CN116134565A - 薄膜电容器、连结型电容器、逆变器以及电动车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开的薄膜电容器包括：层叠体，由包括聚芳酯薄膜的至少一层电介质膜、与多层金属蒸镀膜交替地层叠而成；覆盖膜，包含聚酯系热熔胶树脂，所述覆盖膜层叠在两个第1侧面上，所述两个第1侧面在与所述层叠体的层叠方向正交的第1方向相对；金属喷镀电极，层叠在两个第2侧面上，所述两个第2侧面在与所述层叠体的层叠方向正交且与所述第1方向垂直的第2方向相对。
Description
技术领域
本公开涉及薄膜电容器和连结型电容器、以及使用其的逆变器、电动车辆。
背景技术
现有技术的一例记载于专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利第5990325号公报
发明内容
本公开的薄膜电容器包括：层叠体，由包括聚芳酯薄膜的至少一层电介质膜、与多层金属蒸镀膜交替地层叠而成；覆盖膜，包含聚酯系热熔胶树脂，所述覆盖膜层叠在两个第1侧面上，所述两个第1侧面在与所述层叠体的层叠方向正交的第1方向相对；金属喷镀电极，层叠在两个第2侧面上，所述两个第2侧面在与所述层叠体的层叠方向正交且与所述第1方向垂直的第2方向相对。
此外，本公开的连结型电容器包括：多个薄膜电容器，以及将该多个薄膜电容器连接的汇流条；所述多个薄膜电容器具备上述的薄膜电容器。
此外，本公开的逆变器包括：由开关元件构成的桥电路，和与该桥电路连接的电容部；所述电容部具备上述的薄膜电容器。
此外，本公开的电动车辆包括：电源；与该电源连接的逆变器；与该逆变器连接的马达；以及通过该马达进行驱动的车轮；其中，所述逆变器是上述的逆变器。
附图说明
本公开的目的、特征和优点将从以下详细描述和附图变得更清楚。
图1是表示本公开的实施方式的层叠型的薄膜电容器的一例的立体图。
图2是从图1的剖面线Ⅱ-Ⅱ观察的剖视图。
图3是从图1的剖面线Ⅲ-Ⅲ观察的剖视图。
图4是用于确认粘接状态的试片的示意图。
图5是表示连结型电容器的一例的立体图。
图6是用于说明逆变器的一例的概略结构图。
图7是表示电动车辆的一例的概略结构图。
具体实施方式
作为本公开的层叠型薄膜电容器的基础构成的层叠型薄膜电容器，大多是通过切断长条状的层叠体而制成单片的本体，故有提高切断面的绝缘性的必要。专利文献1中记载有，在使用了聚丙烯薄膜作为电介质膜的层叠型聚丙烯薄膜电容器中，在施加电压时，为了减少与形成有金属喷镀电极的两个侧面相邻的外部上露出的两个侧面的放电，在外部上露出的该侧面上，熔敷有包含有聚丙烯系热熔树脂的覆盖膜。
图1是表示本公开的实施方式的层叠型的薄膜电容器的一例的立体图。图2是从图1的剖面线Ⅱ-Ⅱ观察的剖视图。图3是从图1的剖面线Ⅲ-Ⅲ观察的剖视图。如图1-图3所示，层叠型的薄膜电容器A具备：薄膜电容器主体部3、一对的第1金属喷镀电极4a、第2金属喷镀电极4b。以下，有时会将薄膜电容器主体部3简称为主体部3。主体部3层叠有第1电介质膜1a、第1金属蒸镀膜2a、第2电介质膜1b以及第2金属蒸镀膜2b。主体部3是长方体状，在电介质膜与金属蒸镀膜层叠的层叠方向上具有一对相对的第1面3a、3b，在第1面3a、3b之间，具有与第1面3a和3b相连的一对第1侧面3c、3d以及一对第2侧面3e、3f。另外，在以下的各图中，为了容易说明，各部位的尺寸都被夸张化了，各部位实际的厚度相对于主体部3的大小来说非常小。
第1金属喷镀电极4a在主体部3的第1侧面3c上、第2金属喷镀电极4b在主体部3的第1侧面3d上，分别通过金属喷镀而设置。电绝缘性的覆盖膜16a、16b设置在主体部3的第2侧面3e、3f上。
