电力架构基于多个互连且电隔离的板载电网。此外，还有两个网络电压等级：为控制设备供电的 28-VDC 标准低压直流 (LVDC) 总线和为动力执行器供电的 270-VDC/540-VDC 高压直流 (HVDC) 总线。功率转换是实施更加电气化方法的关键，概述了从基于直接适配组件的单个转换器切换到采用合适组件来实现给定规格的多转换器结构的可量化优势。
MEA 面临的主要挑战是开发更小、更轻的电力系统；因此，该架构将以功率密度和功率重量比为中心。根据文献，宽带隙技术可通过使用 GaN 和SiC组件的组合实现高达 2 kW/kg 的功率重量比。使用 GaN 组件还可以降低功率损耗，从而有助于提高转换效率并减小热管理系统的尺寸。它们还可以承受更高的结温。
在这种情况下设计双有源电桥（DAB）适合具体需求，因为它进一步满足了电流隔离、高功率密度、高额定功率和高效率的要求。考虑到 GaN 组件的使用，基于低功耗基本块串联和/或并联的模块化架构是必要的（图 1）。
模块化转换器的示意图，具有基本模块的输入-串联-输出-并联关联，可实现 540V 至 28V 转换。
图 1：模块化转换器的示意图，具有基本模块的输入-串联-输出-并联关联，以实现 540V 至 28V 转换（ScienceDirect）
模拟模块化电力架构
MEA 实施中 LVDC 和 HVDC 网络互连所涉及的电力
电子器件的基于仿真的设计比通过繁琐且昂贵的实施和测试来实现技术进步更为方便。电力转换功能是通过基本块的组合来执行的。这些基于 DAB 技术，并使用单相移控制策略进行控制。图 2 概述了模型中 DAB 转换器的 11 个宏观参数。
图 2：DAB 转换器的设计参数表（ScienceDirect）
生成的模型还考虑了与半导体（GaN 组件）、磁性组件等相关的多种损耗。考虑到
晶体管传导损耗、死区期间的反向传导损耗、铁损、铜损等对于确定模型的功率重量比也至关重要，因为它是关注的主要性能因素。参考文献中的论文通过几个方程来计算由于传导损耗、铁损等引起的功率损耗。这些方程在计算功率重量比时发挥累积作用。
同样，做出了一些设计决策以显着减少损失：
使用平面
变压器，因为它们满足现代电力电子设备限制集肤效应和邻近效应的要求
并联绕组可降低低电压下的铜损和电流密度
仿真模型设计还对质量估计模型进行了计算。生成的模型必须通过实验中使用的几个性能标准——优化是后续要求。
将优化灌输到模型中
要继续优化过程，必须优先考虑添加物理约束，特别是考虑变压器。这个过程包括引入系数和常数，这些系数和常数为方程奠定了现实基础，并帮助它们满足电力电子的要求。
模拟模型设计的优化是使用粒子群优化算法进行的。所需的优化涉及功率重量比。在执行优化算法时，调整参数产生3个解和1个次优解。方案中，A采用E43铁氧体磁芯，B采用E58铁氧体磁芯，C采用E64磁芯。
B 的功率重量比高达 4.5 kW/kg，是技术的两倍。因此，无论与飞机实施和测试的关联如何，GaN 晶体管都可以为电力电子领域的重大进步开辟道路。同时，C具有更大的磁芯，导致更高的低压电流以及不必要的绕组
电容器，这反过来又限制了
开关频率。 A 具有较小的磁芯，低压电流显着降低，从而降低了铜损，但增加了 GaN 驱动能量和磁芯损耗。
与 B 相比，次优解决方案的功率密度较低，但效率额外提高了 0.5 个百分点。
请注意，有两种适合审查的绕组配置有助于实现高谐振频率，从而实现高开关频率。
所提出模型的实验验证和结果
验证实施假设是接下来的关键步骤。为此，必须检查是否可以使用相同的栅极驱动器驱动至少四个 GaN晶体管，并以微不足道的寄生电感和低电阻连接进行布线。还应该验证基于每个桥单个散热器的热管理。
个实验包括：
基于 GaN 系统和 EPC 组件的高压和低压电桥
1.9 kW 的 DAB，频率为 304 kHz
结果导致在 300 kHz 频率下测量结果与模型之间存在约 15% 的差异。这种差异归因于建模是在 2D 中完成的，而变压器是在 3D 中完成的。然而，减少质量的目标仍然基本实现。基于仿真的方法通用且快速，可用于检查关于功率转换器中使用的各种组件的技术特性的演变所定义的值。这里实现的性能指数结果是使用新 GaN 组件的结果，特别是考虑到它们的并行化。
