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反激电流馈电推挽拓扑的一些推导和计算(设计举例)

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埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 16:09:50
2018年7月28日更新
大概是最后一次更新了,断断续续的接触这个东西,发现以前有很多漏洞和错误,有点搞笑,不过也算是进步的一个过程。有一个姊妹贴如下所示:
http://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=300088

2017年12月27日更新
有点挺后悔把这个工程当做我的毕设,建模的过程相当艰辛,没资料,没人讨论,没人指导,只能自己一点一点儿的摸索。
传函推导的帖子先删除了,等我找到更加正确的再贴上来。


2017年3月20日更新    

       断断续续搞了挺长的一段时间,从一开始了解反激电流馈电推挽拓扑,一直到现在给反激电流馈电正激拓扑做建模,中途过程太辛苦了。因为驱动的问题没再继续做反激电流馈电推挽拓扑,转而去研究它的正激版本。
       Ivo Barbi教授的论文pdf有三篇,我翻译了其中的反激电流馈电正激拓扑,并做了一些笔记还有Pspice仿真,把链接弄上来:
new flyback current fed push pull dcdc converter.pdf (230.92 KB, 下载次数: 173)
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 16:11:21
 
匆匆忙忙检查了一遍,可能还会有一些错误,希望各位看客帮我指出来,谢谢。
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-24 16:58:08
 
楼主的图片能不能排下顺序,我看的是左右两列的。。。看的头晕。

话说关于电流馈电推挽式拓扑之类的文章很少见,可能是应用的少的原因。但是不管是前级电流馈电部分是buck还是反激,都要求占空比最小50或者略大于50%(应该是您说的PWM重叠),这个除了您说的《开关电源设计》这本书提及外,鲜有文章提及。

在编辑标题栏区-- 附件右边有贴word的方法

QQ图片20160424165957.png

本帖最后由 hotdll 于 2016-4-24 17:02 编辑

chuyang888
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本网技师
  • 2016-4-24 17:00:26
 
不错 学习中
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 18:12:36
 
重新排了一下版,这下应该都是竖着的。
这个word功能,还是不能把图片正常的显示出来……
这种反激电流馈电推挽,我给的例子是工作在非重叠的,也就是最大占空比是50%,计算出最低占空比是22.5%。
开电设计在这一章节里面,有一句话我百思不得其解,
$V3EK$Y552`A)VJ4TFJ6Z~0.png
这一句话:By returning the flyback secondary and D3 to the input
as in Figure 5.19b, input current will never fall to zero but will ramp
up and down with the amplitude shown in Figure 5.20g and 5.20h.
This will reduce the size of the required RFI input filter greatly or may
even make it unnecessary.



意思是,“把反激次级通过D3接到输入的母线上面,那么输入电流将永远不会降到零,只不过会出现幅值上下连续变化的情况,这样可以减小RFI滤波器尺寸。”


把反激次级接到输入母线上面仅仅是将能量回馈给电源,比如回馈给最前面离线输入整流后的大电解上,既然管子关断了那输入电流肯定是维持零啊,这句话说输入电流不会下降到零,岂不是很奇怪……
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-24 18:53:07
 
我觉得他说的输入电流和您理解的输入电流应该不是一回事。
电流溃电部分用反激的我没做过,我做的是直接用电感模拟恒流源(类似buck)的推挽式ZVS,如果占空比小于50%,VDS的波形会出现尖峰。楼主推挽拓扑用25%的占空比,上个VDS波形。但是从原理上分析,和您这个没啥区别。
本帖最后由 hotdll 于 2016-4-24 21:01 编辑

埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 19:45:34
 
前面一章节的buck电流馈电+全桥,我还没仔细看。
但反激电流馈电这章节我前前后后翻了十几遍,硬是不相信那句话说的。
QQ截图20160424194125.png
D小于50%下,两个管子都关断,反激次级导通回馈给电源,这个输入电流,不管反激次级接在哪里,两个管子关断的时候都应该降到零才对啊。
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-24 20:01:29
 
不知道这个电路您实际做过没有?如果实际做过请上波形图。如果仅仅是分析,那么下面简单的分析下:
如果占空比小于50%,则死区时间内,两个MOS管子都会关断。反激电感DI/DT 会产生非常高的ΔU,这个电压加到MOS管子上,会产生米勒振荡。MOS管子会发烫,甚至烧毁。

