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未解决

PFC电解电容的纹波

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hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-2 22:31:55
10问答币
已知PFC的开关频率为60K,输入220VAC下输出1000W,电解电容是330uF/450V,请问如何求出流过这个电解电容的纹波电流?以上条件充足吗?
wszdxp2004
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总工程师
  • 2018-7-3 08:24:14
 
请问:
你这1KW PFC是交错的吗?是CCM吗?PFC电感多大?
另外:你是要得到一个计算公式?还是一个结果?
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-3 09:02:50
 
是单周期的TI28019控制IC,CCM模式,PFC电感300uH,别人叫我测试一下这个PFC的电解电容纹波电流,但是不方便测试,就像能否通过已知的参数估算出这个电解电容的纹波电流。
wszdxp2004
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LV10
总工程师
  • 2018-7-3 09:25:24
 
TI UCC28019在这个IC,有计算表格,可到TI官网下载:关于输出电容纹波电流在118行


sluc069e.zip

361.81 KB, 下载次数: 178, 下载积分: 财富 -2

binganzhu
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LV6
高级工程师
  • 2018-7-3 16:07:09
 
用几个已知的高精度大功率电阻,测下纹波电压除下不就好了吗?算的铁定不准的。
hotpower
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副总工程师
  • 2018-7-6 13:38:09
 
请问这个高精度大功率电阻串在哪里? 未命名.JPG
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-6 13:56:05
 
直接串到2个电解电容的公共负端,用0.01欧姆-0.1欧姆的无感电阻(贴片电阻也可以),不需要大功率电阻,1W的功率够了。引线尽量短。
五六电源
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副总工程师
  • 2018-7-3 08:30:57
 
1000W 用 330uF,你厉害。
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-3 09:03:46
 
这个没有什么,别人的2KW也就是两个330uF并联而已,我都见过。
lu到地老天荒
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-3 09:16:41
 
用这么少 会有寿命影响?
五六电源
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-3 15:53:26
 
非要用也不是不可以。
只是寿命,工频纹波差点。
或者,环境温度要求不高的话寿命也还过得去。
但工频纹波的话,比较大,后级DCDC会比较难受,特别是LLC的话更难受。
再然后,掉电保持时间也基本不用想了,除非要求也很低。
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-3 21:08:15
 
是否可以这样估算出来:
测试PFC输出的纹波电压,比喻说对于390VDC输出, 其纹波电压Vpp为30V,那么再用这个Vpp除以这个几个电解电容的并联ESR电阻可以得到纹波电流?单个电解的ESR可以用电桥测试出来吧!或者查其手册
五六电源
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-4 14:49:30
 
电容上的纹波电压不只是ESR引起。
容量同样能影响纹波电压,要不然放个1uF的CBB不就比电解好多了。
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-5 09:22:20
 
也是,一语惊醒梦中人!那请问怎么样估计出这个电解电容的纹波电流呢?因为电解电容是焊接在PFC输出的母线PCB上面的,要用电流钳测试,相当麻烦。

greendot
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LV12
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  • 2018-7-5 17:53:47
 
这里有两个纹波电流,一个低频的(100Hz), 一个高频的 (60KHz),一般AppNote 都有计算公式。
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-5 21:12:17
 
我关心的就是那个工频纹波电流。请问AppNote是什么东西呢?
greendot
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LV12
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  • 2018-7-6 16:17:52
 
问什么只关心2倍工频的 ?
2018-07-06_130321.jpg
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-6 17:02:41
 
纹波应该跟电流模式,电感量,频率,和电解电容容量,输入工频频率有关啊,怎么没体现?
Coming.Lu
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  • 2018-7-6 17:09:09
 
高频纹波,才和这些东西关系大。
对工频来说,这点感量,忽略不计。
另外,不管是什么模式,输入都是100Hz馒头波包络。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-6 17:12:29
 
低频纹波跟电解电容的容量有很大关系吧?
Coming.Lu
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  • 2018-7-6 17:16:39
 
纹波电压有关系,纹波电流关系不大。
greendot
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  • 2018-7-6 17:29:07
 