如图2所示的层叠型的薄膜电容器A的主体部3，在第1电介质膜1a的表面1ac上具备第1金属蒸镀膜2a的第1金属化薄膜6a和在第2电介质膜1b的表面1bc上具备第2金属蒸镀膜2b的第2金属化薄膜6b交替层叠。第1金属蒸镀膜2a在主体部3的第1侧面3c上被电连接到第1金属喷镀电极4a。第2金属蒸镀膜2b在主体部3的第1侧面3d上被电连接到第2金属喷镀电极4b。如图1所示的第1金属喷镀电极4a以及第2金属喷镀电极4b所在的方向作为第1方向x，覆盖膜16a、16b所在的方向作为第2方向y。此外，将第1电介质膜1a以及第2电介质膜1b的厚度方向、即层叠方向设为第3方向z。
第1金属化薄膜6a是在第1电介质膜1a的表面1ac上形成第1金属蒸镀膜2a而成的。第1金属化薄膜6a在表面1ac上的侧面1af的附近具有绝缘空白部7a，绝缘空白部7a未形成有第1金属蒸镀膜2a，即，第1电介质膜1a的露出部分在第2方向y上连续存在。
第2金属化薄膜6b是在第2电介质膜1b的表面1bc上形成第2金属蒸镀膜2b而成的。第2金属化薄膜6b在表面1bc上的侧面1bf的附近具有绝缘空白部7b，绝缘空白部7b未形成有第2金属蒸镀膜2b，即，第2电介质膜1b的露出部分在第2方向y上连续存在。
如图2所示，这些金属化薄膜6a、6b在作为宽度方向的第1方向x上在相互稍微错开的状态下被层叠。
当第1金属蒸镀膜2a和第2金属蒸镀膜2b之间存在电位差时，在第1金属蒸镀膜2a和第2金属蒸镀膜2b夹住第1电介质膜1a或第2电介质膜1b的相互重叠的有效领域8中，产生静电容量。
这种层叠型的薄膜电容器A如下地得到。使长条状的第1金属化薄膜6a和第2金属化薄膜6b在作为宽度方向的第1方向x相互稍微错开而叠合，并进行层叠来制作层叠体。在所得到的层叠体的位于第1方向x上的第1侧面3c上形成第1金属喷镀电极4a，在第1侧面3d上形成第2金属喷镀电极4b。将形成了金属喷镀电极4(即第1金属喷镀电极4a以及第2金属喷镀电极4b)的层叠体，沿第1方向x切断并分割成各个元件。金属喷镀电极4也可以在切断层叠体后，在各个主体部3形成。层叠体被切断后的断面成为各个主体部3的第2侧面3e、3f。
为了对与薄膜电容器A的第1金属化薄膜6a、第2金属化薄膜6b共通的本实施方式的特征进行说明，以下，有时会省略如图3所示的a、b的符号，简称为电介质膜1、金属蒸镀膜2、金属喷镀电极4、金属化薄膜6等。
然后，如图1-图3所示，在本实施方式的薄膜电容器A中，特别地，在金属化薄膜6a、6b叠合而成的薄膜电容器元件12的四个侧面3c、3d、3e、3f中，位于薄膜电容器元件12的长度方向(图3的左右方向)两侧的另外的两个侧面3e、3f的整个面分别被覆盖膜16a、16b覆盖并与外部隔绝，由此与形成有金属喷镀电极4a、4b的两个侧面3c、3d相邻。此外，这样的两层覆盖膜16a、16b，被热熔接(熔融粘接)到暴露于该两个侧面3e、3f的各层金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面上。
因此，本实施方式的薄膜电容器A在减少了从两个侧面3e、3f的泄漏电流的产生的同时，金属化薄膜6a、6b的金属蒸镀膜2a、2b间的爬电距离变长，而有利地减少了这些金属蒸镀膜2a、2b间的放电引起的短路，由此，提高了耐受电压。此外，暴露于该两个侧面3e、3f上的金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面与覆盖膜16a、16b完全紧贴，从而阻止了水分或空气向这些电介质膜1a、1b的侧面(进而金属化薄膜6a、6b的侧面)与覆盖膜16a、16b间侵入。
