CN113922678B - 高频ac/ac直接变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AC/AC直接变换器，包括：调制电路，将具有第一频率的交流输入电压转换为具有第二频率的双极脉宽调制电压，其中第二频率高于第一频率；变压器，具有原边绕组和副边绕组，其中原边绕组耦接至调制电路以接收双极脉宽调制电压；以及解调电路，耦接至变压器的副边绕组，将变压器副边绕组两端的电压转换为具有第一频率的交流输出电压。

Description

高频AC/AC直接变换器
技术领域
本发明涉及电子电路，特别涉及AC/AC变换器。
背景技术
在不同电压等级的AC(Alternating Current，交流)电压之间进行带电气隔离的转换，通常采用两种解决方案。一种是使用低频变压器。然而，在交流电压的频率为工频(例如50～60Hz)的情况下，低频变压器的体积非常庞大，而且价格昂贵。
另一种解决方案是使用基于直流母线的AC/AC变换器，如图1所示。在这种拓扑中，需要两个大容量的电容器来保持直流母线电压的稳定，这不可避免地增加了变换器的体积和成本。
因此，市场上迫切需要一种体积小、成本低的AC/AC变换器。
发明内容
本发明的实施例提供一种AC/AC直接变换器，包括：调制电路，将具有第一频率的交流输入电压转换为具有第二频率的双极脉宽调制电压，其中第二频率高于第一频率；变压器，具有原边绕组和副边绕组，其中原边绕组耦接至调制电路以接收双极脉宽调制电压；以及解调电路，耦接至变压器的副边绕组，将变压器副边绕组两端的电压转换为具有第一频率的交流输出电压。
本发明的实施例还提供一种AC/AC直接变换方法，包括：通过调制电路将具有第一频率的交流输入电压转换为具有第二频率的双极脉宽调制电压，其中第二频率高于第一频率；将双极脉宽调制电压提供至变压器的原边绕组；以及通过解调电路将变压器副边绕组两端的电压转换为具有第一频率的交流输出电压。
根据本发明实施例的一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，其中AC/AC直接变换器用于将具有第一频率的交流输入电压转换为同样具有第一频率的交流输出电压，并包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，每个晶体管均具有第一端、第二端和控制端，第二晶体管的第一端耦接至第一晶体管的第一端，第四晶体管的第一端耦接至第三晶体管的第一端，第四晶体管的第二端耦接至第一晶体管的第二端。其中该控制芯片包括：控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第一晶体管的第二端和第一自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第一晶体管的控制端；第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第二晶体管的第二端和第二自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第二晶体管的控制端；第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第三晶体管的第二端和第三自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第三晶体管的控制端；第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第四驱动电路的第一供电端耦接至第一驱动电路的第一供电端，第四驱动电路的第二供电端耦接至第四晶体管的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第四晶体管的控制端；第一低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端接收供电电压，输出端耦接至第一驱动电路的第一供电端；第二低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端接收供电电压，输出端耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及第三低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至供电电压，第三低压差线性稳压器的输出端耦接至第三驱动电路的第一供电端。
本发明其他实施例还提供的一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，包括：控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第一晶体管的第二端和第一自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第一晶体管的控制端；第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第二晶体管的第二端和第二自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第二晶体管的控制端；第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第三晶体管的第二端和第三自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第三晶体管的控制端；第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第四驱动电路的第一供电端耦接至第一驱动电路的第一供电端，第四驱动电路的第二供电端耦接至第四晶体管的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第四晶体管的控制端；低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中低压差线性稳压器的输入端接收供电电压；第一二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第一驱动电路的第一供电端；第二二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及第三二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第三驱动电路的第一供电端。
