研究目的
为研究面向下一代航空航天应用、满足效率>98%和功率密度>10 kW/kg目标的容错?？榛嗟缙饺嗄姹淦骺墒迪中视胫亓抗β拭芏?。
研究成果
采用氮化镓半导体并具备?？榛嗟缧径训蕉嘞嗲牛⊿PB）逆变器及电芯级冗余设计，实现了高效率（99%）与重量功率密度（22.8千瓦/千克），达到航空航天指标要求。通过冗余架构与可扩展性提供卓越可靠性，使其成为下一代多电飞机应用的理想解决方案。未来工作可包括实验验证及与多相电机的集成应用。
研究不足
该研究属于理论性分析，依赖于解析模型，可能无法涵盖所有现实因素（如热管理复杂性、电磁干扰或制造差异）。优化过程基于理想条件（例如初始分析中假设无限开关速度），且未考虑成本或元件可用性等实际约束。可靠性模型采用恒定失效率假设，在某些场景下可能不成立。研究重点为功率级部分，未深入分析控制与测量电路。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用半导体损耗分析模型、可靠性函数及优化算法评估多电平逆变器拓扑结构。包含基于半导体品质因数(FoM)的性能分析、采用冗余方法的可靠性建模，以及针对效率与功率密度的多目标优化。
2：样本选择与数据来源：
使用表I中的规格参数（如直流母线电压1000V，输出功率45kW）。商用功率半导体器件（Si/SiC/GaN）数据来自制造商资料与文献。
3：实验设备与材料清单：
功率半导体器件（如Wolfspeed C2M0045170D、Gan Systems GS66516B-T、EPC EPC2047）、电感、电容、散热器及门极驱动与控制电路的PCB板。具体型号与品牌详见论文。
4：0D、Gan Systems GS66516B-T、EPC EPC2047）、电感、电容、散热器及门极驱动与控制电路的PCB板。具体型号与品牌详见论文。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：通过扫描设计变量（电平数N、开关频率fsw），利用开发模型计算损耗与重量，在效率-功率密度空间进行帕累托前沿优化。未开展物理实验，属理论仿真研究。
5：数据分析方法：
采用半导体损耗分析模型（开关损耗与导通损耗）、可靠性函数（恒定失效率指数衰减模型），并运用软件工具（如电感设计）进行优化。结果以图表形式呈现。
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C2M0045170D
C2M0045170D
Wolfspeed
Power semiconductor for high-voltage applications in inverters.
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GS66516B-T
GS66516B-T
Gan Systems
GaN power semiconductor for medium-voltage applications in multi-cell inverters.
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EPC2047
EPC2047
EPC
GaN power semiconductor for low-voltage applications in multi-cell inverters.
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Kool Mμ
E25/10
Kool Mμ
Output inductor for filtering in the inverter circuit.
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MMLC Capacitor
200 V MMLC
Not specified
Output and input capacitors for voltage ripple reduction.
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