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开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和设计(原书第3版) 🔍
张懋 / 徐德鸿
机械工业出版社, 国际电气工程先进技术译丛, 2014
英语 [en] · 中文 [zh] · PDF · 22.2MB · 2014 · 📘 非小说类图书 · 🚀/duxiu/lgli/upload/zlib · Save
描述
本书除介绍基本开关变换器的拓扑之外,还介绍了开关变换器控制策略、开关变换器的闭环控制和稳定性设计方法;开关变换器的仿真工具,包括开关变换器的PSpice和MATLAB仿真软件;交错并联变换器和开关电容变换器等内容。与第2版相比,本版书重新梳理了开关电源的知识结构,对部分章节进行了重新修订,并增加了开关变换器数字控制以及开关变换器应用等内容。本书中的开关变换器设计案例很有特色,可以系统地培养读者综合各部分知识的运用能力。本书可以作为电气工程技术人员系统学习开关电源技术知识的参考书。
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备选标题
POWER-SWITCHING CONVERTERS THIRD EDITION,SIMON ANG
备选作者
Simon Ang; Alejandro Oliva
备选作者
Simon S. Ang
备选作者
作者
备用出版商
CRC Press LLC
备用版本
Electrical engineering, 3. ed, Boca Raton, Fla, c 2011
备用版本
United States, United States of America
备用版本
CRC Press LLC, Boca Raton, FL, 2010
备用版本
3rd ed., Boca Raton, Florida, 2010
备用版本
3rd ed, Boca Raton, ©2011
元数据中的注释
producers:
生产者
生产者
元数据中的注释
Includes bibliographical references (p. 599-611) and index.
备用描述
科目
关键字
开关功率变换器:开关电源的原理、仿真和设计:第3版 1
前折页 2
书名页 3
版权页 4
原书第3版译者序 5
前言 6
目录 8
第1章 开关变换器简介 16
1.1 简介 16
1.1.1 工业发展趋势 16
1.2 线性变换器 17
1.2.1 串联式线性调整器 17
1.2.2 并联式线性调整器 19
1.3 开关变换器 20
1.3.1 带有阻性负载的基本开关变换器 20
1.3.2 带有阻感性负载的开关变换器 22
1.4 变换器稳态原理分析 24
1.4.1 电感伏秒平衡 24
1.4.2 电容电荷平衡 25
1.5 习题 25
第2章 基本的开关变换电路 27
2.1 简介 27
2.2 Buck变换器 27
2.2.1 连续模式 27
2.2.2 断续模式 31
2.3 同步整流 36
2.4 纹波抑制 37
2.5 Boost变换器 39
2.5.1 连续模式 40
2.5.2 断续模式 43
2.6 Buck-Boost变换器 46
2.6.1 连续模式 47
2.6.2 断续模式 50
2.7 C■k变换器 53
2.8 SEPIC变换器 59
2.8.1 连续模式 59
2.8.2 设计要素 61
2.9 Zeta变换器 61
2.10 非理想元器件实现的变换器 63
2.10.1 电感模型 64
2.10.2 电容模型 64
2.10.3 半导体器件损耗 65
2.10.4 半导体器件损耗对输出电压的影响 66
2.11 习题 67
第3章 谐振变换器 69
3.1 简介 69
3.2 并联谐振电路综述 70
3.3 串联谐振电路综述 71
3.4 准谐振开关的分类 72
3.5 零电流开关准谐振Buck变换器 74
3.6 零电流开关准谐振Boost变换器 80
3.7 零电压开关准谐振Buck变换器 85
3.8 零电压开关准谐振Boost变换器 89
3.9 串联负载谐振变换器 93
3.9.1 断续模式(0<fS fn或称为高于谐振频率模式) 95
3.9.3 连续模式(0.5fn<fS<fn或称为低于谐振频率模式) 97
3.10 并联负载谐振变换器 99
3.10.1 断续模式(0<fS fn或称为高于谐振频率模式) 103
3.10.3 连续模式(0.5fn<fS<fn或称为低于谐振频率模式) 105
3.11 习题 107
第4章 隔离型变换器 110
4.1 简介 110
4.2 正激变换器 110
4.3 双管正激变换器 115
4.4 推挽变换器 117
4.5 半桥变换器 120
4.6 全桥变换器 121
4.7 反激变换器 123
4.8 双管反激变换器 127
4.9 双向有源桥变换器 129
4.9.1 功率流控制 138
4.10 零电流开关准谐振半桥变换器 140
4.11 习题 144
第5章 开关变换器的控制策略 145
5.1 简介 145
5.2 脉宽调制 145
5.2.1 电压模式PWM策略 146
5.2.2 电流模式PWM策略 149