根据本发明的实施例还提供一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，其中AC/AC直接变换器用于将交流输入电压转换为交流输出电压，并包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，每个晶体管均具有第一端、第二端和控制端。该控制芯片包括：第一引脚，用于耦接至第二晶体管的控制端；第二引脚，用于耦接至第一自举电容器的第一端；第三引脚，用于耦接至第一晶体管的控制端；第四引脚，用于耦接至第一和第四晶体管的第二端、以及第一自举电容器的第二端；第五引脚，用于耦接至第四晶体管的控制端；第六引脚，用于耦接至第三晶体管的控制端；第七引脚，用于耦接至第二晶体管的第二端、以及第二自举电容器的第二端；第八引脚，用于耦接至第二自举电容器的第一端；第九引脚，用于接收供电电压；第十引脚，用于耦接至参考地；第十一引脚，用于耦接至第三自举电容器的第一端；第十二引脚，用于耦接至第三晶体管的第二端，以及第三自举电容器的第二端；控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第九引脚以接收供电电压；第一二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一二极管的阴极，第二供电端耦接至第四引脚，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第三引脚；第二二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二二极管的阴极，第二供电端耦接至第七引脚，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第一引脚；第三二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三二极管的阴极，第二供电端耦接至第十二引脚，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第六引脚；以及第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一二极管的阴极，第二供电端耦接至第四引脚，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第五引脚。
相对于现有技术而言，根据本发明实施例的AC/AC直接变换器无需体积庞大且成本高昂的低频变压器，而且与基于直流母线的AC/AC变换器相比，避免了使用大容量电容器带来的困扰。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步描述，其中相似的元件采用相似的标号。本领域技术人员可以理解，所有附图均是为了说明的目的。它们可能仅示出了器件的一部分，并且不一定是按比例绘制。
图1为现有的基于直流母线的AC/AC变换器的原理性框图；
图2为根据本发明实施例的AC/AC直接变换器100的示意性原理图；
图3为根据本发明实施例的图2所示AC/AC直接变换器100的工作波形；
图4A和图4B示出了根据本发明实施例的调制电路的其他可能结构；
图5A和图5B示出了根据本发明实施例的解调电路的其他可能结构；
图6为根据本发明实施例的AC/AC直接变换方法的工作流程图；
图7示出根据本发明一实施例的AC/AC直接变换器中晶体管的供电方案；
图8示出根据本发明另一实施例的AC/AC直接变换器中晶体管的供电方案；
图9为根据本发明实施例的用于AC/AC直接变换器的控制芯片的电路原理图；
图10示出根据本发明实施例的用于AC/AC直接变换器的双向开关的备选结构。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。
如背景技术部分所述，现有的带电气隔离的AC/AC变换器需要使用体积庞大且价格昂贵的变压器或电容器。为了解决这一问题，本发明的实施例提出了一种AC/AC直接变换器，该变换器省去了中间直流环节，通过采用具有高开关频率和最小化无源器件的拓扑结构，大大降低了变换器的尺寸和成本。
图2为根据本发明实施例的AC/AC直接变换器100的示意性原理图。AC/AC直接变换器100包括调制电路101、高频变压器T1和解调电路102。调制电路101将具有第一频率(例如50～60Hz)的交流输入电压vin转换为具有第二频率的双极脉宽调制电压(bipolar pulsewidth modulation voltage)vpri，其中第二频率高于第一频率。第二频率通常是第一频率的几十倍，例如，第二频率可以在1kHz到2MHz之间。变压器T1具有原边绕组和副边绕组，其中原边绕组耦接至调制电路101以接收双极脉宽调制电压vpri。解调电路102耦接至变压器T1的副边绕组，将变压器T1副边绕组两端的电压vsec转换为具有第一频率的交流输出电压vout。
在图2所示的实施例中，调制电路101包括电容器C1、C2，以及由MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)Q1～Q4构成的两对背靠背晶体管。晶体管Q2的漏极耦接至晶体管Q1的漏极以形成一对背靠背晶体管，晶体管Q2的源极耦接至用于提供交流输入电压vin的交流电源的第一端。晶体管Q3的源极耦接至交流电源的第二端。晶体管Q4的漏极耦接至晶体管Q3的漏极以形成另一对背靠背晶体管，晶体管Q4的源极和晶体管Q1的源极耦接在一起，并耦接至变压器T1原边绕组的第一端。电容器C1、C2通常具有相同的容值，且均具有第一端和第二端。电容器C1的第一端耦接至晶体管Q2的源极。电容器C2的第一端与电容器C1的第二端耦接在一起，并耦接至变压器T1原边绕组的第二端。电容器C2的第二端耦接至晶体管Q3的源极。
当交流输入电压vin为正时(例如，交流电源第一端的电位高于交流电源第二端的电位)，晶体管Q2和Q4维持导通，晶体管Q1和Q3以第二频率进行开关切换。当交流输入电压vin为负时(例如，交流电源第一端的电位低于交流电源第二端的电位)，晶体管Q1和Q3维持导通，晶体管Q2和Q4以第二频率进行开关切换。一般而言，可以通过采样交流输入电压、并将电压采样值与阈值电压进行比较，来检测交流输入电压为正还是为负。
类似地，图2所示实施例中的解调电路102包括电容器C3、C4，以及由MOSFET Q5～Q8组成的两对背靠背晶体管。晶体管Q6的漏极耦接至晶体管Q5的漏极，晶体管Q6的源极耦接至负载的第一端以提供交流输出电压vout。晶体管Q7的源极耦接至负载的第二端。晶体管Q8的漏极耦接至晶体管Q7的漏极，晶体管Q8的源极与晶体管Q5的源极耦接在一起，并耦接至变压器T1副边绕组的第一端。电容器C3、C4通常具有相同的容值，且均具有第一端和第二端。电容器C3的第一端耦接至晶体管Q6的源极。电容器C4的第一端与电容器C3的第二端耦接在一起，并耦接至变压器T1副边绕组的第二端。电容器C4的第二端耦接至晶体管Q7的源极。
当交流输入电压vin为正时，晶体管Q6和Q8保持导通，晶体管Q5和Q7作为同步整流管工作。当交流输入电压vin为负时，晶体管Q5和Q7保持导通，晶体管Q6和Q8作为同步整流管工作。当用作同步整流管，晶体管的开关与待整流的电压(例如，副边绕组两端的电压vsec)同步。举例而言，当晶体管Q5和Q7用作同步整流管时，若电压vsec为正，则晶体管Q5导通、晶体管Q7关断；若电压vsec为负，则晶体管Q5关断、晶体管Q7导通。
