CN110611443A - 电源供应系统及电源转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源供应系统及电源转换器，电源供应系统包含多个电源转换器，其中电源转换器的输出端彼此电性耦接。电源转换器包含整流单元、第一升压模块、启动回路、第二升压模块、第一开关及控制单元。控制单元电性耦接整流单元、第一升压模块及第一开关。第二升压模块接收第三电压后，第二升压模块通过第一开关输出第四电压至第一升压模块，当控制单元接收第一电压达预定时间时，控制单元截止第一开关进而停止将第四电压输出至第一升压模块。借此，当电源转换器没有正常工作时可将第一开关截止，从而避免从启动回路抽取电力，导致启动回路承受高压而烧毁。

Description

电源供应系统及电源转换器
技术领域
本发明是有关于一种电源供应系统及电源转换器，且特别是关于一种具有保护功能的电源供应系统及电源转换器。
背景技术
在现有技术中，电源供应系统包含多个电源转换器可以不同形式连结并供应电力给负载。然而，因为电源供应器输出电压存在5％的误差，常常会出现电源供应系统中的电源转换器供应电力不平均的现象，造成部分电源转换器的输出电力异常。
当电源转换器的输出电力异常发生时，可能发生负载通过电源转换器的输出端回灌电压，导致电源转换器内部设计的回授侦测异常，造成控制晶片(如微处理器、中央处理单元)或是功能模块(如升压模块)停止动作。此时，电源转换器的启动回路会因为不断尝试启动控制晶片而承受高压，造成启动回路的元件(如电阻)因为承受不住高压导致烧毁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源供应系统，该系统当电源转换器没有正常工作时可将第一开关截止，从而避免从启动回路抽取电力，导致启动回路承受高压而烧毁。
本发明的一方面为一种电源供应系统。电源供应系统包含多个电源转换器，其中电源转换器各自的输出端彼此电性耦接，其中电源转换器各自包含整流单元、第一升压模块、启动回路、第二升压模块、第一开关以及控制单元。整流单元产生第一电压。第一升压模块电性耦接整流单元，第一升压模块根据第一电压产生第二电压。启动回路电性耦接第一升压模块，且启动回路根据第二电压提供第三电压。第二升压模块电性耦接启动回路，且第二升压模块根据第三电压产生第四电压。第一开关电性耦接于第一升压模块及第二升压模块，并将第二升压模块所提供第四电压选择性地导通至第一升压模块。控制单元电性耦接整流单元、第一升压模块及第一开关。第二升压模块接收第三电压后，第二升压模块通过第一开关输出第四电压至第一升压模块，当控制单元接收第一电压达预定时间时，控制单元截止第一开关进而停止将第四电压输出至第一升压模块。
在一实施例中，第一升压模块包含第一控制单元、第一储能元件以及第二开关，第一储能元件用以储存电力并产生第二电压，第一控制单元根据第四电压而启动，当第一控制单元启动时，第一控制单元控制第二开关使第一升压模块输出第一转换电压。
在一实施例中，电源供应系统还包含变压器绕组，当第一升压模块输出第一转换电压时，变压器绕组产生第五电压。第二升压模块包含第二控制单元，第二控制单元根据第五电压而启动，当第二控制单元启动时使第二升压模块输出第二转换电压。
在一实施例中，当变压器绕组产生第五电压时，第五电压输出至第一控制单元，并由第五电压取代第四电压维持第一控制单元启动，使第一升压模块输出第一转换电压。
在一实施例中，启动回路包含启动电阻，启动电阻电性耦接第一升压模块的第一储能元件，第一储能元件通过启动电阻将第二电压转为第三电压，并提供第三电压至第二升压模块。
在一实施例中，第二升压模块还包含第一单向隔离元件以及第二单向隔离元件。第一单向隔离元件电性耦接变压器绕组及第一控制单元。第二单向隔离元件，电性耦接变压器绕组及第二控制单元。第一单向隔离元件及第二单向隔离元件用以防止电流回流至变压器绕组。
在一实施例中，控制单元包含延迟电路，延迟电路还包含第一电阻、第二电阻以及第二储能元件。第一电阻的第一端电性耦接整流单元以接收第一电压。第二电阻的第一端电性耦接第一电阻的第二端。第二储能元件的第一端耦接第二电阻的第一端，第二储能元件的第二端耦接第二电阻的一第二端。当第一电阻接收第一电压达预定时间时，第二储能元件的第一端充电至高电位将第一开关关断。
