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5000W、高頻、隔離、逆變器
閱讀: 22225 |  回復: 58 樓層直達

2018/12/14 23:06:29
1
hzx6176
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連長

QQ截圖20160321155901  【參與就有獎】曬出你的十一動態 讓電源網論壇分享你的心情

QQ截圖20160321155901   【第六屆】我是工程師技術原創大賽 數萬元獎品等您來



做一個48V/5000W、高頻、隔離 、逆變器

1、升壓:非晶磁環+移相全橋+準閉環。

2、逆變:單極性H橋。

3、DC、AC  隔離。

4、主控板采用DSC 單片控制實現:移相全橋+單極性調制逆變+ModBus通信+全數字控制

 主控板3D:    :/upload/community/2018/12/14/1544800296-24771.pdf

功率板3D 大于8M,上不去。先上平面/upload/community/2018/12/14/1544801141-90852.pdf

 

2018/12/15 10:33:24
2
hzx6176
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LV4
連長

自己沙發,慢慢上。

變壓器: 納米晶 超微晶 80*50*25 繞玻璃絲帶 大功率磁芯,內層次極線徑1.5 雙線并繞,繞滿。外層初級線徑1.5X12根,分成兩組各6根各繞6咂(每咂8V),每組接一個H橋,兩組為并聯關系(這樣做是為了布局方便)。

移相全橋:暫時用了8只IRFB4668,(實際用80-100V的管子就可以了),Rdson 大了些,用IRFB4568 應該會更好。

2018/12/15 13:15:34
3
hzx6176
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LV4
連長

輔助源:采用這樣的輔助源主要是要有確切的起動電壓和關斷回差。在這里調到30V起動、27V關閉。用13V穩壓管實際輸出電壓在13.7V。

2018/12/17 21:17:17
16
huhan0609
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LV5
營長
用移相全橋來做逆變器前級升壓在論壇上看到還屬首次,不知道效率和穩壓范圍怎么樣?有創新還是不錯的
2018/12/15 13:41:38
4
hzx6176
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LV4
連長

主控板實物照片:

 

2018/12/15 22:44:30
5
hmy123456
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LV6
團長
期待樓主繼續,低壓用全橋效率不高
2018/12/16 12:52:58
6
hzx6176
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LV4
連長

現在測試的情況還不錯。升壓部分(移相全橋)主要損耗是導通損耗(將來要選合適的管子),目前主要是做定性評估。如控制策略等。

這個測試是從通信口送出的測試信息,交流輸出電壓按示波器的方均根值效準,輸出電流按FLUKE317鉗流表較準。

這個測試效率包含風扇、輔助源耗電,不含電線耗電。做硬件、軟件調整時定性分析非常有用,方便。

上圖中有兩個交流輸出電壓:前一個是方均根值,后一個是算術平均值,當前軟件中做控制用的是方均根值(真有效值)。這兩個值在波形失真時會不同。

2019/01/17 10:20:42
51
st.you
電源幣:100 | 積分:30 主題帖:29 | 回復帖:1560
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軍長
好牛X
2018/12/16 14:31:35
7
hzx6176
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LV4
連長

關于PCB布局:

大電流最短路徑:在PCB上,直流輸入分別用四根6mm2輸入線和輸出線焊在板上,其入點到功率管腳距離5mm。PCB基本不走大電流。用1 昂絲的銅厚都不用開窗鍍錫。基本沒有PCB銅損。 

2018/12/17 17:07:16
13
hzx6176
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LV4
連長

糾正一下:是四根下正極線和四根負極線。

2018/12/16 17:08:45
8
hzx6176
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LV4
連長

功率板上預置了一路AC電壓采樣和一路AC電流采樣電路,以備外接EMC電路、并網切換電路、防雷電路后進行并網功能。也預置了一些AD端口、I/O端口、PWM端口 等,可接駁MPPT光伏充電或貯能方面的功能。 實現上述控制程序均由主控板完成。

2018/12/16 19:52:34
9
hzx6176
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LV4
連長

哈哈,亂亂的工作臺。

2018/12/16 20:46:12
10
hzx6176
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LV4
連長

