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研究背景

隔离型全桥PWM变换器广泛用于中大功率直流变换系统，通过多个变换器的串并联组合能够进一步提升电源系统的电压、电流和功率等级。然而，与单个变换器结构相比，模块化串并联结构等效为将集中电源系统拆分为多个子系统，每个子系统都需要独立配备各自的滤波器，导致电源系统更加冗余、功率密度下降。

通过将各个功率模块直接在高频整流器输出侧串联、并共用输出滤波器，不仅减小了滤波器的数量，而且等比提高了滤波器的工作频率，可以大幅减小滤波器的体积、重量和损耗。然而，高频整流器输出电压直接串联，使得高频跳变电压形成的等效“噪声源”相互叠加，并通过串联连接形成的噪声路径传播，严重恶化串并联电源系统的共模噪声，从而影响电磁兼容性和系统可靠性，危害电源系统的安全稳定运行。

论文所解决的问题及意义

共模噪声问题是隔离型PWM变换器面临的共性问题。针对该问题，传统解决方案往往需要采用复杂的变压器结构或者额外引入滤波器，增加系统实现的复杂性和成本。探究不需要额外硬件代价的共模噪声抑制方法具有重要的现实意义。

本文针对共输出滤波电感型输入并联输出串联全桥PWM变换器特有的共模噪声问题，从共模噪声产生的机理出发，提出了基于噪声源箝位原理的的改进拓扑结构，无需额外的硬件成本，实现了共模噪声的有效抑制，具有重要的工程应用价值。

论文方法及创新点

为进一步分析IPOS全桥PWM变换器的共模噪声特性，研究团队通过建立变换器的等效共模噪声模型，揭示了输出侧高频整流电路的直接串联导致的共模噪声问题的根源，在于噪声源的直接串联叠加结构，从而导致两相噪声源通过寄生电容相互耦合，系统的共模噪声特性恶化。

为解决高频整流电路堆叠导致的耦合效应，研究团队提出了基于噪声源钳位原理的共模噪声抑制方法，通过优化高频整流电路的连接方式，利用输出电压的正负端直接为噪声源提供参考电位，避免了噪声源额外的高频跳变，从而有效抑制了堆叠高频整流器之间的相互干扰。所提方法只需要调整输出滤波电感的连接方式，而无需额外的硬件代价，解决方案具有通用性。

图1 两相全桥变换器集成拓扑结构和共模噪声等效模型

图2 改进型集成拓扑结构

通过搭建4kW的IPOS全桥PWM变换器实验样机，对比传统电路结构与研究团队提出的改进电路结构的共模噪声特性，在时域和频域均表明本文所提出的解决方案的有效性。

图3 测试电路与实验样机

图4 不同拓扑结构的时域波形对比

图5 不同模式下的共模噪声频谱分析

结论

本文提出了一种基于噪声源箝位原理的IPOS全桥变换器改进拓扑结构，解决了传统输出串联结构导致的共模噪声恶化问题。分析了在高电压输出场景下，后级整流电路直接串联导致的噪声叠加。在此基础上，通过调整输出滤波电感的位置，为噪声源提供稳定的参考地，避免了输出侧噪声源串联叠加产生的高频共模噪声。最后，通过设计并实验了两模块IPOS全桥变换器，验证了所提共模噪声抑制方法的有效性。

研究团队主要从事“高频电力变换、电力电子系统集成、航空航天电源系统”等领域的研究工作。团队现有教授3人、副教授1人，近年来主持国家自然科学基金联合基金重点项目、优秀青年基金项目、面上项目等10项，主持装备发展部装备预研重点项目、江苏省基础研究重点项目、江苏省杰出青年基金项目、江苏省产学研联合创新项目以及“空间站”、“载人航天”、“探月”等航空航天重大工程委托研制项目等50余项，成果在多个航空航天重大型号中得到应用，多项成果转化企业应用。团队成员获得省部级科研奖励7项，获授权发明专利70余项。团队已培养毕业博士和硕士研究生100余人，现有在读博士/硕士研究生60余人。