低频的可以这样理解。输入功率Pin是馒头般的(正弦2),部分时间高于输出功率Po,部分时间低于,多出来或少了的功率就由Co吞吐,不管Co大小,吞吐量一定,吞吐电流一定,所以纹波与其容值无关。(这里假设Vo是恒定的)
greendot
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  • 2018-7-6 18:01:22
 
Co 的电流 Ic其实是一串脉冲,它的平均就是个定值的低频纹波波形,Ic的充电和放电占空是1-D和D,D与 Vac/Vo有关,可以想像得到,高频纹波 只与 Io, Vac 和 Vo有关。(这结论是假设Ic脉冲是方波,如果考虑的是实际梯形波,则 fs 和 L 就要加入其中)
deep_thought
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-7 09:43:29
 
恩,BCM(临界电流模式)PFC输出电容的高频纹波电流是只跟输入电压,输出电压,输出电流有关。
deep_thought
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-7 09:13:31
 
这个定向分析不错,对于低频纹波电流相关因素,我再想想。
deep_thought
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-25 14:28:22
 
推了一下,对于BCM,理论上,不考虑效率因素,电解的低频纹波有效值确实是Io/sqrt(2). 跟电解电容容量,输入,输出电压,输入频率,开关频率等因素都无关。仿真也得到类似结果。
greendot
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  • 2018-7-25 16:51:09
 
BCM CCM 都一样,输入功率 Pin(t) = Vpk*sin(ωt)*Ipk*sin(ωt) = 2*Po*sin(ωt)2  = Po*(1-cos(2ωt))   
电容吞吐的功率 Pc(t) = Pin(t) - Po = -Po*cos(2ωt) = -Vo*Io*cos(2ωt) ,这里假设电容电压Vo上的纹波不大,Vo近似恒定,
那么电容电流 Ic(t) 就 = -Io*cos(2ωt) ,一个两倍工频频率的正弦波,其RMS值= Io/sqrt(2) 。


deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-25 17:17:54
 
没错,是这样的。CCM的低频纹波也适用。
greendot
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  • 2018-7-25 17:50:54
 
其实高频的有时比低频的还要大。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-26 08:54:55
 
对于高频纹波,你上面的60KHz RIPPLE那个公式是针对BCM还是CCM?有什么前提条件或者假设条件?
greendot
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  • 2018-7-26 11:15:30
 
那是CCM的。开关脉冲电流本来是梯形的,把它近似为矩形,推导后便得那公式。

把CCM公式里的1.2 改为1.6 便是BCM的公式。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-26 11:39:05
 
好,感谢分享,我也照着学习一下。
greendot
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  • 2018-7-26 12:18:57
 
其实这些公式在 IC 的 Appnotes 里都有,有兴趣的不妨推导一下。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-7-26 13:16:19
 
好。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-1 17:14:01
 
实际仿真了下高频纹波,发现这个系数1.2的影响非常大,特别是高电压输入(230Vac输入,400Vdc输出)时,所以系数的选取对误差的影响会很可观。
greendot
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  • 2018-8-1 18:25:28
 
这个1.2 不是任意的,是根据理想情况,推导出来的,本来是 8*√2/(3*pai) 。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-2 07:51:30
 
哦,我举个例子说明这个误差,根据这个公式,如果输入是320Vdc,输出是400Vdc,系数取1.2,那么得出高频纹波是0. 那么问题来了,怎么才能选择到合适的系数?
greendot
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  • 2018-8-2 13:36:34
 
输入320Vac RMS,峰值是448V,高于输出400V ,已经不是Boost了啊,公式还有用么。
39楼说误差可观,何以见得 ?
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-2 13:52:16
 
假定的DC 320V。
即使是AC 320V RMS,那也还有很大时间区小于400VDC,而升压电路工作啊。
greendot
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LV12
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  • 2018-8-2 14:07:55
 
这和 “正常” 的 Boost PFC 是两码事,那就需要另一个“异常”的公式了。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-2 14:56:34
 
好吧,这个议题关闭。
greendot
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LV12
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  • 2018-8-2 15:54:07
 
DC 320V in,那就是DC-DC Boost,电容的RMS电流公式不是满大街都是么?
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-2 16:12:48
 
你说的没错。但是用320VAC代入你那个公式,结果是0,但是实际是0吗?用330VAC代入,结果是虚数。。。
greendot
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  • 2018-8-2 16:20:38
 