5.3 滞环控制:开关电流源 153
5.3.1 ton时段稳态分析 154
5.4 商业化集成电路控制器 155
5.4.1 SG3524固定频率电压模式控制器 155
5.4.2 TL497变化频率电压模式控制器 158
5.4.3 UC3842固定频率电流模式PWM控制器 159
5.4.4 TinySwitch-II系列小功率离线开关管 161
5.5 谐振变换器控制策略 163
5.5.1 谐振变换器离线控制器 164
5.5.2 L6598的工作原理 164
5.6 习题 175
第6章 开关变换器的连续时域模型 176
6.1 简介 176
6.2 经典控制技术分析开关变换器 176
6.2.1 开关变换器的基本开环线性模型 177
6.2.2 PWM 调制器模型 177
6.2.3 平均开关变换器模型 181
6.2.4 输出滤波器模型 183
6.3 开关变换器小信号模型概述 191
6.4 有外部扰动的电压调整器线性模型 194
6.4.1 输出阻抗和稳定性 195
6.5 开关变换器的状态空间表示 196
6.5.1 线性系统分析概述 196
6.5.2 状态空间平均 198
6.6 开关变换器传递函数 209
6.6.1 源至状态变量的传递函数 210
6.7 输入EMI滤波器 212
6.7.1 稳定性分析 212
6.8 习题 218
第7章 开关变换器的模拟控制 219
7.1 简介 219
7.2 经典控制技术中的负反馈 219
7.2.1 闭环增益 219
7.2.2 稳定性分析 220
7.2.3 相对稳定性 220
7.3 开关变换器的闭环线性模型 221
7.3.1 反馈网络 221
7.3.2 误差放大器补偿网络 221
7.3.3 PI补偿网络 222
7.3.4 比例积分微分(PID)补偿网络 224
7.3.5 比例控制 227
7.4 考虑输出电容 ESR 的 Buck 变换器的反馈补偿 227
7.5 无输出电容 ESR 的 Buck 变换器的反馈补偿 230
7.6 全状态反馈 231
7.6.1 全状态反馈控制系统设计 231
7.6.2 极点选择 232
7.6.3 反馈增益 232
7.7 习题 236
第8章 开关变换器的离散时域建模 237
8.1 简介 237
8.2 连续时域系统 237
8.3 直接离散时域模型 237
8.4 直接离散模型的线性化 238
8.5 连续时域状态空间平均模型 239
8.6 开关变换器的离散时域平均模型 241
8.7 习题 242
第9章 开关变换器的数字控制 243
9.1 简介 243
9.2 比例控制器 243
9.3 PID控制器的连续化设计方法 244
9.4 全状态反馈的离散控制系统设计 245
9.4.1 极点配置 246
9.4.2 反馈增益 246
9.4.3 电压控制模式 246
9.4.4 电流控制模式 248
9.5 习题 251
第10章 交错并联变换器 252
10.1 简介 252
10.2 交错并联Buck变换器 252
10.2.1 状态空间平均模式 254
10.3 交错并联Boost变换器 255
10.3.1 状态空间平均模式 255
10.4 基于电流模式工作的交错并联变换器 259
10.4.1 纹波的计算 260
10.4.2 变换器的数量 262
10.5 功率因数校正 262
10.6 习题 264
第11章 开关电容变换器 266
11.1 简介 266
11.2 单向功率传输SCC 266
11.2.1 基本升压变换器 266
11.2.2 基本降压变换器 268
11.2.3 基本电压极性反向变换器 270
11.3 其他开关电容变换器拓扑 271
11.3.1 降压变换器 271
11.3.2 升压变换器 274
11.3.3 n阶降压SCC 276
11.3.4 n阶升压SCC 276
11.4 双向功率传输SCC 278
11.4.1 升降压变换器 278
11.4.2 罗氏变换器 280
11.5 谐振变换器 285
11.5.1 零电流开关(ZCS) 285
11.6 开关电容功率变换器的损耗 288
11.7 习题 289
第12章 开关变换器的仿真 290
12.1 简介 290
12.2 Spice电路描述 290
12.2.1 采用“.CIR”文本输入文件的PSpice仿真 291
12.2.2 采用电路图输入的PSpice仿真 300
12.2.3 开关变换器的小信号分析 314
12.2.4 创建可用于PSpice仿真的Capture符号 329
12.2.5 解决收敛问题 329
12.3 使用MATLAB对开关变换器进行仿真 333
12.3.1 使用传递函数 333
12.3.2 使用矩阵 335
12.4 使用Simulink仿真开关变换器 338
12.4.1 用Simulink仿真传递函数的例子 338
12.4.2 用Simulink仿真状态空间矩阵的例子 339
12.5 习题 340
第13章 开关变换器的应用 342
13.1 功率因数校正 342
13.1.1 简介 342
13.1.2 基本概念回顾 342
13.1.3 功率因数校正原理 343
13.1.4 开关变换器的功率因数自校正特性 344
13.1.5 功率因数校正器的控制技术 349
