第十二届高校电力电子应用设计大赛“阳光电源杯”新能源与储能竞赛
一.赛道简介
在新型电力系统和新能源高比例并网背景下，功率半导体器件正向高电压、高频率、高功率密度方向快速发展。以 SiC MOSFET为代表的宽禁带功率器件已广泛应用于光伏逆变器、储能变流器、构网型电源等核心装备，其性能优势的充分释放在很大程度上依赖于高性能栅极驱动技术。在实际工程应用中，功率器件不仅需要在额定工况下长期稳定运行，还需在并离网切换、负载突加突卸、故障穿越等动态工况下承受较高的电压和电流应力。栅极驱动参数的选取直接影响器件开关损耗、电压过冲、串扰水平及系统整体可靠性。传统固定参数栅极驱动方案难以在不同工况下兼顾效率与安全性，已成为制约新能源与储能装备性能提升的重要因素。本赛道面向新能源与储能应用场景，聚焦SiC功率器件栅极驱动技术与开关损耗优化问题，引导参赛队从工程实际出发，探索导通压降检测、自适应驱动及快速保护等关键技术，推动高性能功率变换系统的发展。
二.竞赛组织机构
主办单位：中国电源学会
中国电源学会科技竞赛工作委员会
承办单位：昆明理工大学
冠名合作伙伴：阳光电源股份有限公司
联合合作伙伴：英飞凌科技（中国）有限公司
安徽希磁科技股份有限公司
湖南艾华集团股份有限公司
意法半导体（中国）投资有限公司
苏州纳芯微电子股份有限公司
测试合作伙伴：艾德克斯电子有限公司
三.竞赛题目及要求
（一） 竞赛题目：基于导通压降检测的自适应栅极驱动设计与开关损耗优化
在新能源与储能系统中，功率器件通常需要在以下两类典型工况下运行：
1. 额定工况（连续运行）：系统长时间处于稳定输出状态，要求功率器件具有较低的开关损耗和可控的温升，以提升系统整体效率和寿命。
2. 短时高应力工况（过载或冲击工况）：在并离网切换、负载突加突卸、故障穿越等过程中，功率器件需承受远高于额定值的电流和电压应力，对栅极驱动的抗串扰能力、过冲抑制能力和保护响应速度提出更高要求。
工程实践中，传统栅极驱动参数往往按照极端工况进行保守设计，虽可保证安全裕量，但在额定工况下会导致开关速度偏慢、损耗偏大，系统综合性能难以达到最优。
本赛题以1200V SiC MOSFET为对象，要求参赛队通过导通压降检测与自适应栅极驱动策略，在不同母线电压和电流工况下动态优化驱动行为，在保证器件安全可靠的前提下，实现开关损耗与动态性能的综合优化。
（二）参赛设计技术要求：
1. 栅极驱动器总体要求
参赛队需独立完成一套适用于1200V SiC MOSFET的隔离栅极驱动器模块设计与实现。驱动器需满足以下基本要求：
—栅极驱动电压：+18.0V/−5.0V（±1.0V）；
—单路驱动输入功率：≤3W；
—驱动隔离耐压：≥1500V（功能绝缘）；
—共模瞬态抗扰度（CMTI）：≥100V/ns；
—支持最高30kHz的开关频率能力。
2. 导通压降检测与判据构建
驱动器需具备对SiC MOSFET导通压降或等效量的在线检测能力，并基于检测结果构建用于工况识别或保护判据的检测逻辑，满足快速性与抗噪声干扰要求。
3. 自适应栅极驱动策略
基于检测结果或等效判据，实现驱动参数的自适应调节，具体实现方式不作限定，可通过多档位或连续可变等效栅极电阻、开通与关断分离控制、两段式关断或软关断、米勒钳位及负压关断优化等手段，在高电流、高电压工况下抑制过冲与串扰、保证器件安全运行，并在额定工况下降低开关损耗（Eon/Eoff），提升综合性能。
4. 快速保护与抗串扰能力
驱动器需具备独立的故障检测与保护输出能力，在短路或过流工况下，能够在2µs内触发保护动作，并实现可控关断，避免二次风险。在统一主功率板条件下，被动管栅极电压需满足以下串扰要求（Kelvin Source参考）：正向串扰峰值≤0V；负向串扰谷值≥−8V。
（三）竞赛平台与边界条件：
1. 主办方统一提供平台
为保证竞赛公平性、可比性与工程真实性，以下平台由主办方统一提供，参赛队不得对其进行任何修改：
—半桥主功率板（1200V SiC MOSFET，母排、去耦、布局及散热方式固定）；
—主控与基础保护系统（过流、过压、欠压、温度）；
—电流、电压采样系统（仅用于测试记录，不向参赛队开放数值）；
