载纹波<0.5%。 50%负载时，ΔVpp ≈400mV，输出纹波＜0.5% 当输出电流以1A/us的速率，自5A（5%）跳载至57A （60%），输出电压超调量约为1.9%（0.9V）。 RDCX 拓扑在实现高效率的同时，简化了控制逻辑，并兼容 CRPS 电源的尺寸限制。ZJU- PMIC 团队通过深入建模与实测分析，完成了器件选型与磁件设计的高度协同，展示了未来服务器电源演进的关键路径。
June 25, 2025
户用储能近年来备受关注，其原因在于：政策端，能源危机加速家庭能源自主需求，叠加美、中、欧等地光储补贴政策，致使户储经济性凸显；市场端，全球户储装机量呈指数型增长；企业端，磷酸铁锂电池(LFP)电池成本逐步降低。 储能变换器(PCS)是整个系统的核心单元，其性能极大影响了户储产品的竞争力。对PCS来说，除对效率和功率密度有要求之外，当电池作为能量存储单元时，PCS需要具备相应的功能以适应电池提出的技术需求。一是电池侧二倍工频电流纹波抑制，二是宽电压范围工作以适应电池电压变化。 图1 典型户用储能系统 针对电池侧二倍工频电流纹波抑制问题，ZJU-PMIC团队提出了一种双环控制方法，以解决工作在放电模式下过大的电流纹波。具体为：在传统的电压环控制中，插入电流内环进行控制，电流内环是快环，电压外环是慢环。在电流快环的作用下，电流将被控为恒定，实现对电流纹波的抑制，二倍工频的功率纹波将表现为电压纹波的波动，电压慢环只维持电压平均值恒定即可，最终将功率纹波完全阻隔在电池之外。 图2 传统单电压环控制和电压外环电流内环的双环控制 图3 不同控制策略下的对比 针对宽电压范围工作问题，ZJU-PMIC团队提出了RDCX拓扑结合变母线电压策略，在满足变换器宽调压范围需求同时，提高全电压范围内的效率。首先RDCX拓扑具体为：以固定频率的串联谐振型电路DCX，结合Buck电路进行调压，构成整体RDCX拓扑。DCX电路开关频率恒定，输出电压随着电池电压线性变化；通过R部分提供电压补偿，来实现母线电压的稳定。由于DCX和R在直流侧串联，其电压比也就是功率比。但由于调压部分(R)功率经过了两级电路，效率必然有损失。为提高效率，需降低R部分的功率或电压占比。 因此，ZJU-PMIC团队采取了变母线电压的方式。当电池电压较高时，DCX部分传递绝大部分能量，R部分只用处理纹波功率。随着电池电压的下降，母线电压随之线性变化。当电池电压接近亏电时，R部分才提供最低限度的直流电压补偿以满足交流侧220V电压不失真。 通过仿真验证所提出方案的可行性。在PLECS中搭建了仿真模型，为RDCX拓扑后接逆变器，带电阻负载。输出直流功率为3000W，母线电容按照0.5uF/W，确定为1.5mF。对比单电压环控制、双环控制下对二倍工频纹波电流的抑制情况，计划将电池测纹波电流限制在10%以下。 纹波电流情况。经理论分析，单电压快环控制下，母线电流和电池电流都会有接近100%的纹波电流；在双环控制下，母线电流和电池电流都将恒定，几乎没有纹波。在仿真实验中，母线电流在单电压快环控制下，母线电流存在较大的二倍工频纹波电流。而双环控制中，母线电流被电流快环控制，近似恒定。 电池电流。当输出功率为3000W时，电池电流平均值约为62A。在电压快环的控制下，纹波电流达到了56A，而双环控制下，纹波电流被抑制到4A。此时平均电流为62A，引入双环控制后纹波电流被限制到6%。电压快环时的纹波电流百分比91%。可见，通过引入双环控制，实现了对电池电流纹波很好的抑制效果。 