13.1.6 功率因数校正电路 353
13.2 低噪声DC-DC变换器 356
13.2.1 简介 356
13.2.2 降低EMI的技术 357
13.3 用于太阳电池的开关变换器 360
13.3.1 简介 360
13.3.2 太阳电池模型 360
13.3.3 最大功率点跟踪 362
13.3.4 用于太阳电池的开关变换器 362
13.4 用于燃料电池的开关变换器 363
13.5 LED驱动器用开关变换器 366
13.5.1 Buck型LED驱动器 366
13.5.2 Boost型LED驱动器 367
13.5.3 C■k型LED驱动器 367
13.5.4 SEPIC型LED驱动器 368
13.5.5 交流输入型LED驱动器 368
第14章 开关变换器设计:案例学习 369
14.1 简介 369
14.2 电压型断续工作模式的Buck变换器设计 370
14.2.1 控制器设计 371
14.2.2 小信号模型 374
14.2.3 设计补偿网络和误差放大器 374
14.2.4 闭环Buck变换器 378
14.2.5 仿真结果 379
14.2.6 实验结果 381
14.3 电压型同步Buck变换器的数字控制 385
14.3.1 电路参数 386
14.3.2 闭环极点选择 386
14.3.3 离散时间模型 387
14.3.4 反馈增益 388
14.3.5 控制策略 389
14.3.6 用于PSpice仿真的模拟模型 390
14.3.7 仿真结果 391
14.3.8 与负载变化相关的闭环极点灵敏度 393
14.3.9 实验结果 393
14.4 电流型同步Buck变换器的数字控制 395
14.4.1 连续时间状态模型 395
14.4.2 推导离散时间模型 395
14.4.3 电流型控制不稳定的问题 396
14.4.4 跟踪调整器的扩展状态模型 396
14.4.5 反馈增益 397
14.4.6 控制策略 399
14.4.7 仿真结果 399
14.4.8 闭环极点对负载变化的敏感度 399
14.4.9 实验结果 401
14.4.10 DSP编程 402
14.5 基于UC3842的反激变换器设计 408
14.5.1 设计规格 409
14.5.2 断续导通模式 409
14.5.3 初步计算 410
14.5.4 开环仿真 411
14.5.5 电流环 412
14.5.6 电压环 412
14.5.7 小信号模型 415
14.5.8 频率补偿 416
14.5.9 电磁干扰(EMI)滤波器的设计 418
14.5.10 印制电路板(PCB)设计 419
14.5.11 实验结果 421
14.6 基于TopSwitch的反激变换器设计 422
14.6.1 设计规格 423
14.6.2 初步计算 423
14.6.3 实验结果 424
14.7 基于TinySwitch的反激变换器设计 425
14.7.1 实验结果 426
14.8 开关音频放大器 427
14.8.1 案例学习 430
参考文献 437
后折页 450
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关键字
开关功率变换器:开关电源的原理、仿真和设计:第3版 1
前折页 2
书名页 3
版权页 4
原书第3版译者序 5
前言 6
目录 8
第1章 开关变换器简介 16
1.1 简介 16
1.1.1 工业发展趋势 16
1.2 线性变换器 17
1.2.1 串联式线性调整器 17
1.2.2 并联式线性调整器 19
1.3 开关变换器 20
1.3.1 带有阻性负载的基本开关变换器 20
1.3.2 带有阻感性负载的开关变换器 22
1.4 变换器稳态原理分析 24
1.4.1 电感伏秒平衡 24
1.4.2 电容电荷平衡 25
1.5 习题 25
第2章 基本的开关变换电路 27
2.1 简介 27
2.2 Buck变换器 27
2.2.1 连续模式 27
2.2.2 断续模式 31
2.3 同步整流 36
2.4 纹波抑制 37
2.5 Boost变换器 39
2.5.1 连续模式 40
2.5.2 断续模式 43
2.6 Buck-Boost变换器 46
2.6.1 连续模式 47
2.6.2 断续模式 50
2.7 C■k变换器 53
2.8 SEPIC变换器 59
2.8.1 连续模式 59
2.8.2 设计要素 61
2.9 Zeta变换器 61
2.10 非理想元器件实现的变换器 63
2.10.1 电感模型 64
2.10.2 电容模型 64
2.10.3 半导体器件损耗 65
2.10.4 半导体器件损耗对输出电压的影响 66
2.11 习题 67
第3章 谐振变换器 69
3.1 简介 69
3.2 并联谐振电路综述 70
3.3 串联谐振电路综述 71
3.4 准谐振开关的分类 72
3.5 零电流开关准谐振Buck变换器 74
3.6 零电流开关准谐振Boost变换器 80
3.7 零电压开关准谐振Buck变换器 85
3.8 零电压开关准谐振Boost变换器 89
3.9 串联负载谐振变换器 93
3.9.1 断续模式(0<fS fn或称为高于谐振频率模式) 95
3.9.3 连续模式(0.5fn<fS<fn或称为低于谐振频率模式) 97