—双脉冲（DPT）与单脉冲（SPT）测试平台及上位机软件。
2. 参赛队负责内容
参赛队仅围绕“栅极驱动器模块”展开设计与实现，允许采用模拟/数字混合方案，但不得依赖平台内部数据闭环。
—栅极驱动器模块（含检测、保护、自适应策略）
—可采用模拟、MCU、FPGA等方式实现
3. 禁止事项
为避免通过改变主回路或获取平台内部数据来“绕开赛题”，以下行为禁止：
—不得修改主功率回路（母排、去耦、电容、吸收网络等）；
—不得读取主控内部电流/电压数据作为闭环依据；
—不得在功率板外加装改变主回路特性的硬件。
违反上述任一条款，将取消比赛资格。
（四）测试内容与方法：
为保证竞赛结果的公平性、可比性与工程一致性，参赛队提交的栅极驱动器模块统一在主办方提供的测试平台上进行测试。测试对象为驱动器对1200V SiC MOSFET的驱动性能，测试内容覆盖不同母线电压、电流工况及故障条件下的开关行为、损耗表现、串扰控制与保护能力。
1. 静态工况测试
测试目的：
验证栅极驱动器的基本功能、驱动电压幅值准确性、波形质量及高频连续运行稳定性。静态工况测试作为工作状态测试的准入条件。
测试条件：
—不加主功率电源；
—开关频率：30kHz；
—占空比：50%；
—连续运行时间：1分钟；
—栅极电压测量以 Kelvin Source为参考。
测试内容与要求：
—栅极导通电压：+18.0V±1.0V；
—栅极关断电压：−5.0V±1.0V；
—驱动波形稳定，无异常振荡、无多次触发或毛刺；
—连续运行期间驱动器无复位、无故障锁存或异常现象。
说明：静态工况测试不满足上述任一要求的参赛作品，不进入后续测试环节。
2. 双脉冲开关状态测试
测试目的：
验证栅极驱动器在不同母线电压与电流工况下，对功率器件开通、关断过程的控制能力及开关损耗表现。
测试条件：
—母线电压：300Vdc、600Vdc；
—额定电流：IN =20A；
—电流工况：1.0IN（额定），3.0IN（冲击）；
—电流设定误差：|I−Iset|≤2%·Iset，每个工况重复测试5次。
测试内容与要求：
—记录功率器件漏源电压vds(t)与漏极电流id(t)；
—记录主动管与被动管栅极电压vgs(t)（Kelvin参考）；
—计算开通能量Eon、关断能量 Eoff；
—统计开通与关断电压过冲水平；
—统计被动管栅极串扰的正向峰值与负向谷值。
3. 单脉冲短路与过流保护测试
测试目的：
验证栅极驱动器在短路或过流故障工况下的保护触发能力、响应速度及关断过程的可控性。
测试条件：
—在低母线电压条件下进行测试；
—采用单脉冲方式逐步增加触发宽度。
测试内容：
—记录保护触发行为及响应过程；
—评价保护触发门限的稳定性；
—评价保护动作的及时性；
—观察关断过程中是否存在异常过冲、振铃或二次触发现象。
短路工况的具体实现方式（如真实短路或通过小电感模拟短路）以主办方最终发布的测试方案为准。
4. 工况一致性与扩展测试
测试目的：
验证栅极驱动策略在不同电压、电流应力条件下的稳定性、一致性及综合适应能力。
测试内容：
—加热散热器温度至75摄氏度，再次完成静态工况测试、双脉冲开关状态测试、单脉冲短路与过流保护测试；
—在600V母线电压、30kHz固定占空比50%条件下，进行双向 Buck 工况测试，通过可编程负载完成额定工况及20ms暂态3倍过载工况测试。
补充说明：具体测试流程和详细评分细则在中期报告提交后公布。
四.参赛办法：
1.参赛报名：参赛队应于2026年3月16日前登录design.cpss.org.cn上填写提交。需要包括项目组成员组成信息，并提供一份由指导教师签名的支持函，同意指导参赛队伍、并为参赛队伍提供必要支持，包括实验场地、实验材料、必要的参赛费用等。指导教师的支持函模板参见“第十二届高校电力电子应用设计大赛方案征集通知”附件5。
2.参赛队伍基于竞赛题目应于2026年4月30日前在design.cpss.org.cn上填写提交一份项目计划书，需要包含项目技术方案及参赛时间计划。计划书连同撰写要求参见“第十二届高校电力电子应用设计大赛方案征集通知”附件6。
五.赛道组织机构
（一）组织委员会：