有不少方法都可以用来在变压器的副边侧确定交流输入电压vin为正还是为负。例如，可以使用单独的隔离通道(如光电耦合器)将相关信息从原边侧传递至副边侧。另一种可能的实现方式是以默认状态(例如Q6和Q8保持导通，Q5和Q7用作同步整流管)启动，然后监控交流输出电压vout的过零点，从而确定何时进行状态切换。
以下将结合图3所示波形对AC/AC直接变换器100的工作原理进行进一步描述。但本领域技术人员可以理解，这些波形和描述均只为说明之目的，而非用于限制本发明。
图3为根据本发明实施例的图2所示AC/AC直接变换器100的工作波形。如图3所示，交流输入电压vin为具有正半周期和负半周期的正弦波。在vin的正半周期内，晶体管Q2和Q4保持导通，晶体管Q1和Q3以50％的占空比交替地进行开关切换。当晶体管Q1导通、晶体管Q3关断，变压器T1原边绕组两端的电压vpri为正，可以表示为：
当晶体管Q1关断、晶体管Q3导通，变压器T1原边绕组两端的电压vpri为负，可以表示为：
在vin的负半周期内，晶体管Q1和Q3保持导通，晶体管Q2和Q4以50％的占空比交替地进行开关切换。当晶体管Q2导通、晶体管Q4关断，变压器T1原边绕组两端的电压vpri为负，且可以表示为等式(1)。当晶体管Q2关断、晶体管Q4导通，变压器T1原边绕组两端的电压vpri为正，且可以表示为等式(2)。因此，本实施例中的电压vpri为占空比为50％的双极脉宽调制电压，且其包络线呈正弦形状。
变压器副边绕组两端的电压vsec与电压vpri成正比，可以表示为：
其中N2/N1为变压器T1的匝比。
在vin的正半周期内，晶体管Q6和Q8保持导通，晶体管Q5和Q7作为同步整流管工作。当电压vsec为正时，晶体管Q7关断，晶体管Q5导通，电流流经变压器T1、晶体管Q5、Q6、负载以及电容器C4。当电压vsec为负时，晶体管Q5关断，晶体管Q7导通，电流流经电容器C3、负载和晶体管Q7、Q8。因此，在vin的正半周期，可以得到一个正的交流输出电压vout，该电压可以表示为：
vout＝2*|vsec| (4)
在vin的负半周期内，晶体管Q5和Q7保持导通，晶体管Q6和Q8作为同步整流管工作。当电压vsec为正时，晶体管Q6关断，晶体管Q8导通，电流流过变压器T1的副边绕组、晶体管Q7、Q8、负载以及电容器C3。当电压vsec为负时，晶体管Q8关断，晶体管Q6导通，电流流过电容器C4、负载以及晶体管Q5、Q6。因此，在vin的负半周期，可以得到一个负的交流输出电压vout，该电压可以表示为：
vout＝-2*|vsec|(5)
结合式(1)～(5)，可得：
这意味着，对于如图2所示的AC/AC直接变换器100而言，其交流输出电压vout与交流输入电压vin成正比，且比例系数由变压器T1的匝比决定。
AC/AC直接变换器100无需体积庞大且成本高昂的低频变压器，而且与基于直流母线的AC/AC变换器相比，避免了使用大容量电容器带来的困扰。
除了图2所示的对称半桥结构以外，调制电路和解调电路还可以采用其他合适的结构，例如图4A和图5A所示的全桥结构，或图4B和图5B所示的不对称半桥结构。这些结构均可以相互替换，且可以根据实际应用进行选择。
图6为根据本发明实施例的AC/AC直接变换方法的工作流程图，包括步骤S101～S103。
在步骤S101，通过调制电路(例如图2、4A和4B中所示电路)将具有第一频率的交流输入电压转换为双极脉宽调制电压。该双极脉宽调制电压具有高于第一频率的第二频率、以及正弦形状的包络线。
在步骤S102，将前述双极脉宽调制电压提供至变压器的原边绕组。
在步骤S103，通过解调电路(例如图2、5A和5B中所示电路)将变压器副边绕组两端的电压转换为具有第一频率的交流输出电压。
为了驱动调制电路中的晶体管，可以使用如图7所示的整流桥电路将交流输入电压Vin转换为直流电压，该整流桥电路包括二极管D1～D4。二极管D2的阴极和二极管D4的阳极耦接在一起，并耦接至交流电源的第一端。二极管D1的阴极和二极管D3的阳极耦接在一起，并耦接至交流电源的第二端。二极管D1和D2的阳极耦接在一起，形成整流桥电路的负电压轨，该负电压轨可用作参考地。二极管D3和D4的阴极耦接在一起，形成整流桥电路的正电压轨，该正电压轨可用作供电电压Vdd。在供电电压Vdd和参考地之间通常耦接有供电电容器Cdd。
晶体管Q1～Q4在交流输入电压的部分周期或整个周期内是浮动的，因此可以采用由电压Vdd供电的自举电路来实现晶体管的栅极驱动。由于晶体管Q1和Q4源极耦接在一起，它们可以共享同一个自举电路。在图7所示的实施例中，驱动电路111～114、LDO(low-dropout linear regulator，低压差线性稳压器)115～117，以及自举电容器Cbst1、Cbst2和Cbst3被用于驱动晶体管Q1～Q4。
第一LDO 115具有输入端和输出端，其中输入端耦接至整流桥电路以接收供电电压Vdd，输出端提供第一自举电压Vbst1。第一驱动电路111具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一LDO 115的输出端以接收第一自举电压Vbst1，第二供电端耦接至晶体管Q1的源极，输入端接收用于控制晶体管Q1的第一控制信号CTRL1，输出端耦接至晶体管Q1的栅极。第一自举电容器Cbst1耦接在第一LDO 115的输出端和晶体管Q1的源极之间。
第二LDO 116具有输入端和输出端，其中输入端耦接至整流桥电路以接收供电电压Vdd，输出端提供第二自举电压Vbst2。第二驱动电路112具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二LDO 116的输出端以接收第二自举电压Vbst2，第二供电端耦接至晶体管Q2的源极，输入端接收用于控制晶体管Q2的第二控制信号CTRL2，输出端耦接至晶体管Q2的栅极。第二自举电容器Cbst2耦接在第二LDO 116的输出端和晶体管Q2的源极之间。
第三LDO 117具有输入端和输出端，其中输入端耦接至整流桥电路以接收供电电压Vdd，输出端提供第三自举电压Vbst3。第三驱动电路113具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三LDO 117的输出端以接收第三自举电压Vbst3，第二供电端耦接晶体管Q3的源极，输入端接收用于控制晶体管Q3的第三控制信号CTRL3，输出端耦接至晶体管Q3的栅极。第三自举电容器Cbst3耦接在第三LDO 117的输出端和晶体管Q3的源极之间。
第四驱动电路114具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一LDO 115的输出端以接收第一自举电压Vbst1，第二供电端耦接至晶体管Q4的源极，输入端接收用于控制晶体管Q4的第四控制信号CTRL4，输出端耦接至晶体管Q4的栅极。
在图7所示的实施例中，三个LDO(115、116和117)被用于分别产生自举电压Vbst1、Vbst2和Vbst3。可以理解的是，在本发明的其他实施例中，也可以使用一个LDO(例如图8所示的LDO 118)来产生电压Vbst，然后通过二极管D5、D6和D7分别将电压Vbst传递至自举电容器Cbst1、Cbst2和Cbst3。