3.10 并联负载谐振变换器 99
3.10.1 断续模式(0<fS fn或称为高于谐振频率模式) 103
3.10.3 连续模式(0.5fn<fS<fn或称为低于谐振频率模式) 105
3.11 习题 107
第4章 隔离型变换器 110
4.1 简介 110
4.2 正激变换器 110
4.3 双管正激变换器 115
4.4 推挽变换器 117
4.5 半桥变换器 120
4.6 全桥变换器 121
4.7 反激变换器 123
4.8 双管反激变换器 127
4.9 双向有源桥变换器 129
4.9.1 功率流控制 138
4.10 零电流开关准谐振半桥变换器 140
4.11 习题 144
第5章 开关变换器的控制策略 145
5.1 简介 145
5.2 脉宽调制 145
5.2.1 电压模式PWM策略 146
5.2.2 电流模式PWM策略 149
5.3 滞环控制:开关电流源 153
5.3.1 ton时段稳态分析 154
5.4 商业化集成电路控制器 155
5.4.1 SG3524固定频率电压模式控制器 155
5.4.2 TL497变化频率电压模式控制器 158
5.4.3 UC3842固定频率电流模式PWM控制器 159
5.4.4 TinySwitch-II系列小功率离线开关管 161
5.5 谐振变换器控制策略 163
5.5.1 谐振变换器离线控制器 164
5.5.2 L6598的工作原理 164
5.6 习题 175
第6章 开关变换器的连续时域模型 176
6.1 简介 176
6.2 经典控制技术分析开关变换器 176
6.2.1 开关变换器的基本开环线性模型 177
6.2.2 PWM 调制器模型 177
6.2.3 平均开关变换器模型 181
6.2.4 输出滤波器模型 183
6.3 开关变换器小信号模型概述 191
6.4 有外部扰动的电压调整器线性模型 194
6.4.1 输出阻抗和稳定性 195
6.5 开关变换器的状态空间表示 196
6.5.1 线性系统分析概述 196
6.5.2 状态空间平均 198
6.6 开关变换器传递函数 209
6.6.1 源至状态变量的传递函数 210
6.7 输入EMI滤波器 212
6.7.1 稳定性分析 212
6.8 习题 218
第7章 开关变换器的模拟控制 219
7.1 简介 219
7.2 经典控制技术中的负反馈 219
7.2.1 闭环增益 219
7.2.2 稳定性分析 220
7.2.3 相对稳定性 220
7.3 开关变换器的闭环线性模型 221
7.3.1 反馈网络 221
7.3.2 误差放大器补偿网络 221
7.3.3 PI补偿网络 222
7.3.4 比例积分微分(PID)补偿网络 224
7.3.5 比例控制 227
7.4 考虑输出电容 ESR 的 Buck 变换器的反馈补偿 227
7.5 无输出电容 ESR 的 Buck 变换器的反馈补偿 230
7.6 全状态反馈 231
7.6.1 全状态反馈控制系统设计 231
7.6.2 极点选择 232
7.6.3 反馈增益 232
7.7 习题 236
第8章 开关变换器的离散时域建模 237
8.1 简介 237
8.2 连续时域系统 237
8.3 直接离散时域模型 237
8.4 直接离散模型的线性化 238
8.5 连续时域状态空间平均模型 239
8.6 开关变换器的离散时域平均模型 241
8.7 习题 242
第9章 开关变换器的数字控制 243
9.1 简介 243
9.2 比例控制器 243
9.3 PID控制器的连续化设计方法 244
9.4 全状态反馈的离散控制系统设计 245
9.4.1 极点配置 246
9.4.2 反馈增益 246
9.4.3 电压控制模式 246
9.4.4 电流控制模式 248
9.5 习题 251
第10章 交错并联变换器 252
10.1 简介 252
10.2 交错并联Buck变换器 252
10.2.1 状态空间平均模式 254
10.3 交错并联Boost变换器 255
10.3.1 状态空间平均模式 255
10.4 基于电流模式工作的交错并联变换器 259
10.4.1 纹波的计算 260
10.4.2 变换器的数量 262
10.5 功率因数校正 262
10.6 习题 264
第11章 开关电容变换器 266
11.1 简介 266
11.2 单向功率传输SCC 266
11.2.1 基本升压变换器 266
11.2.2 基本降压变换器 268
11.2.3 基本电压极性反向变换器 270
11.3 其他开关电容变换器拓扑 271
11.3.1 降压变换器 271
11.3.2 升压变换器 274
11.3.3 n阶降压SCC 276
11.3.4 n阶升压SCC 276
11.4 双向功率传输SCC 278
11.4.1 升降压变换器 278
11.4.2 罗氏变换器 280
11.5 谐振变换器 285
11.5.1 零电流开关(ZCS) 285
11.6 开关电容功率变换器的损耗 288
11.7 习题 289
第12章 开关变换器的仿真 290
12.1 简介 290
12.2 Spice电路描述 290
12.2.1 采用“.CIR”文本输入文件的PSpice仿真 291
12.2.2 采用电路图输入的PSpice仿真 300