汪 飞 上海大学 教授（主席）
李思奇 昆明理工大学 教授 （副主席）
孙耀杰 复旦大学 教授
汤天浩 上海海事大学 教授
杜 雄 重庆大学 教授
张军明 浙江大学 教授
康劲松 同济大学 教授
蒋 栋 华中科技大学 教授
陈 武 东南大学 教授
王天云 昆明理工大学电力学院 党委书记/研究员
徐 君 阳光电源股份有限公司 院长
聂 劲 湖南艾华集团股份有限公司 总工程师
陈立烽 英飞凌科技中国有限公司 高级技术总监
谈 侃 安徽希磁科技股份有限公司 技术总监
崔景城 意法半导体中国区微控制器及数字产品 资深商务战略经理
饶 萌 苏州纳芯微电子股份有限公司 品牌总监
张 韵 艾德克斯电子有限公司 市场总监
（二）技术指导委员会（已按姓氏拼音顺序排列）：
安 超 意法半导体中国区微控制器及数字产品 资深技术专家
陈阿莲 山东大学 教授
陈飞雄 福州大学 副教授
陈 武 东南大学 教授
陈文兵 艾德克斯电子有限公司 技术经理
崔 彬 清华大学 副研究员
邓孝祥 黑龙江科技大学 教授
杜 燕 合肥工业大学 副教授
郭小强 燕山大学 教授
郝瑞祥 北京交通大学 副教授
郝 欣 英飞凌科技中国有限公司 高级技术经理
杭丽君 杭州电子科技大学 教授
何晋伟 天津大学 教授
胡存刚 安徽大学 教授
胡雪峰 安徽工业大学 教授
皇甫宜耿 西北工业大学 教授
黄 磊 思源清能电力电子有限公司 副总工程师
黄云辉 武汉理工大学 副教授
嵇保健 南京理工大学 副教授
金江南 湖南艾华集团股份有限公司 高级产品经理
李 乐 阳光电源股份有限公司 技术总监
李 睿 上海交通大学 教授
李 想 郑州大学 副教授
林 磊 华中科技大学 教授
刘 佳 西安交通大学 副教授
刘 增 西安交通大学 副教授
刘 哲 昆明理工大学 副教授
马澄斌 上海交通大学 教授
马 皓 浙江大学 教授
沙德尚 北京理工大学 教授
舒泽亮 西南交通大学 教授
谈 侃 安徽希磁科技股份有限公司 技术总监
唐 欣 长沙理工大学 教授
田 震 武汉大学 副教授
涂春鸣 湖南大学 教授
王冠群 深圳麦科信科技有限公司 副总经理
王浩宇 上海科技大学 教授
王要强 郑州大学 教授
文辉清 西交利物浦大学 教授
吴红飞 南京航空航天大学 教授
吴卫民 安徽理工大学 教授
夏 鲲 上海理工大学 教授
向 鑫 浙江大学 研究员
辛 振 河北工业大学 教授
熊亮雳 国网湖北省电力科学研究院 高级工程师
熊小玲 华北电力大学 副教授
徐海亮 中国石油大学 教授
杨 勇 苏州大学 教授
姚 凯 南京理工大学 教授
尹鹏飞 新风光电子科技股份有限公司 总工程师
尹忠刚 西安理工大学 教授
于东升 中国矿业大学 教授
余畅舟 合肥学院 副教授
张 欣 浙江大学 教授
张 犁 河海大学 教授
张 炎 苏州纳芯微电子股份有限公司 MCU技术负责人
张艺明 福州大学 教授
赵 晖 复旦大学 研究员
赵晋斌 上海电力大学 教授
周 岩 南京邮电大学 教授
邾玢鑫 三峡大学 教授
（三）赛道秘书处：
秘书长：
荣恩国 昆明理工大学 副教授
副秘书长：
李 通 昆明理工大学 教授
夏静林 昆明理工大学 副教授
王 瑜 复旦大学 副研究员
徐 晨 上海大学 副教授
王欣桐 阳光电源股份有限公司 大学计划专员
成 员：
梁郁葱 湖南艾华集团股份有限公司 华东区副总经理
刘贵芳 英飞凌科技中国有限公司 大学计划经理
唐晓城 意法半导体（中国）投资有限公司 大学计划经理
白 鹏 安徽希磁科技股份有限公司 专员
周蓓蓓 苏州纳芯微电子股份有限公司 品牌经理
吴 蓓 艾德克斯电子有限公司 主管
贾志刚 中国电源学会 工作人员
史雯霏 中国电源学会 工作人员
李 夼 昆明理工大学 助理工程师
孙 壮 北京理工大学 助理
李 哲 昆明理工大学 助理
吴 雷 昆明理工大学 助理
左 超 昆明理工大学 助理
赛道秘书处联系方式：
联系人：荣恩国 李哲
电话：18314429544 15587158821
邮箱：rong@kust.edu.cn lizhe410@stu.kust.edu.cn
地址：云南省昆明市呈贡区景明南路727号昆明理工大学电力楼409