如果占空比大于50%,则书上介绍的就没错,是您理解错了。

所谓电流馈电模式,您首先要把电源设为恒流源,您觉得恒流源负载能开路正常工作吗?
本帖最后由 hotdll 于 2016-4-24 20:06 编辑

埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 20:12:30
 
图一和图二都没做过,是理论分析、
对于图二,两个管子关断以后,不计漏感等因素,两个管子VDS上面电压应力是:(Np/Ns)(Vo+Vd)+(NLp/NLs)(Vdc+Vd)+Vdc,
可这跟电流是否下降到零有什么关系?管子关断了就是关断了。

目前主要问题是,作者所谓的输入电流是什么意思。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-24 20:14:39
 
作者这句话就是在D小于50%情况下说的。两个管子关断的时候,反激次级被钳位在比Vdc高一个二极管压降的电压,此时励磁的能量回馈给电源,这个意义上恒流源并没有开路。

本帖最后由 埃_维_针1 于 2016-4-24 20:17 编辑

hotdll
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本网技师
  • 2016-4-24 21:05:27
 
哈哈,以后不敢不去了解一种结构就随便发言了。

刚去啃了下反激电流馈电式推挽拓扑这章节。利用反激变压器箝位,实现占空比调节。

按照原书的理解,说的输入电流应该不是MOS的输入电流。而是指前级电容到Lp之间的线路上的电流,因为导通的时候,Lp存储能量,死区时间,LP对前级电容放电,回馈能量。从前级到LP之间的电流一直都没断,只有电流强度变化和方向变化。

埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-25 12:11:20
 
对对对,我就是这个意思。

nc965
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  • 2016-4-24 18:35:50
 
谢谢楼主,刚好最近在弄这个
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 08:00:47
 
是的,那真是一段痛苦的经历。
但掉了几个坑之后,自己也还是有些收获,虽然最后这个拓朴没有用成。
nc965
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  • 2016-4-25 08:37:07
 
请楼主多提供一些参考文献,并给出若干评价或结论,这次懒一把,坐享其成了。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-25 12:10:04
 
噗…………………………

我也是刚研究起这个拓扑,搞了三个星期还是有点懵,所以才发个帖让大伙儿评判评判。手头的资料就那本  开电…设计 ,还有俩IEEE的论文。

在这。 new flyback current fed push pull dcdc converter.pdf (230.92 KB, 下载次数: 222)
nc965
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  • 2016-4-25 16:16:53
 
A single-switch flyback-current-fed DC-DC converter,发现这一篇是反激+正激的类型,看了一半就不想看了。
这篇论文也麻烦下载一下,谢谢。
哦,已经在了。谢谢。
本帖最后由 nc965 于 2016-4-25 16:18 编辑

Coming.Lu
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  • 2016-4-25 16:35:34
 
这个拓朴,原理上还是可以行的。
只要处理好一些漏感能量和尖峰的问题。
我当时是用在低压输入,电流太大,不好处理吸收问题。
nc965
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  • 2016-4-25 16:37:03
 
关键是它有什么特色和优势?
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 17:09:05
 
如果是推挽的,优势就是驱动方便。
如果再加上重叠PWM的,那还有个优势:输入电流是连续的。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-25 19:33:13
 
有什么推挽驱动IC可以超过50%占空比的?书上说可以用分立器件做,那个论文我在IEEE找到了,下载要钱……
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 20:32:03
 
我当时是用SG3527反着用。
后来,还用单片机出。
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-25 21:29:57
 
我用的是STM8S单片机,成本低。

tornadojie
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高级工程师
  • 2018-7-20 19:13:06
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UCC28220可以出
nc965
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  • 2016-4-25 19:54:49
 
需要两个磁单元,是个遗憾。
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 20:33:02
 
也就相当于把次级的电感放到初级。
对于我当时的应用,输入电流较大,如果能电流连续,那是非常大的优势。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-25 22:02:11
 
D]MPS}(LIZ$MZ_5EWCRT90U.png
也就是右边的图。这两种电路,电感换个位置,波形差别好大的。
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 22:04:21
 
意思是,两边都有独立电感?
还是两边的电感,共用一个磁芯?
hotdll
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  • 2016-4-25 21:27:45
 