此外，我们观察了谐振腔的电流：单电压快环控制下，由于二倍工频纹波电流较大，导致谐振腔电流上也叠加了二倍工频的电流分量。但双环控制下，二倍工频纹波电流对谐振腔电流的影响较小。 相应地各个端口的电压也进行对比。由于绝大部分功率由DCX传递，R部分只处理纹波功率，RDCX拓扑中的效率优势可得到验证。且由于各部分直流侧串联、电流相同，功率的分配情况可由各端口电压的分配情况间接验证。母线电压波动全部由R部分承担，DCX电压恒定。理论上母线电压波动为18V，全部由R部分处理。 可以看到在双环控制下，母线电压的平均值主要有DCX部分来承担。在电压纹波的分配上，可以看到母线电压纹波为19V，DCX部分电压维持恒定。R部分电压纹波为18V，纹波电压几乎均由R部分承担。 针对户储PCS中电池二倍工频电流纹波抑制和宽范围下高效率运行的挑战，ZJU-PMIC团队提出了创新解决方案：双环控制有效抑制了电池侧二倍工频电流纹波，有效保护电池并提升稳定性；同时RDCX拓扑结合变母线电压策略，在宽电池电压范围内，通过高效DCX传递绝大部分功率，仅让小功率调压模块R处理纹波和必要补偿，实现了全范围的高效运行。
April 28, 2025
4月26日，高可靠超高频GaN基变换技术研讨会在杭州金溪山庄顺利召开。浙江大学电力电子应用技术国家工程研究中心副主任年珩教授、应用电子学系系主任张军明教授、吴新科教授、香港科技大学张薇葭教授、横店东磁王朝明、英诺赛科孙涛以及30余位研究生参加了会议。 吴新科教授主持本次会议，对参会嘉宾表示欢迎并介绍了项目基本情况。他介绍到，本次会议基于国家重点研发计划战略性科技创新合作项目“10MHz 高可靠性 GaN 基高密度电源关键技术”，旨在促进项目合作团队间的技术协同与资源共享，共同助力我国电力电子领域的前沿技术探索。 年珩教授代表浙江大学电气工程学院致辞，对本项目的实施提出了殷切期望，面向快速跃升的超算中心供电需求和挑战，项目团队汇聚大陆与香港的优势科研力量，聚焦超高频GaN器件与电源模块领域，响应国家在高算力基础设施建设中的战略需求、深化内地与香港科技合作的战略部署，力图突破关键核心技术瓶颈。 香港科技大学张薇葭教授代表陈敬教授团队向浙江大学的邀请表示感谢。她表示香港科技大学陈敬教授团队在GaN器件机理研究与可靠性方面的优势与浙江大学吴新科教授团队在高频变换技术领域积淀深厚，强强联合优势互补，期望能在本次研讨会能深入探讨，共同助力电力电子器件与应用领域的科研进步与产业发展。 26日上午共进行五场技术报告，来自浙大与港科大的研究生从GaN器件栅极可靠性提升、阈值电压测试与表征、动态电阻测试与表征、10MHz DC-DC设计、10MHz谐振驱动设计等主题作了精彩报告。报告结束后，参会代表踊跃讨论、充分交流，对技术难点进行详细地讨论。 下午，项目团队召开圆桌会议，对当前项目的进度、计划与中港互访交流等进行讨论，团队成员进行了热烈的讨论，明确了后续课题开展的任务与分工合作，确保项目顺利完成。 最后，吴新科教授带领团队参观了电力电子实验室，介绍了基于低压GaN器件的高效高密度元胞化技术等课题，港科与浙大的研究生们分别从器件与应用的视角展开充分讨论。 通过本次研讨会，搭建起跨领域、多主体的深度交流平台：让内地与香港的学生们在交流中拓展视野，提升能力；让来自器件、材料、电源等不同领域的专家学者们深入探讨，碰撞思想；以开放中分享智慧，在协作中凝聚力量，共同推动我国电力电子器件与应用领域的科研进步与产业发展。
April 24, 2025
