随着大数据和人工智能的迅猛发展，数据中心已成为现代社会的“数字大脑”，在推动数字化进程中发挥了重要作用。为应对数据中心对电源的苛刻需求，如低电压(<1V)、大电流(>1000A)、快瞬态(>1000A/μs) ，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心（CiPES）王浩宇团队此前提出了电流模式恒导通时间（COT）控制多相串联电容跨电感式稳压器，能够结合串联电容、跨电感式稳压器（TLVR）和电流模式恒导通时间（COT）控制技术，显著提升电源系统的降压比与动态响应性能。但对于这样一个高度耦合且非线性的复杂系统，传统方法难以精确构建其小信号模型。而小信号模型是评估和优化系统性能、确保其稳定性和可靠性的重要工具。
图1 多相电流模式 COT串联电容式TLVR系统结构。该系统的功率级包括相互耦合的电容和电感结构，难以直接分析其频率响应；同时控制端的非线性特性使得传统方法的分析在高频处失去准确性。
针对上述难点，王浩宇团队近日提出了针对多相电流模式COT串联电容式TLVR系统的小信号模型。研究利用相与相之间的差模信号相互抵消，建立了串联电容式TLVR结构的共模解耦模型。在此基础上，研究采用描述函数法，对系统控制环路进行线性化处理，实现了在较低计算量下的高精度小信号建模。所建立的模型体现了新型电源转换器在稳定性和负载瞬态响应方面的显著优势。为验证模型的准确性，研究团队开展了相应的仿真与实验，结果表明该模型在高频条件下依然保持了良好的准确性。
该成果以“Small-Signal Modeling and Loop Analysis of Ultrafast Series Capacitor Trans-Inductor Voltage Regulator with Constant On-Time Control”为题发表于电力电子领域国际期刊IEEE Transactions on Power Electronics。信息学院2023级硕士研究生李晨曦为第一作者，王浩宇教授为通讯作者，上科大为第一完成单位。
图2 所提出的小信号模型以及实验测试环境
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