到底 320V 是 peak 还是 rms ? 输入是交流 400V peak 以下的,公式可用,以上的不可用。
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-8-2 16:37:15
 
好吧,再次关闭这个议题。
hotpower
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LV8
副总工程师
  • 2018-7-8 23:05:17
 
请问绿点大师,你这些公式里面,为什么没有体现这个纹波电流和频率或者输出电容容量有关呢?
greendot
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专家
  • 2018-7-9 12:05:07
 
您的問題如19樓。
頻率就好辦,均方根,一均,頻率就沒了。
shelaoda
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本网技师
  • 2021-8-30 10:02:10
  • 倒数4
 
请问老师高频电流纹波如何推导出来的?还请老师不吝赐教,非常感谢!
greendot
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专家
  • 2021-9-5 14:23:04
  • 倒数3
 
待我整理一下。  

greendot
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LV12
专家
  • 2021-9-6 18:04:48
  • 倒数2
 
. 2021-09-06_111051.jpg
yunfengzyf1
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LV4
初级工程师
  • 2018-7-5 21:56:28
 
原来是这样呀!!!!又学到一招了
五六电源
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副总工程师
  • 2018-7-12 14:20:29
 
是,之前做过个项目,为了保证掉电保持时间,差不多就用了1W/uF。
因为要考虑电容-20%的偏差,还要考虑最低电压(工频纹波最大),最大输出功率时还要能保证这个时间。
nc965
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  • 2018-8-13 08:22:47
 
纹波电压
976.jpg

纹波电流 = 续流二极管电流 - 输出直流
powercat
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LV8
副总工程师
  • 2018-8-13 08:48:37
 
版主,纹波电压的计算公式分母下面的那个V,指的是PFC输出的电压吗?
nc965
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  • 2018-8-13 09:21:21
 
greendot
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  • 2018-8-13 10:56:31
 
LZ 何不問問 F 是什麼,是哪个频率?
nc965
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  • 2018-8-20 07:53:56
 
两种F都行,得到两种频率的纹波,工频的和PWM的
greendot
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LV12
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  • 2018-8-20 12:42:13
 
这么肯定? 至少我敢说是不对的。
chuxuezhe
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副总工程师
  • 2018-8-20 13:25:44
 
这个F指的是开关频率吧?
greendot
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LV12
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  • 2018-8-20 14:11:18
 
如果F=工频50Hz,那公式用来计算100Hz低频纹波(峰峰值)是可以的 (PFC有100Hz的纹波,没有50Hz的),如果F是开关频率,那就 。。。。了。
nc965
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  • 2018-8-20 15:49:11
 
那就差多少?有没有对应关系?
greendot
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  • 2018-8-20 18:05:59
 
说开关频率的? 开关频率一定是恒定的么?高频纹波对应电压馒头波的不同时间位置,是恒定的么? (好像没太多人理会高频纹波,因为低频的可能已10+20+伏了。)
公式是李版找来的,可用不可用,适用不适用,没考虑过?
nc965
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  • 2018-8-20 18:27:10
 
这公式是能量平衡推导出来的,工频纹波经过验证无误,高频纹波想必也应满足能量平衡,空了验证一下。
greendot
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  • 2018-8-21 15:02:19
 
很难相信这兼顾PWM和50Hz频纹波的公式可以推导出来。 验证就免了吧。
nc965
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  • 2018-8-21 16:51:56
 
其实完全可以推导出来,至少可以计算出来,只是麻烦而已,好在这种麻烦事可以交给仿真来做,我们可以坐享其成。
中间成果:
F与C同比发生3个数量级改变(50Hz~50KHz)馒头波电流产生的纹波幅度ΔV不变:
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
这至少验证了频率完全可以从工频兼顾到PWM范围,你的第一个疑虑----关于频率范围----可以打消。
其他验证还在进行中,你还有什么很难相信的疑虑都可以提出来加以验证。
greendot
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LV12
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  • 2018-8-21 18:43:33
 
不知李版搞清楚状况没有?
da.jpg
上图是PFC输出电压,可以看到2倍工频的纹波(6V pkpk)。
下图是小方框放大后,看见的PWM的高频纹波。
我们现在讲的,是不是同样的东西?