2025年4月17日，由Ansys与白金代理商上海琨钦联合主办的“Ansys电力电子技术创新研讨会”在合肥圆满落幕。本次研讨会以“电力电子技术创新”为主题，聚焦设备复杂度与集成度持续提升背景下，仿真技术如何成为电力电子研发创新的核心驱动力。 ZJU-PMIC的博士生徐宇豪受邀作学术报告，介绍了基于Ansys仿真工具，建立高频变压器与开关器件统一损耗模型。 本次报告基于ansys三维有限元仿真工具，研究了励磁电流对于绕组损耗的影响，建立励磁电流与绕组交流系数的拟合方法；结合DCX电路的器件损耗模型，提出了同时考虑绕组和器件损耗的综合损耗模型，以两个实例分别设计电路达到最高峰值效率点和最高满载效率点；通过分析综合损耗模型，本报告进一步以低压器件构造元胞化电路代替传统高压器件，将开关频率推至兆赫兹，实现高效高功率密度的能量变换。 Ansys|上海琨钦作为2025年PMIC的生态合作伙伴，致力于推动多物理场仿真技术与产业场景深度融合。2025年与联盟的合作希冀碰撞出更多火花，为电力电子产业创新群策群力。 本次会议报告PPT已上传至【专题培训】-【学术报告】板块，点击链接浏览、下载。
April 9, 2025
电源管理技术创新联盟吴新科老师、张军明老师，于2025年3月15日-3月20日赴美国亚特兰大，受邀参加电力电子与能源转换领域最具代表性的国际顶级学术会议之一，第40届IEEE 应用电力电子会议暨博览会 (APEC2025) 。 ZJU-PMIC介绍了一种适用于飞跨电容多电平的AC Drop暂态保护与恢复的策略，并做墙报展示。 成果介绍 由于PFC工作期间网侧存在的AC Drop等暂态过程（如Fig. 1所示），且多电平PFC的电感远小于两电平（如Fig. 2所示），所以容易发生过流问题（如Fig. 3所示）。 Fig.1 典型的电网暂态波形 Fig.2 多电平PFC感量随电平数增加迅速降低 Fig.3 多电平（右侧）遭遇网侧暂态后，过流相较两电平（左侧）更加严重 ZJU-PMIC团队针对上述问题，提出了一种适用于飞跨电容多电平的AC Drop暂态保护与恢复的策略来避免过流问题（如Fig. 4, Fig. 5所示）。该策略分为两步： 1）利用比较器触发手段等对过流进行快速保护； 2）在电路重启时设置合理的占空比实现电流的软起动。 Fig. 4 本工作所提出的多电平电路网侧暂态保护策略 Fig. 5 保护策略对应的时域控制图 负载500W时，对输入/输出：110Vac/400Vdc的五电平图腾柱PFC的AC Drop保护策略进行实验验证，能够有效抑制飞跨电容高频振荡，减小开关管电压应力，如Fig.6所示。 Fig. 6（a）保护过程的飞跨电容与母线电压波形 Fig. 6（b）AC Drop保护策略的实验验证 根据如Fig. 7.所示的五电平飞跨电容一个开关周期的模态分析，我们可以建立飞跨电容动态的状态空间模型，并得到所对应的飞跨电容振荡的时域解。 Fig. 7. 单开关周期内五电平FCML模态分析 将计算的时域解与实验的飞跨振荡进行对照，如Fig. 8 所示，可以发现计算的振荡的相位与实验基本对应，但是计算的振幅会更大，这是因为计算时的理想情况没有考虑ESR等寄生参数导致的。同时这说明计算解是更加严重的振荡，可以用来限制飞跨电容电压振荡可能的最大值。 Fig.8 实验与计算的FCV振荡的比较 根据FCV振荡我们可以进一步计算每颗开关管两端的Vds振荡，开关管两端Vds的振幅如Fig. 9所示，可以看到Vds1和Vds3存在过压风险，所以如考虑到AC Drop工况的安全过渡，需要选用更高耐压的开关管。 Fig. 9 实验与计算的Vds振荡包络线
