工程知识库

从第一性原理出发的工程文章。

围绕变换器、功率半导体器件、固态变压器和无线电能传输整理的深入技术指南。

关于已确立工程知识的教程正在逐篇评审,以纳入 AIPE 学院,现有网址保持不变。开放研究问题见前沿研究,产品动态见新闻。

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01 · 从开关周期到闭环控制

变换器设计

覆盖拓扑、建模、磁性元件、控制与仿真的实用变换器指南。

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LLC 谐振变换器:从增益曲线到软开关

LLC 谐振腔、FHA 增益曲线、ZVS 条件、必须避开的容性区域,以及从参数设计到仿真的完整路线。

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推挽、半桥与全桥隔离变换器

双端激励拓扑如何双向驱动磁芯,以及它们在开关应力、变压器利用率、磁通偏移和软开关方面的差异。

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正激变换器:从零开始的完整指南

隔离型 Buck:真正的变压器传能、磁芯复位、占空比上限,以及双管和有源钳位变体。

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反激变换器:从零开始的完整指南

最简单的隔离变换器:耦合电感储能、匝比、漏感与钳位、CCM/DCM 选择和闭环设计。

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Ćuk、SEPIC 与 Zeta:四阶升降压拓扑家族

三种可升可降的变换器:反相 Ćuk、非反相 SEPIC 与 Zeta,以及电容传能和不同端口电流特性。

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Buck–Boost 变换器:从零开始的完整指南

单级升压或降压:从反相 Buck–Boost 的开关周期、器件应力与右半平面零点,到四开关非反相拓扑。

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Buck 降压变换器:从零开始的完整指南

从开关周期到器件设计、平均模型、反馈控制、仿真、PCB 与 Buck 原型验证。

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从第一性原理建立小信号模型:Boost 变换器推导

解释小信号模型为什么有效,并逐步推导 Boost 的平均方程、工作点、传递函数和右半平面零点。

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Boost 升压变换器:从零开始的完整指南

从第一个开关周期出发,完成 Boost 变换器的参数设计、平均与小信号建模、反馈控制、仿真和原型验证。

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02 · 看清器件真实行为

器件测试与可靠性

面向功率半导体的电气、热学与可靠性测试方法。

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瞬态热阻抗:从温升曲线到验证过的 RC 模型

推导热阶跃与冷却测量、任意功率温度预测,并在明确物理边界下拟合 Foster 或 Cauer 模型。

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温度循环可靠性:封装应变、停留与失效分析

区分外部温度循环与器件自热,定义样本真实温度历史,并把封装退化连接到可测应力程序。

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稳态热阻测量:相除之前先定义热流路径

在受控功率和边界下测量稳态热性能,区分结到壳与结到环境指标,并量化不确定度。

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功率半导体鲁棒性:SOA、雪崩与短路测试

理解异常事件的测试物理、能量核算与保护边界,避免把普通开关表征与破坏性鲁棒性评价混为一谈。

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功率半导体表征:电气、热与可靠性测试指南

从静态特性、双脉冲与热阻抗,到加速老化和寿命估算的完整功率器件测试学习地图。

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功率循环可靠性:受控自热与退化证据

设计主动热循环实验,跟踪真实结温应力,并区分封装退化、温度漂移与控制漂移。

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从任务剖面到寿命:损伤模型、Weibull 统计与不确定度

把运行历史、损耗和热模型连接到机理特定寿命估算,并正确处理加速、删失数据和统计置信度。

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结温测量:校准、电敏参数与测量延时

明确结温测量代表什么,校准温敏电参数,并区分真实热行为与感测伪影。

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偏压与湿热可靠性测试:HTRB、HTGB 和湿气应力

从失效机理选择电气与环境应力,控制样本条件,并区分永久损伤与可恢复参数漂移。

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静态电气表征:从端口测量到器件模型

在受控温度和不确定度下测量导通电阻、输出/转移曲线、阈值、泄漏与阻断特性。

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栅极电荷、非线性电容与动态导通电阻

区分小信号电容与开关电荷,推导输出电荷和能量,并在受控偏置历史下测量动态导通电阻。

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双脉冲测试:开关物理、测量与损耗提取

推导双脉冲时序,设计换相夹具,并在不混淆器件物理与探头伪影的前提下提取开关能量和恢复行为。

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03 · 连接每一级能量变换

固态变压器

模块化 SST 的架构、隔离、控制与系统集成。

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三级固态变压器:从基本原理到完整系统

由级联前端、隔离 DAB 模块和交流输出级构成的 SST:系统架构、能量流与统一教学规格。

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三相 dq 建模:坐标、功率与同步

推导幅值不变 Clarke 与 Park 变换、速度耦合项和功率约定,并得到基本同步旋转坐标系 PLL。

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固态变压器高频变压器设计:从伏秒到可测试方案

推导变压器匝数,区分传输电感与励磁电感,并把 DAB 波形关联到绕组、磁芯、热与绝缘要求。

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固态变压器的 DC–AC 输出级:从电压合成到闭环控制

由两电平桥构建 SST 交流输出,推导 LC 滤波器与 dq 模型,并设计级联电流、电压控制。

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固态变压器的 AC–DC 前端:电路、建模与控制

从单个有源全桥到级联 H 桥前端:输入电流方程、直流链路能量、调制与电容电压均衡。

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构建模块化 SST:能量、均流与系统集成

通过明确的能量控制、模块均流、启动状态机和分阶段验证计划,把三个 SST 功率级组合成完整系统。

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DAB 功率传输与小信号建模:逐步推导

在明确参考方向和模型假设后,推导双有源桥电流波形、相移功率、RMS 电流与低频控制模型。

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DAB 隔离级:从开关波形到闭环控制

以一致的参考方向推导双有源桥相移功率,分析器件应力、软开关、低频模型与实验验证。

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固态变压器:原理、应用与架构选择

固态变压器为何被用于配电、数据中心、充电与微电网研究,以及应用需求如何决定功率变换架构。

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04 · 跨越气隙传输能量

无线电能传输

从手机、汽车到水下系统的耦合、补偿与系统设计。

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水下无线电能传输:穿过导电介质充电

为什么水下感应链路用湿插拔连接器换来另一组问题:海水涡流损耗、由此形成的频率上限、耐压壳体、对接几何与生物附着。

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电动汽车无线充电:跨越 150 mm 气隙传输千瓦级功率

当气隙从几毫米增加到汽车离地间隙后,系统设计会发生什么变化:85 kHz 工作点、双边 LCC 补偿、偏移、异物检测与电磁场限值。

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手机无线充电:耦合、补偿与 kQ 极限

从耦合系数、串联补偿和 kQ 决定的效率上限,到 Qi 握手协议与异物检测,理解感应式充电板的真实工作方式。

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05 · 公开建设过程

AIPE Labs 动态

记录 AIPE Labs 工具、开放资源与工程工作流的建设进展。

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用一条链接把电力电子资源接入你的 AI Agent

为什么我们发布 aipe.md,以及如何让 Claude Code、Codex 或其他 AI 编程助手利用真实元件数据协助设计变换器。

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