CN112532098B - 一种交流变换器及其变换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流变换器，包括相互连接的控制芯片和CPLD模块，CPLD模块分别与上、下半桥驱动器连接，上半桥驱动器连接至上半桥开关模块，下半桥驱动器连接至下半桥开关模块，上半桥开关模块和下半桥开关模块的输出端差分连接后均连接至滤波模块，上、下半桥开关模块的两个输出电压波形幅值相等、相位相差180°，控制芯片用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块；CPLD模块用于分别对应输出上、下半桥SPWM信号给上、下半桥驱动器，上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。与现有技术相比，本发明能够降低输出电压波形的失真度，本发明交流变换器中不设置变压器，具有体积小、重量轻、功率密度大的优点。

Description

一种交流变换器及其变换方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，尤其是涉及一种交流变换器及其变换方法。
背景技术
在电气测试过程中，往往需要由交流正弦电压源提供纯正弦的交流激励信号，且在某些测试场合，对交流正弦电压源的失真度和体积均具有比较严格的要求。比如高压电机局部放电和介质损耗现场测试，由于安全和场地原因，体积较大的电压源无法进行放置，而现有的交流电压源大多体积庞大、重量大，其携带和使用均不是很方便。
对于实验室科研院所，由于场所空间小、实验设备密集，不仅无法放置体积庞大的交流电压源，并且科研实验对交流电压源的失真度要求更加复杂，有的实验需要纯正正弦波，有的实验则需要刻意增加谐波含量，现有的交流电压源往往无法同时满足这些复杂的要求，而满足这种需求的电源都是由AC/AC变换实现的交流变换器，为了保证隔离和滤波效果，现有的交流变换器内部还会加装变压器，这就进一步增加了交流变换器的体积、重量和成本。
交流转换器是将交流的电气波形转换为另一种交流电气波形的设备，输出电压和频率均可任意调整，其研究对象主要是逆变部分。现有的交流变换器逆变拓扑结构有全桥拓扑结构、半桥拓扑结构和推挽拓扑结构。其中，全桥拓扑是最常用的拓扑结构，四个开关管交替工作，输出容量大，常用于大功率场合；半桥拓扑结构有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成，负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间，驱动电路简单；推挽拓扑结构则采用两个参数相同的器件，以推挽方式存在于电路中，输出级有两个“臂”(两组放大元件)，一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流减小，二者的状态轮流转换，输出级有两个器件，始终处于一个导通、一个截止的状态，两个器件推挽相连。
然而，全桥拓扑结构驱动电路复杂，并且由于死区时间、开关管特性不一致等原因使得输出电压中不可避免含有直流分量；半桥拓扑结构简单，但负载两端得到的电压较低，仅为直流电源电压的一半，并且直流侧需采用两个电容器串联来均压，输出功率低，功率开关管集电极电流大，半桥拓扑结构只能应用在几千瓦以下的小功率设备中；推挽式拓朴结构简单，两个功率管可共地驱动，可以输出大容量的功率，但功率管承受开关电压为2倍的直流电压，电压尖峰数值大，仅适合应用于直流母线电压较低的场合，另外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。为了消除直流分量和稳定电压，以上三种拓扑结构输出端都要接变压器，变压器的存在一方面会导致功率密度降低和频率变化范围减小，另一方面则直接增加了体积、重量和成本，不便于携带和使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交流变换器及其变换方法，既能满足输出电压的失真度要求，同时能够减小交流变换器的体积与重量、提高功率密度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种交流变换器，包括相互连接的控制芯片和CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)模块，所述CPLD模块分别与上半桥驱动器、下半桥驱动器连接，所述上半桥驱动器连接至上半桥开关模块，所述下半桥驱动器连接至下半桥开关模块，所述上半桥开关模块和下半桥开关模块的输出端差分连接后均连接至滤波模块，所述上半桥开关模块的输出电压波形与下半桥开关模块的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，所述控制芯片用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块；
所述CPLD模块用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器，所述上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。
进一步地，所述CPLD模块包括上半桥信号发生单元和下半桥信号发生单元，所述上半桥信号发生单元连接至上半桥驱动器，所述下半桥信号发生单元连接至下半桥驱动器，所述上半桥信号发生单元用于输出上半桥SPWM信号，所述下半桥信号发生单元用于输出下半桥SPWM信号。