本发明的另一方面为一种电源转换器。电源转换器包含整流单元、第一升压模块、启动回路、第二升压模块、第一开关以及控制单元。整流单元产生第一电压。第一升压模块电性耦接整流单元，第一升压模块根据第一电压产生第二电压。启动回路电性耦接第一升压模块，启动回路根据第二电压提供第三电压。第二升压模块电性耦接启动回路，第二升压模块根据第三电压产生第四电压。第一开关电性耦接于第一升压模块及第二升压模块，并将第二升压模块所提供第四电压选择性地导通至第一升压模块。控制单元电性耦接整流单元、第一升压模块及第一开关。第二升压模块接收第三电压后，第二升压模块通过第一开关输出第四电压至第一升压模块，当控制单元接收第一电压达预定时间时，控制单元截止第一开关进而停止将第四电压输出至第一升压模块。
在一实施例中，第一升压模块包含第一控制单元以及第二开关，第一控制单元根据第四电压而启动，当第一控制单元启动时，第一控制单元控制第二开关使第一升压模块输出第一转换电压。
在一实施例中，电源转换器还包含变压器绕组，当第一升压模块输出第一转换电压时，变压器绕组产生第五电压。其中第二升压模块包含第二控制单元，第二控制单元根据第五电压而启动，当第二控制单元启动时使第二升压模块输出第二转换电压，当变压器绕组产生第五电压时，第五电压输出至第一控制单元，并由第五电压取代第四电压维持第一控制单元启动，使第一升压模块输出第一转换电压。
综上所述，本发明的电源供应系统及电源转换器，可依据实际需求设置于不同的高瓦特数系统中，第一升压模块及第二升压模块工作停止时，因为第一开关截止造成连结中断，所以启动回路无法继续启动升压模块，进而保护启动回路的元件。
附图说明
图1绘示一种电源供应系统架构图。
图2绘示根据本发明的一实施例绘示一种电源转换器的功能方块图。
图3绘示根据本发明的一实施例绘示一种电源转换器的电路图。
图4绘示根据本发明的一实施例绘示一种电源转换器的启动路径示意图。
图5绘示根据本发明的一实施例绘示一种电源转换器的启动后路径示意图。
图6绘示根据本发明的一实施例绘示一种电源转换器的输出异常的保护路径示意图。
具体实施方式
下文是举实施例配合所附附图作详细说明，以更好地理解本发明的各方面，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
图1为依照本发明的部分实施例所绘示电源供应系统100的方块图，电源供应系统100包含多个电源转换器110，其中这些电源转换器110的输出端彼此耦接，且同时输出电力至负载300。当负载工作所需的输入功率达到最大额定值时，电源转换器110将以额定最大功率的电力输出至负载300。因为在电源供应系统100中，因为每台电源转换器110各自具有最大输出额定值，所以每台电源转换器110用各自的最大额定功率值输出至负载300。
电源供应系统100用来供电给负载300时，因为其中电源转换器110所供应的输出电压在一般设计上存在±5％的误差。在一般应用中，电源转换器110内部包含启动装置及升压模块等。升压模块等功能模块还包含控制晶片(如中央处理单元、微处理器或电源集成电路)。电源供应系统100当中的多个电源转换器110由于彼此设计上的误差使得各自输出的电压并不一定相同，可能存在一部分电源转换器110的输出电压偏下限(例如偏向-5％)，另一部分电源转换器110的输出电压则偏向上限(例如偏向+5％)，如此一来，负载300的输出端点(例如来自其他输出电压偏上限的电源转换器110)将回灌电压至输出电压偏下限的电源转换器110，导致输出电压偏下限的电源转换器110的内部部分功能模块(如升压模块)的控制晶片无法正常工作。电源转换器110中的启动装置用以传送电力启动升压模块中的控制晶片。当电源转换器110的控制晶片没有正常工作时，控制晶片将通过启动装置不断抽取电力，导致启动装置承受高压而烧毁。以下将继续详述本发明保护电源转换器110中的启动装置的说明。
