近日，课题组在高性能磁悬浮驱动与低损耗功率变换领域取得重要进展，相关成果以“A Novel Resonant Soft-Switching Power Amplifier with High Bandwidth and Low Loss for Magnetically-Levitation Systems”为题，发表于IEEE电力电子领域国际权威期刊《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》（JESTPE）。课题组成员凌阳熠为论文第一作者，周扬为通讯作者。 

磁悬浮轴承是高速电主轴、透平机械及涡轮分子泵等高端装备实现无接触支撑的关键部件。作为电磁力调节的功率执行环节，功率放大器的电流带宽、输出纹波与能量损耗直接关系到转子的悬浮精度、动态性能和系统效率。然而，高带宽、低纹波与低损耗之间存在相互制约：提高开关频率有助于抑制电流纹波，却会增加开关损耗；现有软开关方案虽然能够缓解这一矛盾，但往往伴随耦合磁性器件设计复杂、共用或串联器件电流应力较高、换流时序繁琐等问题，限制了其在多通道磁悬浮系统中的应用。 

针对上述难题，本文提出了一种面向磁悬浮系统的新型谐振软开关功率放大器。该拓扑保留传统双开关主功率级，在各通道引入局部辅助谐振支路，通过局部换流实现软开关，避免了复杂耦合变压器的设计需求。辅助开关置于局部换流支路中，无需串接于主功率传输路径，从而降低其电流应力。同时，通过精简换流状态与开关时序，在每个输出电压极性区间内仅由一个主开关执行高频PWM动作，进一步减少高频开关动作次数，为兼顾低损耗与多通道应用需求提供了新的拓扑方案。 

在此基础上，进一步提出低损耗调制策略，并构建基于输入自适应并行扩张状态观测器的无模型预测电流控制方法，形成拓扑、调制与控制相结合的协同设计体系。研究从器件换流过程、开关动作分配和电流动态调节三个层面协同优化，在降低硬件损耗与稳态电流纹波的同时，提升电流环动态响应和抗扰能力，将功率变换环节的性能改善进一步传递至转子悬浮品质。 所提出功率放大器的稳态电流纹波为32 mA，电流环带宽超过1000 Hz。与同平台实现的硬开关功率放大器相比，实测硬件损耗最高降低25%，悬浮实验中的转子振动幅值最高降低60.62%。该成果贯通了谐振换流、低损耗调制、电流精密控制与悬浮性能验证，为磁悬浮驱动系统兼顾高带宽、低损耗与低振动提供了新的技术路径，对高端旋转装备的高效、精密运行具有重要意义。

图1新型谐振软开关三电平磁悬浮轴承功率放大器拓扑

图2 输入自适应双级联扰动观测器无模型预测电流控制策略

图3 电感失配时电流阶跃瞬态实验结果

论文链接：待更新。