进一步地，所述上半桥信号发生单元包括第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组、第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，所述第一时钟寄存器的输出端分别连接至第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一PWM寄存器组的输出端连接至第一控制器，所述第一控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的上半桥控制信号，所述第一控制器按照预设逻辑从第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组分别读取上半桥控制信号，并将读取的上半桥控制信号输出给上半桥PWM波形发生器，以生成上半桥SPWM信号。
进一步地，所述下半桥信号发生单元包括相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组、第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，所述相位寄存器的输出端连接至下半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器的输出端分别连接至第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述第二PWM寄存器组的输出端连接至第二控制器，所述第二控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的下半桥控制信号，所述相位寄存器用于写入控制芯片输出的波形相位调整信号，所述第二控制器按照预设逻辑从第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组读取上半桥控制信号、从相位寄存器读取波形相位调整信号，并将读取的信号输出给下半桥PWM波形发生器，以生成下半桥SPWM信号。
进一步地，所述CPLD模块内设置有总线接口，所述总线接口与控制芯片连接。
进一步地，所述上半桥开关模块包括第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极分别与上半桥驱动器连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的发射极连接至滤波模块，所述第二IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块。
进一步地，所述下半桥开关模块包括第三IGBT和第四IGBT，所述第三IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别与下半桥驱动器连接，所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极连接至滤波模块，所述第四IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块。
进一步地，所述IGBT的开关频率大于或等于100kHz。
进一步地，所述滤波模块包括共模电感、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容和第二滤波电容分别与共模电感连接。
一种交流变换器的变换方法，包括以下步骤：
S1、控制芯片输出上半桥控制信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的上半桥SPWM信号；
S2、控制芯片输出下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的下半桥SPWM信号，下半桥SPWM信号与上半桥SPWM信号相互对称；
S3、上半桥驱动器根据上半桥SPWM信号，驱动上半桥开关模块输出对应的上半桥电压波形；
下半桥驱动器根据下半桥SPWM信号，驱动下半桥开关模块输出对应的下半桥电压波形；
其中，上、下半桥电压波形的幅值相等、相位相差180°；
S4、对上、下半桥电压波形进行差分处理，之后对差分处理后的电压波形进行滤波，输出得到交流正弦电压波形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明采用单相半桥差分对称拓扑结构，以构建一种交流变换器，该交流变换器通过上下两个半桥电路对称工作，利用CPLD模块进行波形相位调整，能够输出两个大小相等、相位相差180°的电压波形，以此能够有效地抵消直流分量、降低输出电压总谐波失真度，此外，该交流变换器中省去了变压器，以此能够提供高功率密度、减小整个交流变换器的体积和重量，便于实际中的携带和使用。
二、本发明通过在CPLD模块中设置上下半桥信号发生单元，并通过波形相位调整，使得下半桥信号发生单元输出的下半桥SPWM信号与上半桥信号发生单元输出的上半桥SPWM信号相互对称，结合设置的上半桥开关模块和下半桥开关模块，利用IGBT载波频率高的特点，使得输出波形的频率范围更宽，通过滤波模块进行高频滤波，能够进一步减少输出电压的谐波含量。
附图说明
图1为本发明的交流变换器的结构示意图；
图2为实施例中交流变换器的电路结构示意图；
图3为CPLD模块的结构示意图；
图4a为上半桥电路结构示意图；
图4b为上半桥输出电压波形图；
图5a为下半桥电路结构示意图；
图5b为下半桥输出电压波形图；
图6为本发明输出的电压波形图