12.2.3 开关变换器的小信号分析 314
12.2.4 创建可用于PSpice仿真的Capture符号 329
12.2.5 解决收敛问题 329
12.3 使用MATLAB对开关变换器进行仿真 333
12.3.1 使用传递函数 333
12.3.2 使用矩阵 335
12.4 使用Simulink仿真开关变换器 338
12.4.1 用Simulink仿真传递函数的例子 338
12.4.2 用Simulink仿真状态空间矩阵的例子 339
12.5 习题 340
第13章 开关变换器的应用 342
13.1 功率因数校正 342
13.1.1 简介 342
13.1.2 基本概念回顾 342
13.1.3 功率因数校正原理 343
13.1.4 开关变换器的功率因数自校正特性 344
13.1.5 功率因数校正器的控制技术 349
13.1.6 功率因数校正电路 353
13.2 低噪声DC-DC变换器 356
13.2.1 简介 356
13.2.2 降低EMI的技术 357
13.3 用于太阳电池的开关变换器 360
13.3.1 简介 360
13.3.2 太阳电池模型 360
13.3.3 最大功率点跟踪 362
13.3.4 用于太阳电池的开关变换器 362
13.4 用于燃料电池的开关变换器 363
13.5 LED驱动器用开关变换器 366
13.5.1 Buck型LED驱动器 366
13.5.2 Boost型LED驱动器 367
13.5.3 C■k型LED驱动器 367
13.5.4 SEPIC型LED驱动器 368
13.5.5 交流输入型LED驱动器 368
第14章 开关变换器设计:案例学习 369
14.1 简介 369
14.2 电压型断续工作模式的Buck变换器设计 370
14.2.1 控制器设计 371
14.2.2 小信号模型 374
14.2.3 设计补偿网络和误差放大器 374
14.2.4 闭环Buck变换器 378
14.2.5 仿真结果 379
14.2.6 实验结果 381
14.3 电压型同步Buck变换器的数字控制 385
14.3.1 电路参数 386
14.3.2 闭环极点选择 386
14.3.3 离散时间模型 387
14.3.4 反馈增益 388
14.3.5 控制策略 389
14.3.6 用于PSpice仿真的模拟模型 390
14.3.7 仿真结果 391
14.3.8 与负载变化相关的闭环极点灵敏度 393
14.3.9 实验结果 393
14.4 电流型同步Buck变换器的数字控制 395
14.4.1 连续时间状态模型 395
14.4.2 推导离散时间模型 395
14.4.3 电流型控制不稳定的问题 396
14.4.4 跟踪调整器的扩展状态模型 396
14.4.5 反馈增益 397
14.4.6 控制策略 399
14.4.7 仿真结果 399
14.4.8 闭环极点对负载变化的敏感度 399
14.4.9 实验结果 401
14.4.10 DSP编程 402
14.5 基于UC3842的反激变换器设计 408
14.5.1 设计规格 409
14.5.2 断续导通模式 409
14.5.3 初步计算 410
14.5.4 开环仿真 411
14.5.5 电流环 412
14.5.6 电压环 412
14.5.7 小信号模型 415
14.5.8 频率补偿 416
14.5.9 电磁干扰(EMI)滤波器的设计 418
14.5.10 印制电路板(PCB)设计 419
14.5.11 实验结果 421
14.6 基于TopSwitch的反激变换器设计 422
14.6.1 设计规格 423
14.6.2 初步计算 423
14.6.3 实验结果 424
14.7 基于TinySwitch的反激变换器设计 425
14.7.1 实验结果 426
14.8 开关音频放大器 427
14.8.1 案例学习 430
参考文献 437
后折页 450
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备用描述
"Significantly expanded and updated with extensive revisions, new material, and a new chapter on emerging applications of switching converters, Power-Switching Converters, Third Edition offers the same trusted, accessible, and comprehensive information as its bestselling predecessors. Similar to the two previous editions, this book can be used for an introductory as well as a more advanced course.Chapters begin with an introduction to switching converters and basic switching converter topologies. Entry