為了調試方便,程序中做了Modbus_RTU 服務器,可用通用的Modbus工具進行訪問。6樓就是用Modbus Poll 訪問的截圖。

2018/12/17 09:54:39
11
hzx6176
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LV4
連長

前兩天電源網老打不開,今天電源網正常了,發點測試波形。 后邊也談點經驗,供大家參考。

測試探頭連接圖。

1:前橋臂下管DS電壓;2:后橋臂下管DS電壓;3:前橋上管GS電壓;4:前橋下管GS電壓。

當前空載:供電壓60V。閉環,設定母線電壓325V,前后橋相位差接近0。

為了降低空載待機電流,程序中空載設定母線電壓325V,有載時設定母線電壓400V,這樣的好處是,1)空載電流小;

2)在大部分工作電池電壓下,工作狀態和開環一樣(前后橋相位180度)高效率。只有在輕載且電池電壓特別高時才處于閉環狀態。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。拉開看一下。1通道上升沿。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。拉開看一下。1通道下降沿。

當前帶載2000:前后橋相位差180度。1通道下降沿。

當前空載:前后橋相位差接近0度。1通道上升沿。

4通道換了高壓探頭,測變壓器次級波形。當前帶載2000W。

拉開看一下。當前帶載2000W。

拉開看一下。另一個沿。當前帶載2000W。

當前帶載2000W。軟啟動的中間過程。

移相全橋DS未加任何吸收電路;次級是全橋整流,未接任何吸收電路。沒測電流,但從電壓波形上看,超前橋實現了軟開關,滯后橋臂不夠軟。在180度相移時,前后橋都是軟開關。

從電壓波形上看,開關管的電壓尖峰基本沒有,管子可選高于最高供電電壓10V的耐壓。80V的管子足夠安全。有時間上個80V兩毫歐的管子測一下。相信效率可以有很大提高。現在是用的IRFP4668。

2018/12/17 16:50:11
12
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

輸出波形、THD、等。

軟件中做了過零點關機:用開關關機、120% 過載10秒關機、150%過載立即關機 都是從過零點關機。

只有短路關機、上下橋直通保護是任意點關機。

空載、120W負載、2000W負載時波形差不多都這樣。

過零點波形是這樣的,還沒做死區補償呢,做了死區補償過零點就會更好。死區對過零點影響較大。

帶200W燈泡時的THD。

帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的THD。

帶2個1000W電阻時的電壓,空載時;帶一個200W燈時;帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的 電壓都是219.6~219.7V.

2018/12/17 17:56:23
14
tianyao9393
電源幣:352 | 積分:11 主題帖:9 | 回復帖:112
LV5
營長
支持樓主
2018/12/17 20:28:02
15
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長
看來沒人感興趣呀。。
2018/12/18 09:13:58
17
電源網-fqd
電源幣:5059 | 積分:15082 主題帖:496 | 回復帖:5091
LV11
統帥
幫樓主頂樓
2018/12/18 09:32:23
18
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長
2018/12/26 16:22:37
42
sabrina9988
電源幣:34 | 積分:0 主題帖:158 | 回復帖:304
LV7
旅長
支持一下
2018/12/18 09:52:42
19
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

今天將一樓的PCB更換成照片了。

2018/12/18 10:47:23
20
hzx6176
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LV4
連長

這次做這款機器,償試了各種管子在逆變H橋上的應用,得到了一些經驗。今天說說逆變H橋的用管體會。

1。IGBT 的使用:這次償試了IKW75N60,用四只做到3000W沒有問題。只是愛飽和 壓降制約,在小功率時效率要低一些。驅動開通電阻可選范圍較大,在不加負壓驅動關斷阻要小于5R。死區也不可太小。做管壓降探測保護的話消隱時間要長些。

2。MOS管:這次償試了FQA28N50。用四只帶到2000W 。用八只帶3000W。這只管子導通速度較快,所以驅動開通電阻要大些,米勒平臺比較平坦;關斷驅動要足,否則可能出現寄生導通,這次沒用負壓驅動,關斷電阻取0R。DS波形可以調到方方正正,效率也不錯。做管壓降探測保護的話消隱時間可以很短。保護點也容易調整。