图中标记说明：1、控制芯片，2、CPLD模块，3、上半桥驱动器，4、下半桥驱动器，5、上半桥开关模块，6、下半桥开关模块，7、滤波模块，21、上半桥信号发生单元，22、下半桥信号发生单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，一种交流变换器，一种交流变换器，包括相互连接的控制芯片1和CPLD模块2，CPLD模块2分别与上半桥驱动器3、下半桥驱动器4连接，上半桥驱动器3连接至上半桥开关模块5，下半桥驱动器4连接至下半桥开关模块6，上半桥开关模块5和下半桥开关模块6的输出端差分连接后均连接至滤波模块7，上半桥开关模块5的输出电压波形与下半桥开关模块6的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，控制芯片1用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块2；
CPLD模块2用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器3、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器4，上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称。
其中，CPLD模块2包括上半桥信号发生单元21和下半桥信号发生单元22，上半桥信号发生单元21连接至上半桥驱动器3，下半桥信号发生单元22连接至下半桥驱动器4，上半桥信号发生单元21用于输出上半桥SPWM信号，下半桥信号发生单元22用于输出下半桥SPWM信号。本实施例中，如图3所示，CPLD模块2内设置有总线接口，总线接口与控制芯片1连接；
上半桥信号发生单元21包括第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组、第一控制器和上半桥PWM波形发生器，第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，第一时钟寄存器的输出端分别连接至第一控制器和上半桥PWM波形发生器，第一PWM寄存器组的输出端连接至第一控制器，第一控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的上半桥控制信号，第一控制器按照预设逻辑从第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组分别读取上半桥控制信号，并将读取的上半桥控制信号输出给上半桥PWM波形发生器，以生成上半桥SPWM信号；
下半桥信号发生单元包括相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组、第二控制器和下半桥PWM波形发生器，相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组的输入端均与控制芯片连接，相位寄存器的输出端连接至下半桥PWM波形发生器，第二时钟寄存器的输出端分别连接至第二控制器和下半桥PWM波形发生器，第二PWM寄存器组的输出端连接至第二控制器，第二控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组用于写入控制芯片输出的下半桥控制信号，相位寄存器用于写入控制芯片输出的波形相位调整信号，第二控制器按照预设逻辑从第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组读取上半桥控制信号、从相位寄存器读取波形相位调整信号，并将读取的信号输出给下半桥PWM波形发生器，以生成下半桥SPWM信号。
此外，上半桥开关模块5包括第一IGBT和第二IGBT，第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极分别与上半桥驱动器连接，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极相连接，第一IGBT的发射极连接至滤波模块，第二IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块；下半桥开关模块包括第三IGBT和第四IGBT，第三IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别与下半桥驱动器连接，第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极相连接，第三IGBT的发射极连接至滤波模块，第四IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块。本发明中，IGBT的开关频率大于或等于100kHz，滤波模块包括共模电感L、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2分别与共模电感L连接，IGBT开关频率高达100kHz，较高的开关频率能够减小输出电压谐波含量，降低后续LC滤波器的体积和成本，且共模电感L能够进一步滤除谐波，从而进一步减小输出电压波形的失真度。
上述交流变换器具体的变换过程包括以下步骤：
S1、如图4a所示，控制芯片输出上半桥控制信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的上半桥SPWM信号；
S2、如图5a所示，控制芯片输出下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的下半桥SPWM信号，下半桥SPWM信号与上半桥SPWM信号相互对称；