图2绘示根据本发明的图1当中电源供应系统100其中一个电源转换器110的功能方块图。电源供应系统100包含多个电源转换器110。其中电源转换器110各自的输出端彼此电性耦接，电源转换器110各自包含整流单元111、第一升压模块112、启动回路113、第二升压模块114、第二控制单元114a、电压转换电路114b、第一开关115、控制单元116及变压器绕组117。
图3绘示根据本发明的图2当中电源供应系统100其中一个电源转换器110的电路图。如图3所示，整流单元111可为任何具有将交流电源200转换成直流电源的整流器，如半波整流器、全波整流器、半桥整流器、全桥整流器或是其他相关组合的整流器。其中整流单元111转换交流电源200的输入而产生第一电压V1。整流单元111产生的第一电压V1经过第一升压模块112后，可以对第一储能元件112c充电。
在一般应用中，如图3所示，第一储能元件112c及第二储能元件116c可为具有充放电功能的元件或组件。本发明皆以电容器作为示例，但不以此为限。
在部分实施例中，如图3所示，控制单元116耦接整流单元111。控制单元116接收整流单元111输出的第一电压V1达一段时间后，根据第一电压V1控制第一开关115选择性导通或截止。
请参阅图3，控制单元116包含延迟电路。控制单元116中的延迟电路由第一电阻116a、第二电阻116b及第二储能元件116c所构成。第一电阻116a的第一端电性耦接整流单元111并接收第一电压V1。第二电阻116b的第一端电性耦接第一电阻116a的第二端。第二储能元件116c的第一端耦接第二电阻116b第一端，第二储能元件116c的第二端耦接第二电阻116b的第二端。其中，当第一电阻116a接收第一电压V1并对第二储能元件116c充电。当第一电阻116a接收第一电压V1达到预定时间时，第二储能元件116c的第一端从低电位充电至高电位，使得第一开关115的栅极为高电位。
在一般应用中，第一开关115可为功率半导体如金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或双极面结型晶体管(BJT)等。本发明以金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)作为示例，但不以此为限。
请参阅图3，第一开关115的栅极耦接控制单元116。第一开关115的源极耦接变压器绕组117。在此实施例中，第一开关115可以是P型功率半导体(如P型MOSFET)，也就是低电压导通的开关元件，但不以此为限。当第一开关115的栅极电压小于门槛电压(Vth)，则第一开关115为导通状态。反之，当第一开关115的栅极电压大于门槛电压(Vth)，则第一开关115为截止状态。
请参阅图2及图3，第一升压模块112耦接整流单元111。第一升压模块112包含第一控制单元112a、第二开关112b及第一储能元件112c。如果第一控制单元112a被启动时，第一控制单元112a可以控制第二开关112b，切换第二开关112b的开关状态，使第一升压模块112输出第一转换电压U1。
反之，如果第一控制单元112a没有被启动，第一控制单元112a不会切换第二开关112b的开关状态，此时，使第一升压模块112将不会产生第一转换电压U1。请一并参阅图4，图4绘示根据本发明的图3当中电源转换器110的启动流程图。如图3及图4所示，当电源转换器110在启动过程中，在初始的状态下，第一控制单元112a还没有被启动，所以第一控制单元112a尚不会切换第二开关112b的开关状态。第一升压模块112对整流单元111的第一电压V1进行滤波后，第一电压V1对第一储能元件112c充电，第一储能元件112c产生第二电压V2。第一升压模块112产生的第二电压V2输出至启动回路113。
如图3及图4所示，启动回路113包含启动电阻113a。第一储能元件112c耦接启动电阻113a。第一储能元件112c被充电一段时间后，第一储能元件112c通过启动电阻113a提供第三电压V3至第二升压模块114。
