奖项类别

科技进步奖（基础研究类）

完成单位

哈尔滨工业大学，上海交通大学，上海科技大学

主要完成人

王懿杰，管乐诗，刘明，马澄斌，傅旻帆，徐殿国

项目亮点

项目建立了兆赫兹电力电子功率变换系统较为完整的理论与技术体系，攻克了兆赫兹软开关谐振拓扑构建方法不足、高阶多谐振参数设计方法不清、高性能驱动方法与控制策略缺失等科学难题，为电力电子功率变换系统在兆赫兹频率下的高性能运行奠定了理论基础。

项目介绍

随着电力电子技术及半导体技术的不断发展，功率变换器的工作频率得以逐渐提高至几兆赫兹至十几兆赫兹，以满足系统对小体积和高功率密度的需求。然而，随着开关频率的增加，开关损耗、驱动损耗和磁元件损耗迅速增加，制约了兆赫兹功率变换系统性能的提升，本项目针对上述关键问题展开深入研究，历经十多年持续攻关，取得重要理论突破。主要科学发现如下：

(1) 揭示了MHz全谐振软开关逆变级、整流级拓扑结构构建准则，完善了隔离式、非隔离式兆赫兹功率变换器组合理论。所提出的一系列全谐振逆变级、整流级系列突破了传统方案开关寄生电容影响大、高频损耗大的缺点，实现了兆赫兹频率下效率提升、功率密度提升的目标。

(2) 提出了以高阶时域模型为基础的全谐振电路参数设计方案，建立了基于高阶谐振网络的补偿设计方法。所提出的参数设计方案提高了软开关的实现精度、拓宽了软开关工作范围，实现了变换器的高效运行。

(3) 提出了适用MHz的低驱动损耗的谐振式驱动电路，阐明了考虑控制速率约束条件下的系统闭环控制方法。实现了开关管栅源极输入侧寄生电容能量在每周期内的有效利用，有效减小了MHz高频驱动电路损耗，提升了系统效率。

本项目发表SCI论文78篇，8篇代表性论文他引总次数1551次，其中SCI他引次数522次，EI他引次数1029次。 项目研究成果得到了赵争鸣教授、谢智刚教授、Frede Blaabjerg 教授等国内外 60 余位 IEEE Fellow等学术界/企业届专家广泛引用和高度评价。获TPEL优秀论文二等奖、国际高频无线电能传输联盟Research Excellence Award、IEEE工业应用学会MSDAD Merit Award。

项目图片

图1 兆赫兹软开关拓扑构建策略

图2 多谐振系统参数影响分析与优化

图3 自谐振驱动及高性能调控方法

完成单位介绍及对项目的贡献

哈尔滨工业大学建有国际先进电驱动技术创新引智基地、电驱动与电推进技术教育部重点实验室等多个国家级/省部级平台，作为项目第一完成单位，组织项目团队，学术贡献在于提出了全谐振软开关拓扑构建方法，提出考虑寄生参数影响的元件优化设计方法，有效提升兆赫兹条件下运行效率。

上海交通大学建有国家能源海上风电技术装备研发中心、国家能源智能电网（上海）研发中心等多个国家级/省部级平台，作为项目第二完成单位，学术贡献在于提出了全波E类整流器的低谐波含量设计方法，并实现高频整流器输入阻抗的完全补偿以提高效率。

上海科技大学服务国家创新驱动发展战略，瞄准基础研究前沿领域，推动学科交叉和科教融合，入选第二轮“双一流”建设高校。作为项目第三完成单位，学术贡献在于建立了基于显性阻抗匹配的高阶补偿网络设计方法，实现了大范围阻抗的压缩与变换。

第一完成人简介

王懿杰　教授

哈尔滨工业大学

王懿杰，哈尔滨工业大学教授、博士生导师。从事照明电子、无线电能传输技术、高频以及超高频功率变换技术研究。共发表SCI/EI检索文章200余篇，授权发明专利36项。获得国家自然科学基金优秀青年科学基金资助，黑龙江省优秀青年基金资助，中国电源学会优秀青年奖，中达青年学者奖励。曾两度荣获IEEE Transactions on Power Electronics年度优秀论文一等奖。担任期刊IEEE TIE、IEEE Access、IET PEL、JPE编委。担任中国电源学会理事、照明电源专业委员会主任委员。