S3、上半桥驱动器根据上半桥SPWM信号，驱动上半桥开关模块输出对应的上半桥电压波形(如图4b所示)；
下半桥驱动器根据下半桥SPWM信号，驱动下半桥开关模块输出对应的下半桥电压波形(如图5b所示)；
其中，上、下半桥电压波形的幅值相等、相位相差180°；
S4、对上、下半桥电压波形进行差分处理，之后对差分处理后的电压波形进行滤波，输出得到交流正弦电压波形(如图6所示)。
本实施例在应用本发明技术方案时，首先搭建一个上半桥拓扑结构和CPLD连接电路，该上半桥电路输出正弦波电压波形；
之后搭建另一个下半桥拓扑结构和CPLD连接电路，通过CPLD进行波形相位调整，使得该下半桥电路输出与上半桥正弦波电压波形幅值相等、相位相差180°的波形；
最后将上下半桥电路差分连接，得到单相半桥差分对称电路结构，并对该单相半桥差分对称电路结构进行电压调整特性测试、失真度测试和功率特性测试。
具体的，步骤一：搭建一种半桥拓扑结构和CPLD电路，半桥电路能够输出正弦波电压；控制芯片和CPLD通过总线接口进行通信与控制产生SPWM信号，由有源晶振提供时钟频率，在CPLD中通过原理图和硬件语言设计出上半桥SPWM驱动信号，同时再通过相位调整产生对称的下半桥SPWM信号；步骤二：对于下半桥电路，要输出幅值相等、相位相差180°的波形；步骤三：由于实际存在误差，设定的SPWM相位与输出波形相位不完全一致，因此要对CPLD进行参数调节(波形相位调整)，使两个半桥电路完全对称工作；步骤四：两个半桥拓扑结构组成半桥差分对称结构，包括四个高频IGBT、共模电感、滤波电容等，共模电感能够有效滤除谐波；步骤五：对半桥差分对称电路进行实验测试，包括电压调整特性测试，失真度测试，功率特性测试，最终输出低失真度的正弦电压波形。
综上所述，本发明提出的交流变换器中不需要设置变压器，其功率密度高、体积小、重量轻，便于现场使用；
本发明交流变换器的载波频率高、滤波特性好、输出信号频率范围宽；
本发明交流变换器中驱动电路具有波形相位调整功能。
本发明通过对半桥拓扑结构进行改进，提出一种单相半桥差分对称拓扑结构，利用CPLD电路进行波形相位调整，使得半桥电路完全对称工作，输出两个大小相等、相位相差180°的波形，可以抵消直流分量，如果采用有效的控制方法，还可以大大降低输出电压总谐波失真度。省去了变压器，体积小、重量轻，功率密度高，便于现场使用。载波频率高达100KHz并且可以使用高频滤波器，输出电压谐波含量少，降低了滤波器体积和重量，载波频率高使得输出信号频率变化范围更大。

Claims (6)

1.一种交流变换器的变换方法，其特征在于，该交流变换器包括相互连接的控制芯片(1)和CPLD模块(2)，所述CPLD模块(2)分别与上半桥驱动器(3)、下半桥驱动器(4)连接，所述上半桥驱动器(3)连接至上半桥开关模块(5)，所述下半桥驱动器(4)连接至下半桥开关模块(6)，所述上半桥开关模块(5)和下半桥开关模块(6)的输出端差分连接后均连接至滤波模块(7)，所述上半桥开关模块(5)的输出电压波形与下半桥开关模块(6)的输出电压波形幅值相等、相位相差180°，所述控制芯片(1)用于输出上半桥控制信号、下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块(2)；
所述CPLD模块(2)用于分别输出上半桥SPWM信号给上半桥驱动器(3)、输出下半桥SPWM信号给下半桥驱动器(4)，所述上半桥SPWM信号与下半桥SPWM信号相互对称；
所述CPLD模块(2)包括上半桥信号发生单元(21)和下半桥信号发生单元(22)，所述上半桥信号发生单元(21)连接至上半桥驱动器(3)，所述下半桥信号发生单元(22)连接至下半桥驱动器(4)，所述上半桥信号发生单元(21)用于输出上半桥SPWM信号，所述下半桥信号发生单元(22)用于输出下半桥SPWM信号；
所述上半桥信号发生单元(21)包括第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组、第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器、第一PWM寄存器组的输入端均与控制芯片(1)连接，所述第一时钟寄存器的输出端分别连接至第一控制器和上半桥PWM波形发生器，所述第一PWM寄存器组的输出端连接至第一控制器，所述第一控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组用于写入控制芯片(1)输出的上半桥控制信号，所述第一控制器按照预设逻辑从第一时钟寄存器和第一PWM寄存器组分别读取上半桥控制信号，并将读取的上半桥控制信号输出给上半桥PWM波形发生器，以生成上半桥SPWM信号；
所述下半桥信号发生单元(22)包括相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组、第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述相位寄存器、第二时钟寄存器、第二PWM寄存器组的输入端均与控制芯片(1)连接，所述相位寄存器的输出端连接至下半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器的输出端分别连接至第二控制器和下半桥PWM波形发生器，所述第二PWM寄存器组的输出端连接至第二控制器，所述第二控制器的输出端连接至上半桥PWM波形发生器，所述第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组用于写入控制芯片(1)输出的下半桥控制信号，所述相位寄存器用于写入控制芯片(1)输出的波形相位调整信号，所述第二控制器按照预设逻辑从第二时钟寄存器和第二PWM寄存器组读取上半桥控制信号、从相位寄存器读取波形相位调整信号，并将读取的信号输出给下半桥PWM波形发生器，以生成下半桥SPWM信号；