图9为根据本发明实施例的用于AC/AC直接变换器的控制IC(integratedcircuit，芯片)的电路原理图。控制IC包括图8中所示的驱动电路111～114、LDO 118以及二极管D5～D7，并进一步集成了用于产生控制信号CTRL1～CTRL4的控制电路119。如图9所示，晶体管Q1～Q4、电容器Cdd、Cbst1～Cbst3以及整流桥电路通过引脚P1～P12耦接至控制IC。
在一个实施例中，当交流输入电压vin为正时，控制电路119保持控制信号CTRL2和CTRL4为高电平，以使晶体管Q2和Q4维持导通。同时，控制电路使控制信号CTRL1和CTRL3以第二频率交替地在高电平和低电平之间进行切换。当交流输入电压vin为负时，控制电路119保持控制信号CTRL1和CTRL3为高电平，以使晶体管Q1和Q3维持导通。同时，控制电路使控制信号CTRL2和CTRL4以第二频率交替地在高电平和低电平之间进行切换。在一些示例中，前述开关切换所采用的占空比约为50％。
本领域技术人员可以理解，图7～9所示的自举供电方案也可用于驱动解调电路中的晶体管。在稳态下，可以通过对交流输出电压vout进行整流来获取供电电压Vdd。而在刚启动时，可以采用变压器T1副边绕组两端的电压vsec来提供能量。
上述实施例中，采用了n型MOSFET来形成背靠背晶体管对。MOSFET具有形成于半导体衬底中沟道区域内的源极区和漏极区，以及位于源极区和漏极区之间的栅电极。对于n型MOSFET而言，其沟道区域耦接至源极区，因而在源极区和耦接至源极区的沟道区域、以及漏极区之间，会形成寄生体二极管。也就是说，在正常电路中，由漏极区向源极区方向的电流路径可以被开通或者截止，但由于体二极管的存在，由源极区向漏极区方向的电流路径将永远无法截止。因此，为了形成在两个方向上均可以实现电流通断切换的双向开关，需要将两个n型MOSFET以背靠背方式连接。
虽然前述实施例中，背靠背晶体管对中两个n型MOSFET的漏极被耦接在一起，但这并非用于限制本发明。在一些实施例中，如图10(a)～10(c)所示，也可以将两个n型MOSFET的源极耦接在一起，并且n型MOSFET可以为p型MOSFET所取代。此外，只要能形成双向开关，MOSFET之外的其他可控器件，例如BJT(bipolar junction transistor，双极结型晶体管)、HEMT(high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)、IGBT(insulatedgate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)和GTO(gate turn off thyristor，门极可关断晶闸管)，也同样适用于本发明。而且，由图10(d)和图10(e)可以看出，当使用BJT时，还需要在BJT的集电极和发射极之间反并二极管，以承载由发射极流向集电极的电流。
尽管上述实施例中示出了许多细节电路，但本领域技术人员可以理解，它们均仅是为了说明之目的，其他具有相同或类似功能的电路结构也同样适用于本发明。前述实施例中，50％占空比被示例性地用于控制AC/AC直接变换器中的晶体管。然而需要注意的是，只要调制电路和解调电路采用的占空比一致，50％之外的占空比也同样可行。而且，总会存在一个特意设置的死区时间，以防止晶体管直通。
此外，各附图中标注的电压极性也仅是为了说明之目的，因而可以根据实际应用进行调整或者互换。在图2所示的电路架构中，原边绕组的第一端和副边绕组的第二端被配置为同名端。但本领域技术人员可以理解，这并非是限制性的，而可以根据实际需要进行调整。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所覆盖。

Claims (15)

1.一种AC/AC直接变换器，包括：
调制电路，将具有第一频率的交流输入电压转换为具有第二频率的双极脉宽调制电压，其中第二频率高于第一频率；
变压器，具有原边绕组和副边绕组，其中原边绕组耦接至调制电路以接收双极脉宽调制电压；以及
解调电路，耦接至变压器的副边绕组，将变压器副边绕组两端的电压转换为具有第一频率的交流输出电压；
其中所述调制电路包括：
第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端；
第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第二晶体管的第一端耦接至第一晶体管的第一端，第二晶体管的第二端耦接至用于提供交流输入电压的交流电源的第一端；
第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第三晶体管的第二端耦接至交流电源的第二端；以及
第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第四晶体管的第一端耦接至第三晶体管的第一端，第四晶体管的第二端和第一晶体管的第二端耦接在一起、并耦接至变压器原边绕组的第一端；
其中所述AC/AC直接变换器还包括：
整流桥电路，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输入端耦接至交流电源的第一端，第二输入端耦接至交流电源的第二端，第一输出端提供供电电压，第二输出端耦接至参考地；
供电电容器，耦接在整流桥电路的第一输出端与参考地之间；
第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第二供电端耦接至第一晶体管的第二端，输入端接收第一控制信号，输出端耦接至第一晶体管的控制端；
第一自举电容器，耦接在第一驱动电路的第一和第二供电端之间；
第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第二供电端耦接至第二晶体管的第二端，输入端接收第二控制信号，输出端耦接至第二晶体管的控制端；
第二自举电容器，耦接在第二驱动电路的第一和第二供电端之间；
第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第二供电端耦接至第三晶体管的第二端，输入端接收第三控制信号，输出端耦接至第三晶体管的控制端；
第三自举电容器，耦接在第三驱动电路的第一和第二供电端之间；以及
第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一驱动电路的第一供电端，第二供电端耦接至第四晶体管的第二端，输入端接收第四控制信号，输出端耦接至第四晶体管的控制端。
2.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，其中调制电路还包括：
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二晶体管的第二端；以及
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第二电容器的第一端和第一电容器的第二端耦接在一起、并耦接至变压器原边绕组的第二端，第二电容器的第二端耦接至第三晶体管的第二端。