其实还有另外一种形式,用一个电感代替,占空比要大于50%,输入电流连续。

参考资料:
http://wenku.baidu.com/link?url=a6xwMer-iRtFh4LfOEZQBccdRYiBOtj2uw91XHCVzHfIfobVdKCtZy4x49A6_n_xSXph7xSe2DJQMqHj7j0I-SjWWx3UejFymXKqOll0gUm

Coming.Lu
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  • 2016-4-25 21:34:42
 
低压大电流输入的话,没有可用的电容。
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-25 21:29:08
 
电流馈电式ZVS,漏感是谐振回路的一部分,为什么会有尖峰?
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 21:36:52
 
楼主这个拓朴,没有谐振啊。
hotdll
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  • 2016-4-25 21:45:01
 
呵呵,真是晕了。

我做的是25楼链接类似的推挽拓扑,电流馈电,ZVS并联谐振。低压下效率和性能都不错。

Coming.Lu
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  • 2016-4-25 21:47:53
 
比如,12V输入,1000W,那个电容用什么电容。
hotdll
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本网技师
  • 2016-4-25 21:58:16
 
我的工作没接触过这么高功率,所以不敢胡掰。因为推荐的那个文章的电路我做过和研究过,故推荐一下。别无他意。

Coming.Lu
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  • 2016-4-25 22:05:05
 
那个电路,一般是做些点灯之类的,好像用得比较多。
hotdll
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  • 2016-4-25 22:12:09
 
这个电路我见过其他版本的,就是将输入的并联谐振电容改到次级。次级可以并联或者串联进行谐振,具体原理和计算我没有深究,我通常用到啥再去研究啥。
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 22:13:14
 
电容在次极,串联谐振的,我试过,还可以。
就是不知能不能调电压。
我当时只是试了开环的。
nc965
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  • 2016-4-26 07:32:43
 
还有啥变种?方便帖出来?
埃_维_针1
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  • 2017-1-20 21:26:25
 

啊没想到现在已经2017年了,但16年留下的摊子到现在都还没收拾。。。。最近期末考试结束,留在学校搞工程的同时顺便花了几天时间把那个正激+反激馈电的拓扑英语论文给翻译了过来,前后检查了很多次,尽量不出现致命错误。
这个文章有一个会议版本资料,里面的一些图片相对论文里面那些图片要高清一点,还有一些论文里没有的阐述和解释。

#陈旧文件删除#
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2017-3-20 22:04:55
 
原贴删了

思考了很久,发现之前的推导是有严重问题的,怕有不好的影响,先删除。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2017-3-21 12:40:08
  • 倒数10
 
可以使用matlab求状态空间小信号阶跃响应

指定了A B C ,用OLpoles=eig(A),sysOL=ss(A,B,C,0),step(sysOL)可以阶跃响应的波形。
埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2016-4-25 22:07:10
 
突然发觉400W的拓扑,反激变换器得用上EE55,这体积还是很巨大的。
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 22:09:08
 
400W还用反激,神人。
埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2016-4-25 22:34:07
 
理论上说这种反激电流馈电推挽应用功率在2KW以内,那反激的变压器岂不是得用EE110。
Coming.Lu
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  • 2016-4-25 22:37:26
 
其实,如果不是低电压输入的话,我觉得也没有必要用推挽。
搞个别的什么拓朴,应该也可以。
埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2016-4-25 22:39:57
 
像这种拓扑,不整个十几路的输出,就浪费了他的优势了,反正输出不用大电感。
Coming.Lu
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  • 2016-4-26 07:56:46
 
是的,它在多路输出,有那么点优势。
当时想用它,是看上这几点:
推挽适合低压大电流,输入电流连续输入电容可以舒服点。

boy59
  • boy59
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  • 2016-4-26 07:27:32
 
Saber仿了一下33楼的电路(b)如下图
电路原理图.jpg
这个电路的直流增益为Uo/Ui=D/(1-D)同反激电路一样(属Buck-Boost类型可升压可降压)。
不同之处:
1 当占空比≤50%时电路等效一个Buck电路(直流增益不同),输出电流是“连续”的。
2 当占空比≥50%时电路等效一个Boost电路,输入电流是“连续”的。
3 功率传递不像反激那样完全依靠电感储能,电感可以小一些有成本优势(越接近50%占空比所需电感越小)。
综上好像这个电路用于有隔离要求的宽范围输入、输出的场合比较不错。

