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完成单位：北京理工大学

主要完成人：沙德尚、郭志强、许国、张健坤、陈建良

项目亮点

本项目实现了宽增益下DC-DC变换器在全负载范围内的高效率、高开关频率和高性能的运行，突破了低压MOS器件应用于高压场合的难题，大幅提高国内工业焊接电源的开关频率以及动态性能，解决了电弧精细化控制的瓶颈问题，并在军工中有多项成功应用。

项目介绍

项目发明点如下：

1) 对于高压直流输入高频隔离电力电子变换器，采用输入串联输出并联拓扑，在不采样每个模块输入电压的情况下，提出了占空比交叉控制和交叉电流反馈控制的策略。解决了低压大功率MOSFET在高压大功率应用场合的难题。在每个模块为移相全桥的情况下，为了实现全负载范围的软开关，提出了交叉LC连接的主电路结构，在重载下，滞后桥臂开关管容易实现软开关，交叉电感中的电流自动减小，而在轻载下环流自动增加，以弥补传统的移相全桥在轻载很难实现软开关的缺陷。

2) 对于宽增益高频隔离双向DC-DC变换器，提出了宽增益电路拓扑结构及其相应全数字化软开关控制策略，研究多调制变量协同控制，实现模态平滑切换。

3) 对于宽增益非隔离多相DC-DC变换器提出了变频软开关的控制策略，实现了多相之间良好的功率均分和开关管的软开关，功率流可实现快速切换。

发明点 ①应用在北京时代科技公司多款型号产品中，A160-350/500气保焊机、TDN3500/5000全数字化气保焊机、TDN 5000M/5001M全数字化脉冲气保焊机。将国内工业焊接电源的频率由20kHz推到70kHz，解决了电弧精细化控制的瓶颈问题、实现了小电流下稳定焊接，同时极大地提高了焊接电源的动态性能，减小了异常短路和断弧的次数，实现了高质量的焊接。 发明点②成功地应用在我国多个外贸武器系统中，实现了电机制动能量有效回收，以前主要靠电阻耗能吸收。实现了列装定型，批量出口多个国家。发明点③ 主要应用在某特种车辆电源系统中，代替了笨重、纹波大和效率低的励磁发电机方案，实现了高效率、高功率密度和高质量的电压输出。

采用上述发明，近三年共实现销售 7390万人民币，出口2217200美元，实现利润1890.5万，纳税 449.7万元。该项目已获授权国家发明专利24件，发表SCI论文 40篇，获得国内外引用1100余次。在德国Springer出版了世界上首部关于宽增益双向DC-DC变换器专著《High Frequency Isolated Bidirectional Dual Active Bride DC-DC Converters with Wide Voltage Gain》，出版了高频隔离软开关专著：《New Topologies and Modulation Scheme for Soft-switching Isolated DC-DC converters》,在科学出版社出版输入串联模块化电力电子专著《输入串联模块化电力电子变换器》。

项目图片

项目完成单位

在多个国家自然科学基金的支持下，和多个外单位进行了多年紧密合作。北理工在高频软开关宽增益DC-DC变换器的拓扑组合、控制及其关键技术方面提出了一系列的发明专利，获得了国家授权。同时完成了实验室原理样机的制作，测试、改进。验证了所提出发明的原理的有效性。与外单位一起，解决了该发明创造在不同产品中应用的工程化问题。与外单位一起，完成产品在使用和测试过程中可靠性和适应性问题。同时撰写了40余篇SCI论文，出版专著3部。

第一完成人简介

沙德尚  

教授 北京理工大学

沙德尚 ，北京理工大学研究员，博士生导师，IEEE senior member，主要从事电力电子的高频变换及其相应的控制技术研究。南京航空航天大学电力电子学硕士，中国科学院电工所电力电子学博士学位，2012-2013在美国弗吉尼亚理工大学任访问教授，2013年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2014获得国际著名期刊“IEEE Transactions on Power Electronics”全球杰出审稿人。2020年获得中国电源学会技术发明二等奖。在国内外共发表论文100多篇，其中IEEE Transactions论文46篇，获得国家授权专利28项。出版中英文专著3部，在德国Springer出版社出版两部英文专著。主持国家自然科学基金3项，结题的两项均被评为“优秀”。北京市自然基金2项，完成多个电力电子产品的研发，有的实现了规模化的生产和批量装备。培养电力电子博士、硕士30余名。