3.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，其中：
当交流输入电压处于第一半周期时，第二和第四晶体管保持导通，第一和第三晶体管以第二频率进行开关切换；
当交流输入电压处于第二半周期时，第一和第三晶体管保持导通，第二和第四晶体管以第二频率进行开关切换。
4.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，其中解调电路包括：
第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端；
第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中的第六晶体管的第一端耦接至第五晶体管的第一端，第六晶体管的第二端耦接至负载的第一端以提供交流输出电压；
第七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第七晶体管的第二端耦接至负载的第二端；以及
第八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第八晶体管的第一端耦接至第七晶体管的第一端，第八晶体管的第二端和第五晶体管的第二端耦接在一起、并耦接至变压器副边绕组的第一端。
5.如权利要求4所述的AC/AC直接变换器，其中解调电路还包括：
第三电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第六晶体管的第二端；以及
第四电容器，具有第一端和第二端，其中第四电容器的第一端和第三电容器的第二端耦接在一起、并耦接至变压器副边绕组的第二端，第四电容器的第二端耦接至第七晶体管的第二端。
6.如权利要求4所述的AC/AC直接变换器，其中：
当交流输入电压处于第一半周期时，第六和第八晶体管保持导通，第五和第七晶体管用作同步整流管，对变压器副边绕组两端的电压进行整流；以及
当交流输入电压处于第二半周期时，第五和第七晶体管保持导通，第六和第八晶体管用作同步整流管，对变压器副边绕组两端的电压进行整流。
7.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，其中调制电路还包括：
第九晶体管，具有第一端、第二端和控制端；
第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十晶体管的第一端耦接至第九晶体管的第一端，第十晶体管的第二端耦接至第二晶体管的第二端；
第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十一晶体管的第二端耦接至第三晶体管的第二端；以及
第十二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十二晶体管的第一端耦接至第十一晶体管的第一端，第十二晶体管的第二端和第九晶体管的第二端耦接在一起、并耦接至变压器原边绕组的第二端。
8.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，其中调制电路还包括：
第五电容器，具有第一端和第二端，其中第五电容器的第一端耦接至变压器原边绕组的第二端，第五电容器的第二端耦接至第三晶体管的第二端。
9.如权利要求4所述的AC/AC直接变换器，其中解调电路还包括：
第十三晶体管，具有第一端、第二端和控制端；
第十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十四晶体管的第一端耦接至第十三晶体管的第一端，第十四晶体管的第二端耦接至第六晶体管的第二端；
第十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十五晶体管的第二端耦接至第七晶体管的第二端；以及
第十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第十六晶体管的第一端耦接至第十五晶体管的第一端，第十六晶体管的第二端和第十三晶体管的第二端耦接在一起、并耦接至变压器副边绕组的第二端。
10.如权利要求4所述的AC/AC直接变换器，其中解调电路还包括：
第六电容器，具有第一端和第二端，其中第六电容器的第一端耦接至变压器副边绕组的第二端，第六电容器的第二端耦接至第七晶体管的第二端。
11.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，还包括：
第一低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中第一低压差线性稳压器的输入端耦接至整流桥电路的第一输出端以接收供电电压，第一低压差线性稳压器的输出端耦接至第一驱动电路的第一供电端；
第二低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中第二低压差线性稳压器的输入端耦接至整流桥电路的第一输出端以接收供电电压，第二低压差线性稳压器的输出端耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及
第三低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中第三低压差线性稳压器的输入端耦接至整流桥电路的第一输出端以接收供电电压，第三低压差线性稳压器的输出端耦接至第三驱动电路的第一供电端。
12.如权利要求1所述的AC/AC直接变换器，还包括：
低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中低压差线性稳压器的输入端耦接至整流桥电路的第一输出端以接收供电电压；
第一二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第一驱动电路的第一供电端；
第二二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及
第三二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第三驱动电路的第一供电端。
13.一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，其中AC/AC直接变换器用于将具有第一频率的交流输入电压转换为同样具有第一频率的交流输出电压，并包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，每个晶体管均具有第一端、第二端和控制端，第二晶体管的第一端耦接至第一晶体管的第一端，第四晶体管的第一端耦接至第三晶体管的第一端，第四晶体管的第二端耦接至第一晶体管的第二端，其中该控制芯片包括：
控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；