埃_维_针1
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  • 2016-4-26 08:36:52
 
QQ截图20160426083305.png
这个是论文里面给的图,一目了然啊,特别是D=0.5的时候,无论重载轻载都是CCM buck。
boy59
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  • 2016-4-26 16:57:43
 
这个图也说明的这个电路的直流增益为Uo/Ui=D/(1-D),如果用Uo/Ui 替代Vo代入图中的参数D得:
D=0.1        Vo=0.1/(1-0.1)=0.11
D=0.5        Vo=0.5/(1-0.5)=1
D=0.6        Vo=0.6/(1-0.6)=1.5
D=0.7        Vo=0.7/(1-0.7)=2.3
D=0.8        Vo=0.8/(1-0.8)=4
当D=0.5时根据其特性称作直通是不是更形象些,这个图中的横坐标Io表示的是什么意义?或者能否告知这个图是如何绘制的?
埃_维_针1
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  • 2016-4-26 17:53:55
 
Io应是指输出电流。
15楼我贴了这论文的pdf,您可以看一下。
boy59
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  • 2016-4-26 22:20:32
 
谢楼主资料分享!!
boxing.jpg
这是参照资料绘制的部分曲线图,另一方关于电流模式的LLC资料也相当不错
nc965
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版主
  • 2016-4-27 06:58:07
 
谢谢,使劲学。
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2016-4-30 21:01:06
 
最近课太多,今天放假就抓紧时间琢磨那俩变压器怎么绕。
推挽初级电流有40A,得用铜带。
IMG_20160428_230510.jpg
三明治结构如图所示,同时导通的绕组放在一侧,每个初级半绕组分成两个铜带来绕,并夹住次级。那mmf是磁动势,按书上说的有效层数应该是1.5层。今儿下午试着绕了一下。
IMG_20160429_213041.jpg
看来EE42是绕不下的…………铜带至少得用十多根1mm的线引出来,焊点太大,窗口绕不下了,只能换大一号的磁芯或者改变绕法。想了一会,就把绕组改成这样。
IMG_20160429_152420.jpg
每一路输出次级就用一个绕组,整流用全桥。那原理图就改成这样了:
QQ截图20160430205732.png

绕了一个下午,深知自己绕变压器水平还没到家,用EE42绕了半天还是没绕完就满了。看来只好到淘宝上定做一个用EE55的。
简减10
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本网技工
  • 2017-3-23 01:19:12
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刚注册,进来看看
hemu
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本网技工
  • 2018-5-16 14:10:07
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只看了第一个图,请教楼主及各位大侠:
第一个图在计算反激输入功率时,推免最小占空比为0.225时,反激占空比为1-0.225*2=0.55,楼主计算第一路输入最大功率 P1=4.58*(24+1)÷0.9=127.2W,依次计算得第二路P2=62.07W 第三路P3=62.36; 总功率P=127.2W+62.07W+62.36W=251.63W;在前面推免最大占空比为0.375时,楼主计算的推免最大功率为:400÷0.9*0.75=333.11,反激功率为444.44-333.33=111.11;为什么推免最小占空比0.225时不可以这样计算?这样计算的推免最小占空比时反激最大功率为;400÷0.9*0.55=244.44W;比251.63W要小;这两个哪个是正确的?谢谢!
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-16 20:10:34
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我的计算是有误的。
下面是仿真结果

搜狗截图18年05月16日2003_1.png
搜狗截图18年05月16日2007_2.png


给您仿真文件,SIMetrix/SIMPLIS 8.0
测试.zip (10.73 KB, 下载次数: 16)
hemu
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本网技工
  • 2018-5-17 14:55:42
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学习中,谢谢楼主!
Feling
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  • 2018-9-15 11:00:29
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结论是那种线路合适呢?300W内直接用个push-pull应该也不错吧

埃_维_针1
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  • 2018-9-15 11:38:12
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是的。
Feling
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  • 2018-9-15 17:02:23
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闭环不是效率低 吗

埃_维_针1
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副总工程师
最新回复
  • 2018-9-16 08:29:46
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这种线路,以前有应用,比如TI的一款通讯电源,现在用得少了,几乎没有。是否形成反馈跟效率关系貌似不大。
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