3。CoolMOS 管:這次償試了IPW47N60C3,和 IPW60R041C6。這兩只管子dV/dT 很大,而其體二極管恢復速度較慢,所以要控制其開通速度,否測就會出現上管導通時下管體二極管還沒關斷的短路電流,這個電流很大,輕則效率低,重則炸管。但控制好了的話,效率比平面MOS 和IGBT高很多。但由于 dV/dT大,做EMC可能很因難。柵極震蕩較難控制。也非常易產生寄生導通。

4.這次對三種管型的償試對比下來,效率CoolMOS 最高,MOS次之,IGBT最低。(這是在2000W,1000W下對比的情況)。

2018/12/18 11:03:50
21
hmy123456
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LV6
團長
我沒用過IKW75N60,看規格書應該能做4000瓦以上不是問題
2018/12/18 11:10:33
22
hzx6176
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LV4
連長
4000W 可能行,只是這次我沒用負壓驅動。前級保護還沒完善,沒再往上試驗。個人認為到了4000W時,導通損耗不小,我這個方案體積小,可能要兩并,以后試了再說吧。這個管子不加負壓,在大電流下也會出現寄生導通。
2018/12/18 11:29:06
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hmy123456
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LV6
團長
這管子估計不加負壓也行,你試試吧,4000瓦估計損耗也不算大,20A時的壓降好像也就1.3伏左右吧。老兄試試,如果可行來年我也打算用這管子搞4500瓦高頻的。這個這管和MOS管80N65相比下,準備對比下看4000瓦時這兩種管哪個更耐操
2018/12/18 11:16:56
23
hzx6176
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LV4
連長

我的設計是想能通過150%功率的沖擊。所以選管會保守很多。

2018/12/18 11:21:11
24
hzx6176
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LV4
連長

謝謝回復,歡迎交流。

2018/12/18 12:36:46
26
huhan0609
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營長

樓主,前級用移相全橋效率怎么樣?是全程閉環控制?前級電流不小,用的電流模式控制(沒看到電流互感器和續流電感)?之前也設想過用移相全橋來做逆變器前級,沒有時間試過,不知道相對傳統的推挽有沒有優勢?

2018/12/18 22:02:23
27
hzx6176
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LV4
連長

用移相全橋不錯的,沒有用電流模式。至少管子的電壓可以做到沒有尖峰。我用的非晶環,加上繞行制工藝和布局,幾呼沒有漏感。通過調整死區做到了沒有尖峰。比推挽容易控制,電壓應力只有推挽的一半。這個電壓下找兩毫歐以下的管子也不是難事。我現在用的是8毫歐的管子,在1000——2000W整機效率可到93%以上,用2毫歐的管子還能提高不少。

2018/12/18 22:15:01
28
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

目前測下來前級主要損耗是導通損耗,我試了36.1k和18.05K的頻率,效率看不出變化。用IR2110做的移相全橋驅動,由于其開通延時和關斷延時不同相,當于加入了100mS的死區,我的軟件中死區已很小了,但還是沒有完全實現軟開關。后橋臂上加并電容可能就能完全軟開關了,有時間再細調。從波形上看如果死區再調小,調到上面波形的前一個小缺口處導通就可實現全軟開關了。

2018/12/19 08:33:05
30
huhan0609
電源幣:3033 | 積分:0 主題帖:16 | 回復帖:75
LV5
營長
確實是這樣的,這種低壓大電流的升壓TOP,MOS導通損耗是主要的,開關損耗是次要的,所有零電壓開關優勢并不明顯。
2018/12/18 22:28:06
29
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

我是自己的程序做移相控制,要比專用芯片控制調試自由靈活的多。現在調試時在電源入口處加了一個電流霍耳在測電流,后期后級的保護做好了就去掉這個前級電流檢測環節了。

2019/01/22 09:53:37
55
bg4ajt
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LV6
團長
我K75T60常年工作在4.2KW一點問題沒有  2113驅動6.8歐姆的柵極電阻無負壓
2019/01/24 16:18:22
56
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長
開通和關斷是一樣的?開關頻率是多少?
2018/12/19 10:14:42
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hzx6176
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LV4
連長

今天說一下在逆變H橋上使用mos管和CoolMos的時發生寄生導通的問題。

先看幾個波形:

下面綠色是下管DS電壓;黃色是下管的GS電壓。母線電壓380V左右,驅動電壓13.7V.  時間是2.527mmS 處(正弦電壓的峰值附近)。交流負載2000W。