第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第一晶体管的第二端和第一自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第一晶体管的控制端；
第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第二晶体管的第二端和第二自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第二晶体管的控制端；
第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第三晶体管的第二端和第三自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第三晶体管的控制端；
第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第四驱动电路的第一供电端耦接至第一驱动电路的第一供电端，第四驱动电路的第二供电端耦接至第四晶体管的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第四晶体管的控制端；
第一低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端接收供电电压，输出端耦接至第一驱动电路的第一供电端；
第二低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端接收供电电压，输出端耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及
第三低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至供电电压，第三低压差线性稳压器的输出端耦接至第三驱动电路的第一供电端。
14.一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，其中AC/AC直接变换器用于将具有第一频率的交流输入电压转换为同样具有第一频率的交流输出电压，并包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，每个晶体管均具有第一端、第二端和控制端，第二晶体管的第一端耦接至第一晶体管的第一端，第四晶体管的第一端耦接至第三晶体管的第一端，第四晶体管的第二端耦接至第一晶体管的第二端，其中该控制芯片包括：
控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；
第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第一晶体管的第二端和第一自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第一晶体管的控制端；
第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第二晶体管的第二端和第二自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第二晶体管的控制端；
第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三自举电容器的第一端，第二供电端耦接至第三晶体管的第二端和第三自举电容器的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第三晶体管的控制端；
第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第四驱动电路的第一供电端耦接至第一驱动电路的第一供电端，第四驱动电路的第二供电端耦接至第四晶体管的第二端，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第四晶体管的控制端；
低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中低压差线性稳压器的输入端接收供电电压；
第一二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第一驱动电路的第一供电端；
第二二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第二驱动电路的第一供电端；以及
第三二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端，阴极耦接至第三驱动电路的第一供电端。
15.一种用于AC/AC直接变换器的控制芯片，其中AC/AC直接变换器用于将交流输入电压转换为交流输出电压，并包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，每个晶体管均具有第一端、第二端和控制端，该控制芯片包括：
第一引脚，用于耦接至第二晶体管的控制端；
第二引脚，用于耦接至第一自举电容器的第一端；
第三引脚，用于耦接至第一晶体管的控制端；
第四引脚，用于耦接至第一和第四晶体管的第二端、以及第一自举电容器的第二端；
第五引脚，用于耦接至第四晶体管的控制端；
第六引脚，用于耦接至第三晶体管的控制端；
第七引脚，用于耦接至第二晶体管的第二端、以及第二自举电容器的第二端；
第八引脚，用于耦接至第二自举电容器的第一端；
第九引脚，用于接收供电电压；
第十引脚，用于耦接至参考地；
第十一引脚，用于耦接至第三自举电容器的第一端；
第十二引脚，用于耦接至第三晶体管的第二端，以及第三自举电容器的第二端；
控制电路，产生第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号；
低压差线性稳压器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第九引脚以接收供电电压；
第一二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；
第一驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一二极管的阴极，第二供电端耦接至第四引脚，输入端耦接至控制电路以接收第一控制信号，输出端耦接至第三引脚；
第二二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；
第二驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第二二极管的阴极，第二供电端耦接至第七引脚，输入端耦接至控制电路以接收第二控制信号，输出端耦接至第一引脚；
第三二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至低压差线性稳压器的输出端；