level chapters continue with a discussion of resonant converters, isolated switching converters, and the control schemes of switching converters. Skipping to chapters 10 and 11, the subject matter involves an examination of interleaved converters and switched capacitor converters to round out and complete the overview of switching converter topologies.More detailed chapters include the continuous time-modeling and discrete-time modeling of switching converters as well as analog control and digital control. Advanced material covers tools for the simulation of switching converters (including both PSpice and Matlab simulations) and the basic concepts necessary to understand various actual and emerging applications for switching converters, such as power factor correction, LED drivers, low-noise converters, and switching converters topologies for solar and fuel cells. The final chapter contains several complete design examples, including experimental designs that may be used as technical references or for class laboratory projects. Supplementary information is available at crcpress.com including slides, PSpice examples (designed to run on the OrCAD 9.2 student version and PSIM software) and MATLAB scripts.Continuing the august tradition of its predecessors, Power-Switching Converters, Third Edition provides introductory and advanced information on all aspects of power switching converters to give students the solid foundation and applicable knowledge required to advance in this growing field"--
"Many advances have emerged since the second edition. This third edition includes a brand-new chapter on and addresses new subjects, including LED drivers, and DC-DC converters both for solar panels and for fuel cells. This book covers converter power management, phase-shift PWM, and low-noise and bidirectional DC-DC converters, featuring a non-linear discrete model of the DC-DC converter itself. The text discusses new simulation tools such as PSIM, LTSPICE, and POWERESIM, and provides additional and updated information on digital control of DC-DC converters, switched capacitor converters, and power factor controllers"--
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开源日期
2021-06-01
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