拉開看:

測出這樣的波形時,示波器探頭要下圖這樣用:

否則就則成這樣的波形了。

下圖是關斷驅動為0歐時的波形,(死區1uS)。下管關斷,死區過后,上管導通時電壓上升斜率很大,D點電壓通過Ciss向Crss充電,雖然有驅動電阻向下拉著,GS電壓還是被拉到了那么高。

從圖上看到了4V,實際上不到4V,其中有探頭上疊加的空中輻射。(要上到4 V就炸管了)這就是寄生導通的一種情形。

要克服這種情況,關斷驅動必須是強有力的。從這點考慮加點負壓驅動是必要的。

 

上面幾個圖中大家是不是沒有看到米勒平臺和柵極震蕩?是因為上管關斷的下降沿是由續流形成的下降,不是下管開通帶來的下降沿。下管是零壓開通的。這個時刻上管的G極是可以看到米勒平臺和柵極震蕩。

使用CoolMos 管時更多的是看到柵極震蕩,米勒平臺并不平。

2018/12/19 14:04:08
32
宛東驕子[版主]
電源幣:670 | 積分:15 主題帖:80 | 回復帖:1092
LV9
軍長
上個板塊熱門。
2018/12/19 14:34:42
33
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

謝了。

2018/12/19 15:24:01
34
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

再上幾張圖,看看CoolMos 管的柵極震蕩和米勒平臺。

圖中:綠色是下管DS電壓波形;黃色是上管GS電壓波形。(交流負載200W)

上圖中是正半周第三個脈沖時的波形,可以看到,GS電壓上升到6V時,下管DS電壓上升(對應上管DS電壓下降);

伴隨上管DS電壓下,降米勒效應使GS電壓下降。上管DS電壓又上升,上管DS電壓上升,米勒效應使GS電壓上升,

周而復始,形成了柵極震蕩,柵極震蕩衰減后形成米勒平臺。之后柵極電壓開始上升。

拉開看一下。

上圖中是正半周第八個脈沖時的波形,

拉開看一下。

下面再上兩張帶交流負載2200W時的波形。對應還是正半周第八個脈沖時的波形,可以看到,隨功率加大柵極震蕩幅度加大了不少。

下面再拉開看一下。

柵極震蕩除了增加了損耗外,還使輸出諧波增加。12樓的帶載2000W的諧波到了1.4%。之前用普通MOS管沒有柵極震蕩時空載和帶2000W諧波都在1.0以下。

柵極震蕩使可靠性和EMC也成問題。要進入實用階段必須要治理柵極震蕩。

2018/12/19 22:34:05
35
FQCAD
電源幣:45 | 積分:10 主題帖:2 | 回復帖:56
LV5
營長
GS極并入適當值的電容,可以緩解振蕩,同時不會使上升時間長很多。理論上并入足夠大的電容,可完全消除米勒振蕩,但是會導致開啟時間過長,驅動負擔變大。開啟損耗增加,但穩定性要好很多。
2018/12/20 10:19:37
36
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

謝謝指點。是的,你說的沒錯。我是想找一個即不增大驅動損耗,又能控制柵極震蕩的辦法,有什么好的辦法嗎?

想在是這樣想的:驅動電阻后接電容控制電壓上升速度,之后跟一個射隨器降低輸出阻抗,準備試一下。不知能否如愿。

2018/12/25 13:01:27
41
qwert123456
電源幣:142 | 積分:12 主題帖:12 | 回復帖:231
LV6
團長
負壓供電效果更好
2018/12/20 20:41:17
37
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

之前所測的DS波形如34樓最后一張照片。后來發現DS和GS同時測量時示波器兩通道之間還時會串擾,通過示波品探頭交調。

分別測試時發現波形會好很多。

下管DS如下;

IMG_20181220_170922

上管GS如下:

IMG_20181220_171233

進一步放大如下;