nc965
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  • 2018-8-21 19:34:45
 
你第二个疑虑:这是不是同样的东西(同一个波形)?
实际上它的确不是一个波形,但它明显是两个不同频率的波形的叠加波形。当遇到这类问题时,一般可分别按两个不同波形求解,只要这两个波形(只是频率不同)具有相同的形成机制,这样的解就等效于你考察的叠加波形。把任意波形分解为多个单一频率波形来考察,是信号分析的基本方法,何况这里仅仅只有两个频率。
那么上述问题就归结为:这样两个频率F显著不同的信号在相同电容C上形成的纹波幅度,在相同功率P和电压V条件下,是否具有相同的形成机制?答案在62楼已经得到肯定。
greendot
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LV12
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  • 2018-8-21 20:29:05
  • 倒数10
 
真是,请再看图,我问的“东西",是指图里的两个ΔV,我说的ΔV,是不是您说的ΔV? 如果不是,那就结束讨论好了。
nc965
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  • 2018-8-21 21:43:55
  • 倒数9
 
设:ΔV满足:ΔV=σP/(FCV) 这个机制
当:C、P、V不变时,ΔV与F呈反比
对于两个(共同作用下的)不同的频率(F1=50Hz, F2=PWM频率)的信号
必然对应两个纹波电压
ΔV1=σP/(F1CV),
ΔV2=σP/(F2CV),
于是在C两端得到的就是两个纹波叠加的波形,一个是50Hz的,幅度较大,一个PWM频率的,幅度显著很小。这与你展示的波形完全吻合,实在不明白这里面还能有什么别的东西?我说的ΔV就是你说的ΔV
抑或你认为ΔV2因为频率太高而不再满足ΔV=σP/(FCV)这个机制,可是62楼已经证明它也满足这个机制。
nc965
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  • 2018-8-22 08:02:00
  • 倒数8
 
继续
上面已经验证了(阶段成果):
1、频率不影响纹波形成机制
2、混合信号不影响纹波形成机制
验证模型:
频率为F的重复脉冲电流源对电容C充电,其端电压V对阻性负载做有功P,端电压的纹波幅度ΔV与电容量C的关系。
需进一步验证的还有:
3、电流波形对纹波的影响,馒头波、三角波、锯齿波、方波。。。
4、占空比影响(对C而言可归结为断续模式)
5、断续模式的影响,断续深度影响
6、连续模式的影响。3种:方波类似(boost),直流分量(buck),多相叠加等效波形。
7、ESR影响
8、还有啥影响因素?
最后目标:得到一个适合各种情况的ΔV统一表达式,用于指导输出滤波电容工程设计。


nc965
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  • 2018-8-22 11:10:16
  • 倒数7
 
相当多拓扑输出电流为锯齿波,锯齿波电流不同形状对纹波的影响:
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
结论1:输入电流波形的形状不影响纹波幅度,只影响纹波波形
结论2:纹波波形的突变与输入电流的di/dt对应。
推论3:影响纹波波幅的是电流的幅度而不是形状(但电流波幅的含义尚需明确:平均值、有效值、峰值?)
推论4:越是接近方波的输入电流波形,得到的越是接近三角形(谐波丰富)的纹波波形(63楼)
推论5:越是接近等腰三角形的输入电流波形,得到的是越接近正弦(最小谐波)的纹波波形
greendot
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  • 2018-8-22 11:47:15
  • 倒数6
 
真没李版办法,搬这么些出来有什么意思?
我最后几句:对于PFC的高低频纹波,产生的机理大不相同,不是单一个公式可以描述的,各有各的公式。
哪位想向李版请益的,楼下继续。
nc965
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  • 2018-8-22 11:49:04
  • 倒数5
 
我的观点很明确,它就是同一个机制,能量平衡机制,产生的机理完全相同,并正在一步一步得到证明。
即使你已经有不同公式,不妨晒出来,最后一定可以归结为同一个公式。原因很简单,能量平衡是普适的,而电容滤波的本质就是能量平衡。
zjjiezhou
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最新回复
  • 2024-1-2 18:39:16
  • 倒数1
 
这个公式是怎么推导的?
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