第三驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第三二极管的阴极，第二供电端耦接至第十二引脚，输入端耦接至控制电路以接收第三控制信号，输出端耦接至第六引脚；以及
第四驱动电路，具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端，其中第一供电端耦接至第一二极管的阴极，第二供电端耦接至第四引脚，输入端耦接至控制电路以接收第四控制信号，输出端耦接至第五引脚。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112022003832T5 (de) * 2021-08-30 2024-05-23 Rohm Co., Ltd. Halbleitervorrichtung
CN116914867B (zh) * 2023-09-14 2023-12-05 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 一二次融合柱上断路器的取能供电装置和方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1348248A (zh) * 2001-09-10 2002-05-08 南京航空航天大学 高频交流环节交/交变换器
CN1794549A (zh) * 2006-01-01 2006-06-28 福州大学 升压型高频环节交－交变换器
CN201726319U (zh) * 2010-08-11 2011-01-26 上海交通大学 单相交流变换器
EP2632040A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-28 ABB Technology Ltd Transformer configuration for a back-to-back converter
CN103580484A (zh) * 2012-07-30 2014-02-12 台达电子工业股份有限公司 同步整流装置及其控制方法
CN205070803U (zh) * 2015-07-10 2016-03-02 泉州装备制造研究所 一种基于单片机的交流直接变换器
CN105897001A (zh) * 2016-05-17 2016-08-24 华南理工大学 一种基于clllc谐振的ac-ac双向变换器
CN105932883A (zh) * 2016-06-03 2016-09-07 中南大学 基于能量注入式直接ac-ac变换器的电力电子变压器
CN107465339A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 英特矽尔美国有限公司 软启动大功率电荷泵的方法和电路
CN108768142A (zh) * 2018-08-17 2018-11-06 广州金升阳科技有限公司 一种自举电路
CN111490605A (zh) * 2020-06-01 2020-08-04 华东交通大学 基于磁谐振耦合的多功能能量双向传输电路

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002052710A1 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Bowman Power Systems Limited A waveform control system
FR2858493B1 (fr) * 2003-07-31 2005-10-21 St Microelectronics Sa Circuit d'attaque a autoelevation
US6963498B2 (en) * 2004-02-02 2005-11-08 International Rectifier Corporation Bootstrap capacitor refresh circuit
WO2007069239A2 (en) * 2005-12-12 2007-06-21 Poweroffer Apparatus, method and system for control of ac/ac conversion
JP4758234B2 (ja) * 2006-01-17 2011-08-24 株式会社三社電機製作所 電源装置
US8427113B2 (en) * 2007-08-01 2013-04-23 Intersil Americas LLC Voltage converter with combined buck converter and capacitive voltage divider
US8559193B2 (en) * 2010-01-22 2013-10-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Zero-voltage-switching scheme for high-frequency converter
JP5681943B2 (ja) * 2010-08-30 2015-03-11 株式会社ダイヘン 高周波電源装置
US8917076B2 (en) * 2012-08-10 2014-12-23 Monolithic Power Systems, Inc. Off-line regulator with pass device and associated method
CN102832810B (zh) * 2012-08-30 2015-04-08 成都芯源系统有限公司 自举电压刷新控制电路、电压转换电路及相关控制方法
CN104854786B (zh) * 2012-12-04 2019-01-15 奥的斯电梯公司 用于多级转换器的栅极驱动电源
US9490720B1 (en) * 2013-03-13 2016-11-08 Google Inc. Power conversion with solid-state transformer
JP6048583B2 (ja) * 2013-07-08 2016-12-21 株式会社村田製作所 電力変換回路、電力伝送システムおよび電力変換システム
US9413221B1 (en) * 2013-12-04 2016-08-09 Google Inc. Power conversion using a series of power converters
US20160094141A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-31 Greecon Technologies Ltd. Single conversion stage bidirectional soft-switched ac-to-ac power converter
CN104485806B (zh) * 2014-11-08 2017-07-28 成都芯源系统有限公司 一种自举电压刷新控制电路、电压转换电路及其控制方法