如图3及图4所示，第二升压模块114电性耦接启动回路113，第二升压模块114包含第二控制单元114a、电压转换电路114b、第一单向隔离元件114c及第二单向隔离元件114d。第二控制单元114a根据第三电压V3产生第四电压V4。如图3所示，因为启动电阻113a耦接第二升压模块114中的第二控制单元114a，所以第二控制单元114a用以接收第三电压V3。如图4所示，当第三电压V3启动第二控制单元114a时，第二控制单元114a传送第四电压V4给第一开关115。
如图2及图3所示，第一开关115电性耦接于第一升压模块112及第二升压模块114之间，并用以将第二升压模块114所提供第四电压V4选择性地导通至第一升压模块112。第一开关115选择性地导通或截止，并借此传送第四电压V4或截止第四电压V4的传送。
如图3所示，在第二升压模块114启动之前，第一开关115的栅极电压会通过第二电阻116b以及第二储能元件116c耦接至接地端且第二储能元件116c尚未充电至高电位，所以第一开关115的栅极电压低于门槛电压(Vth)，因此第一开关115为导通状态。
当第二控制单元114a刚启动并输出第四电压V4时，因为第二储能元件116c尚未充电至高电位，第一开关115为导通。如图4所示，当第一开关115导通时，第一开关115根据第二控制单元114a输出的第四电压V4给第一升压模块112。
如图2及图3所示，因为第一升压模块112中的第一控制单元112a与第一开关115耦接，当第一控制单元112a通过第一开关115接收第四电压V4之后，第一控制单元112a被启动。第一控制单元112a开始控制第二开关112b，使得第一升压模块112输出第一转换电压U1。
图5绘示根据本发明的图3当中电源转换器110启动后的流程图。请参阅图3及图5，当第一升压模块112输出第一转换电压U1给第二升压模块114时，变压器绕组117产生第五电压V5。
如图3及图5所示，当变压器绕组117产生第五电压V5时，控制单元116中的第一电阻116a接收第一电压V1并对第二储能元件116c充电达到预设时间，第二储能元件116c被充电至高电位，使得第一开关115的栅极电压高于门槛电压(Vth)，所以第一开关115呈现截止状态。此时第二控制单元114a无法通过第一开关115传送第四电压V4给第一升压模块112。
在本发明中，电压转换电路114b包含变压器绕组117作为示例，但不以此做为限制。此外，在本发明中变压器绕组117可为隔离型变压器或其他具有绕组的变压器。
如图3所示，第二升压模块114还包含第一单向隔离元件114c及第二单向隔离元件114d。第一单向隔离元件114c电性耦接变压器绕组117及第一控制单元112a。第二单向隔离元件114d电性耦接变压器绕组117及第二控制单元114a。其中第一单向隔离元件114c及第二单向隔离元件114d用以防止电流回流至变压器绕组。因为电流无法回流至变压器绕组117及第一开关115截止，使得第二控制单元114a与第一控制单元112a完全隔离，第四电压V4也无法通过变压器绕组的回路或是第一开关115从第二控制单元114a传送至第一控制单元112a。
如图3及图5所示，当第一开关115截止时，变压器绕组117通过第一单向隔离元件114c及第三单向隔离元件118传送第五电压V5给第一控制单元112a。并由第五电压V5取代第四电压V4维持第一控制单元112a启动，使第一升压模块112持续输出第一转换电压U1。
如图3及图5所示，变压器绕组117通过第一单向隔离元件114c及第二单向隔离元件114d传送第五电压V5给第二控制单元114a。第二控制单元114a根据第五电压V5而启动，当第二控制单元114a启动时，开始控制电压转换电路114b，使得第二升压模块114输出第二转换电压U2给负载300。
如图3及图5所示，当变压器绕组117输出的第五电压V5同时供电给第一控制单元112a及第二控制单元114a时，启动电阻113a停止供电给第二控制单元114a。
如图1所示，当其中一个电源转换器110的输出电压发生异常时，因为负载300的端点电压高于电源转换器110的输出电压，使得负载300通过电源转换器110的输出端逆灌电压给电源转换器110的内部。