2018/12/21 17:41:44
38
zhiyiyunmeng
電源幣:0 | 積分:0 主題帖:3 | 回復帖:214
LV6
團長
波形看起來很工整了啊
2018/12/21 19:54:07
39
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長
不知道不能不能再好一點了,目前這樣的波形不知道實用起來穩定性會如何。另外我也不確定在感性負載下波形如何。誰有經驗給講一下吧。
2018/12/24 08:52:02
40
逆器電源[實習版主]
電源幣:30 | 積分:22 主題帖:14 | 回復帖:140
LV6
團長
你這個移相全橋都沒有輸出續流電感和諧振電感的吧
2018/12/27 20:36:16
43
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

是的,沒有。

2019/01/03 08:59:07
44
ruohan
電源幣:38 | 積分:11 主題帖:47 | 回復帖:1253
LV9
軍長

厲害啊,

軟件部分也自己弄,

佩服

2019/01/08 10:30:19
45
xiaodenrui123
電源幣:1 | 積分:3 主題帖:1 | 回復帖:8
LV2
班長
你看看你的變壓器原邊電流波形怎么樣呢?具體看看開關管有沒有實現軟開關。因為你輸出電流也有105A的樣子,那么原邊電流也不小,你的變壓器漏感有多大呢?漏感就是諧振電感,漏感大了占空比丟失可能會很嚴重呢,管子上有沒有并聯電容?現在我也想做個58V/6000w的電源。可以交流一下。我郵箱[email protected]
2019/01/11 18:00:23
47
hzx6176
電源幣:9 | 積分:7 主題帖:3 | 回復帖:17
LV4
連長

你好,我這里好幾天上不了電源網,今天剛能上。

我的變壓器是非晶的,幾呼沒有漏感。所以現在超前橋臂實現了軟開關,滯后橋臂沒有實現軟開關,要想實現就要外加電感了。有時間試試。

另外控制方面,我的升壓環路調得較軟,這樣反射到電池的電流是正弦包絡。對電池有好處,否則會讓鋰電池保護板動作。還的好處就是輸入端用了很小的電解電容也不發熱。

管子上有沒有并聯電容.就是因為漏感太小,漏感能量小于管子電容的能量,所以后橋臂沒有實現軟開關。死區很小,占空比丟失很小。

2019/01/11 18:21:01
49
hzx6176
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LV4
連長

看我10樓的照片,綠色的那個柵極電壓波形沒有米勒平臺,就是實現了軟開關的,紫色的柵極電壓波形有米勒平臺,是后橋臂,沒有實現軟開關。

2019/01/09 18:07:46
46
伊利丹
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士兵
樓主,升壓變壓器加氣隙了嗎?加了多大的?
2019/01/11 18:01:58
48
hzx6176
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連長
我的變壓器是非晶的環子,加不了氣隙。
2019/01/12 16:40:30
50
伊利丹
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士兵
本人小白一枚,看大佬們的帖子的時候,經常看到高頻臂、低頻臂的,這是什么意思?在網上也搜不到,麻煩不吝賜教,謝謝!!!
2019/01/19 06:52:18
52
hzx6176
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連長

主要是在單極性調制(逆變)時區分載波橋臂和工頻橋臂的,載波橋臂就是高頻臂(SPWM調制)。工頻(50或60)橋臂叫低頻臂

我這里升壓也是用H橋,控制方式是移相調制,先導通的叫超前橋臂,經過移相后才導通的橋臂叫滯后橋臂

2019/01/19 07:03:00
53
hzx6176
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連長
后續要進行不同管子的各種驅動條件下的試驗,但因元件、板子和測試電源等因素的限制,可能要晚些時候再進行。
2019/01/19 07:17:02
54
hzx6176
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LV4
連長
面說過,我的升壓環路調得較軟,這樣反射到電池的電流是正弦包絡。輸入端用了很小的電解電容也不發熱。對電池有好處。但這樣做空載電流不及用打嗝(突發模式)方式的小。用過別人做的逆變器空載和小載時是打嗝方式打嗝時的沖擊電流會讓鋰電池內發出聲響。不知名位有什么高見?該如何取舍。
2019/01/24 17:08:05
57
st.you
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軍長
移相方式,空載不能使變壓器得到的占空比很小嗎?
2019/01/25 20:43:08
58
hzx6176
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LV4
連長
可以的,前、后橋相位差接近0,相當于變壓器得到接近0的占空比。
2019/05/19 09:31:19
59
黃丙元
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團長
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