US9793260B2 (en) * 2015-08-10 2017-10-17 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a switch having a normally-on transistor and a normally-off transistor
US10833594B2 (en) * 2017-05-19 2020-11-10 Infineon Technologies Austria Ag System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
US10637456B2 (en) * 2017-07-20 2020-04-28 Efficient Power Conversion Corporation Low voltage drop cascaded synchronous bootstrap supply circuit
DE102017130443A1 (de) * 2017-12-19 2019-06-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Flexibles Bootstrapping für Leistungselektronikschaltungen
US11502608B2 (en) * 2018-01-29 2022-11-15 Rohm Co., Ltd. Light-emitting element driving control device and light-emitting element driving circuit device
JP2019134622A (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 ローム株式会社 ドライバ回路及びスイッチングレギュレータ
US10666147B1 (en) * 2018-11-14 2020-05-26 Navitas Semiconductor, Inc. Resonant converter control based on zero current detection
US10917019B2 (en) * 2019-03-11 2021-02-09 Utah State University Quasi-single stage power converter topology
US10601302B1 (en) * 2019-04-04 2020-03-24 Navitas Semiconductor, Inc. Bootstrap power supply circuit
US10811959B1 (en) * 2019-05-10 2020-10-20 Nxp B.V. Switched capacitor voltage converter and method for operating a switched capacitor voltage converter
EP3771294B1 (en) * 2019-07-23 2022-10-12 BAE Systems Controls Inc. System for digitally controlled direct drive ac led light
CN110474531B (zh) * 2019-08-15 2021-06-15 南京矽力微电子技术有限公司 驱动电路、驱动方法及集成电路
US11251691B2 (en) * 2019-09-23 2022-02-15 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd Floating power supply for a driver circuit configured to drive a high-side switching transistor
CN111224540B (zh) * 2019-12-20 2021-04-06 南京矽力微电子技术有限公司 开关电容变换器及其驱动电路

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1348248A (zh) * 2001-09-10 2002-05-08 南京航空航天大学 高频交流环节交/交变换器
CN1794549A (zh) * 2006-01-01 2006-06-28 福州大学 升压型高频环节交－交变换器
CN201726319U (zh) * 2010-08-11 2011-01-26 上海交通大学 单相交流变换器
EP2632040A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-28 ABB Technology Ltd Transformer configuration for a back-to-back converter
CN103580484A (zh) * 2012-07-30 2014-02-12 台达电子工业股份有限公司 同步整流装置及其控制方法
CN205070803U (zh) * 2015-07-10 2016-03-02 泉州装备制造研究所 一种基于单片机的交流直接变换器
CN105897001A (zh) * 2016-05-17 2016-08-24 华南理工大学 一种基于clllc谐振的ac-ac双向变换器
CN105932883A (zh) * 2016-06-03 2016-09-07 中南大学 基于能量注入式直接ac-ac变换器的电力电子变压器
CN107465339A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 英特矽尔美国有限公司 软启动大功率电荷泵的方法和电路
CN108768142A (zh) * 2018-08-17 2018-11-06 广州金升阳科技有限公司 一种自举电路
CN111490605A (zh) * 2020-06-01 2020-08-04 华东交通大学 基于磁谐振耦合的多功能能量双向传输电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Daolian Chen等."The Uni-Polarity Phase-Shifted Controlled Voltage Mode AC–AC Converters With High Frequency AC Link".《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL. 21,NO. 4,JULY 2006》.2006,参见第2-4节、图1-2. *

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US11095229B1 (en) 2021-08-17
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