图6绘示根据本发明的图3当中电源转换器110输出异常的保护流程图。请一并参阅图3及图6，当电压转换器110输出异常时，因为负载300的逆灌电压U3，使得变压器绕组117的第五电压V5瞬间提高。第一控制单元112a因为承受不住被逆灌电压U3提高的第五电压V5而关闭。
如图6所示，当第一控制单元112a关闭时，第一控制单元112a也停止控制第二开关112b。因此，第一升压模块112停止输出第一转换电压U1。因此，第一转换电压U1逐渐降低。
如图6所示，当第一转换电压U1逐渐降低时，第二升压模块114的电压转换电路114b被截止并逐渐停止输出第二转换电压U2。此时，逆灌电压U3不会从电源转换器110的输出端输入且第二转换电压U2持续减弱，所以变压器绕组117的输出第五电压V5开始逐渐减弱直到变压器绕组117的第五电压V5不足以启动第二控制单元114a。
如图3及图6所示，当变压器绕组117的第五电压V5不足以启动第二控制单元114a时，第二控制单元114a开始通过启动电阻113a，从第一储能元件112c抽取电力。
如图3及图6所示，当第二控制单元114a开始通过启动电阻113a抽取电力时，第二控制单元114a逐渐停止控制电压转换路114b，使得电压转换电路114b中的变压器绕组117输出的第五电压V5继续降低。
如图3及图6所示，变压器绕组117的第五电压V5在降低过程中，因为第二储能元件116c尚未通过第二电阻116b对接地端放电，使得第一开关115的栅极电压高于门槛电压(Vth)，所以第一开关115仍然呈现截止状态。第二控制单元114a与第一控制单元112a还是完全隔离，第四电压V4无法从第二控制单元114a传送至第一控制单元112a。
综上所述，第一开关115仍然维持截止状态下，第二控制单元114a因为无法供应第四电压V4至第一控制单元112a，所以可以防止第二控制单元114a不断地通过启动电阻113a从第一储能元件112c抽取电力。启动电阻113a也不会承受高压。所以，当电源转换器110输出异常造成负载300逆灌电压U3发生时，启动电阻113a不会承受高压而烧毁。
当交流电源200停止供电，整流单元111输出的第一电压V1降为零时，因为第二储能元件116c通过第二电阻116b对接地端持续放电至低电位，使得第一开关115的栅极电压低于门槛电压(Vth)，让第一开关115重新呈现导通状态。第二控制单元114a可以通过第一开关115传送第四电压V4给第一控制单元112a。此时，请参阅图4，电源转换器110重新执行如以上所述的启动的流程。
此外，在不冲突的情况下，在本发明各个附图、实施例及实施例中的特征与电路可以相互组合。附图中所绘示的电路仅为示例的用，是简化以使说明简洁并便于理解，并非用以限制本发明。
此外，本领域技术人员当明白，在各个实施例中，各个电路单元可以由各种类型的数字或模拟电路实现，亦可分别由不同的集成电路晶片实现。各个元件亦可整合至单一的集成电路晶片。上述仅为例示，本发明并不以此为限。电子元件如电阻、电容、二极管、光耦合器等等，皆可由各种适当的器件。举例来说二极管可根据需求选用或其他各种类型的晶体管实作。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种电源供应系统，其特征在于，所述电源供应系统包含：
多个电源转换器，其中所述多个电源转换器各自的输出端彼此电性耦接，其中所述多个电源转换器各自包含：
整流单元，产生第一电压；
第一升压模块，电性耦接所述整流单元，所述第一升压模块根据所述第一电压产生第二电压；
启动回路，电性耦接所述第一升压模块，所述启动回路根据所述第二电压提供第三电压；
第二升压模块，电性耦接所述启动回路，所述第二升压模块根据所述第三电压产生第四电压；
第一开关，电性耦接于所述第一升压模块及所述第二升压模块，并将所述第二升压模块所提供所述第四电压选择性地导通至所述第一升压模块；以及
控制单元，电性耦接所述整流单元、所述第一升压模块及所述第一开关；
其中所述第二升压模块接收所述第三电压后，升压模块通过所述第一开关输出所述第四电压至所述第一升压模块，当所述控制单元接收所述第一电压达预定时间时，所述控制单元截止所述第一开关，进而停止将所述第四电压输出至所述第一升压模块。