所述变换方法具体包括以下步骤：
S1、控制芯片输出上半桥控制信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的上半桥SPWM信号；
S2、控制芯片输出下半桥控制信号以及波形相位调整信号给CPLD模块，CPLD模块输出对应的下半桥SPWM信号，下半桥SPWM信号与上半桥SPWM信号相互对称；
S3、上半桥驱动器根据上半桥SPWM信号，驱动上半桥开关模块输出对应的上半桥电压波形；
下半桥驱动器根据下半桥SPWM信号，驱动下半桥开关模块输出对应的下半桥电压波形；
其中，上、下半桥电压波形的幅值相等、相位相差180°；
S4、对上、下半桥电压波形进行差分处理，之后对差分处理后的电压波形进行滤波，输出得到交流正弦电压波形。
2.根据权利要求1所述的一种交流变换器的变换方法，其特征在于，所述CPLD模块(2)内设置有总线接口，所述总线接口与控制芯片(1)连接。
3.根据权利要求1所述的一种交流变换器的变换方法，其特征在于，所述上半桥开关模块(5)包括第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极分别与上半桥驱动器(3)连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极相连接，所述第一IGBT的发射极连接至滤波模块(7)，所述第二IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块(7)。
4.根据权利要求3所述的一种交流变换器的变换方法，其特征在于，所述下半桥开关模块(6)包括第三IGBT和第四IGBT，所述第三IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别与下半桥驱动器(4)连接，所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极相连接，所述第三IGBT的发射极连接至滤波模块(7)，所述第四IGBT的发射极分别接地、连接至滤波模块(7)。
5.根据权利要求3或4任一所述的一种交流变换器的变换方法，其特征在于，所述IGBT的开关频率大于或等于100kHz。
6.根据权利要求1所述的一种交流变换器的变换方法，其特征在于，所述滤波模块(7)包括共模电感、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容和第二滤波电容分别与共模电感连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113568348A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 上海电机学院 一种基于lxi总线的多信号交流试验程控电源装置
CN114614798A (zh) * 2022-05-11 2022-06-10 河北普尼医疗科技有限公司 一种干扰细胞分裂电场治疗仪的控制电路及电场治疗仪

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207732652U (zh) * 2017-10-30 2018-08-14 北京华峰测控技术有限公司 一种高频交流电源逆变电路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001136749A (ja) * 1999-11-10 2001-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電インバータ駆動装置
CN101515763B (zh) * 2009-03-27 2010-11-10 南京航空航天大学 可串并联输出三电平半桥逆变器及其半周期滞环控制方法
CN102075833B (zh) * 2011-01-13 2012-12-26 深圳市泰金田科技有限公司 一片双通道电路实现2.1声道功率放大的方法、电路和装置
JP6381960B2 (ja) * 2014-05-07 2018-08-29 ローム株式会社 オーディオアンプ、オーディオ出力回路、オーディオ用集積回路、電子機器、オーディオ信号の増幅方法
ITUB20156907A1 (it) * 2015-12-07 2017-06-07 St Microelectronics Srl Amplificatore audio in classe d comprendente un circuito per leggere una corrente erogata dall'amplificatore al carico e relativo procedimento di lettura
CN106226714A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 沈阳东软医疗系统有限公司 一种梯度放大器、控制方法及成像设备

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207732652U (zh) * 2017-10-30 2018-08-14 北京华峰测控技术有限公司 一种高频交流电源逆变电路

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