2.如权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于，所述第一升压模块包含第一控制单元、第一储能元件以及第二开关，所述第一储能元件用以储存电力并产生所述第二电压，所述第一控制单元根据所述第四电压而启动，当所述第一控制单元启动时，所述第一控制单元控制所述第二开关使所述第一升压模块输出第一转换电压。
3.如权利要求2所述的电源供应系统，其特征在于，还包含：
变压器绕组，当所述第一升压模块输出所述第一转换电压时，所述变压器绕组产生第五电压；
其中所述第二升压模块包含第二控制单元，所述第二控制单元根据所述第五电压而启动，当所述第二控制单元启动时使所述第二升压模块输出第二转换电压。
4.如权利要求3所述的电源供应系统，其特征在于，当所述变压器绕组产生所述第五电压时，所述第五电压输出至所述第一控制单元，并由所述第五电压取代所述第四电压维持所述第一控制单元启动，使所述第一升压模块输出所述第一转换电压。
5.如权利要求2所述的电源供应系统，其特征在于，所述启动回路包含启动电阻，所述启动电阻电性耦接所述第一升压模块的所述第一储能元件，所述第一储能元件通过所述启动电阻将所述第二电压转为所述第三电压，并提供所述第三电压至所述第二升压模块。
6.如权利要求5所述的电源供应系统，其特征在于，所述第二升压模块还包含：
第一单向隔离元件，电性耦接所述变压器绕组及所述第一控制单元；以及
第二单向隔离元件，电性耦接所述变压器绕组及所述第二控制单元；
其中所述第一单向隔离元件及所述第二单向隔离元件用以防止电流回流至所述变压器绕组。
7.如权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于，所述控制单元包含延迟电路，所述延迟电路还包含：
第一电阻，其中所述第一电阻的第一端电性耦接所述整流单元以接收所述第一电压；
第二电阻，其中所述第二电阻的一第一端电性耦接所述第一电阻的第二端；以及
第二储能元件，所述第二储能元件的第一端耦接所述第二电阻的所述第一端，所述第二储能元件的第二端耦接所述第二电阻的第二端；
其中，当所述第一电阻接收所述第一电压达所述预定时间时，所述第二储能元件的所述第一端充电至高电位将所述第一开关关断。
8.一种电源转换器，其特征在于，所述电源转换器包含：
整流单元，用以产生第一电压；
第一升压模块，电性耦接所述整流单元，所述第一升压模块根据所述第一电压产生第二电压；
启动回路，电性耦接所述第一升压模块，所述启动回路根据所述第二电压提供第三电压；
第二升压模块，电性耦接所述启动回路，所述第二升压模块根据所述第三电压产生第四电压；
第一开关，电性耦接于所述第一升压模块及所述第二升压模块，并将所述第二升压模块所提供所述第四电压选择性地导通至所述第一升压模块；以及
控制单元，电性耦接所述整流单元、所述第一升压模块及所述第一开关；
其中所述第二升压模块接收所述第三电压后，升压模块通过所述第一开关输出所述第四电压至所述第一升压模块，当所述控制单元接收所述第一电压达预定时间时，所述控制单元截止所述第一开关，进而停止将所述第四电压输出至所述第一升压模块。
9.如权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，所述第一升压模块包含第一控制单元以及第二开关，所述第一控制单元根据所述第四电压而启动，当所述第一控制单元启动时，所述第一控制单元控制所述第二开关使所述第一升压模块输出第一转换电压。
10.如权利要求9所述的电源转换器，其特征在于，还包含：
变压器绕组，当所述第一升压模块输出所述第一转换电压时，所述变压器绕组产生第五电压；
其中所述第二升压模块包含第二控制单元，所述第二控制单元根据所述第五电压而启动，当所述第二控制单元启动时使所述第二升压模块输出第二转换电压，当所述变压器绕组产生所述第五电压时，所述第五电压输出至所述第一控制单元，并由所述第五电压取代所述第四电压维持所述第一控制单元启动，使所述第一升压模块输出所述第一转换电压。
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