这样的两层覆盖膜16a、16b是由包含与构成金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的聚芳酯属于同系并对聚芳酯具有优异的热熔接性(熔融粘接性)的聚酯系热熔胶树脂的薄膜，即所谓的聚酯系热熔胶薄膜构成的。由于使用了这样的包含树脂材料的两层覆盖膜16a、16b，该两层覆盖膜16a、16b可靠且牢固地被熔接到在薄膜电容器元件12的两个侧面3e、3f上暴露的各层金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面上。
图4是用于确认粘接状态的试片的示意图。在包含聚芳酯板材的竖边a＝25mm、横边b＝33mm，厚度t＝2-5mm的矩形板材A上，对包含与聚芳酯同系的树脂的聚对苯二甲酸乙二酯的板材B进行100℃热处理，或是，对聚碳酸酯板材B进行180℃热处理，而使其粘接，确认粘接状态可知，聚对苯二甲酸乙二酯的板材以及聚碳酸酯的板材被一起牢固地粘接到聚芳酯板材上。
另外，两层覆盖膜16a、16b虽然有必要是包含聚酯系热熔胶树脂的薄膜，但构成这样的两层覆盖膜16a、16b的聚酯系热熔胶树脂的具体种类和组成并不做特别限定。即，各种以往公知的聚酯系热熔胶树脂都可以作为两层覆盖膜16a、16b的成型材料。
然后，将这样的包含聚酯系热熔胶树脂的两层覆盖膜16a、16b，对薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的整个表面进行覆盖而层叠形成时，例如，可以采用如下的方法。
即，作为第1个方法，例如，可以采用下述方法：在薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的整个表面，将加热而进入熔融状态的聚酯系热熔胶树脂通过喷嘴喷涂或是用辊等进行涂布而以预定的厚度成膜，同时，通过该熔融状态的聚酯系热熔胶树脂的热量，使暴露在薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的、包括各层金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面的端部进入熔融状态之后，将它们冷却固化。由此，包含聚酯系热熔胶薄膜的两层覆盖膜16a、16b将薄膜电容器元件12的侧面3e、3f整面覆盖且熔接在电介质膜1a、1b的侧面而层叠形成。
此外，作为第2个方法，例如，也可以采用下述方法：在将聚酯系热熔胶薄膜覆盖在薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的整个表面的层叠配置状态下，在使该聚酯系热熔胶薄膜加热熔融的同时，使暴露在薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的、包括各层金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面的端部熔融后，将它们冷却固化。由此，两层覆盖膜16a、16b可以将薄膜电容器元件12的侧面3e、3f的整面覆盖且熔接于电介质膜1a、1b的侧面而层叠形成。另外，被层叠配置于薄膜电容器元件12的侧面3e、3f上的聚酯系热熔胶薄膜，除了具有通常的薄膜形态的产品以外，例如，还可以使用例如通过特定的模具等挤出成型的半熔融状态的挤出成型品等。
然后，在这样的薄膜电容器元件12的侧面3e、3f上形成的覆盖膜16a、16b的厚度，并不特别限定，但也可以是0.1-1000μm左右。这是因为，如果覆盖膜16a、16b的厚度不足0.1μm则过于薄，可能很难使金属化薄膜6a、6b的金属蒸镀膜2a、2b的爬电距离变得足够长，可能难以充分获得由于该爬电距离增加而带来的耐受电压的改善效果。此外，即使覆盖膜16a、16b的厚度超过1000μm，也很难期望能进一步改善覆盖膜16a、16b的形成所带来的效果，反而有可能产生覆盖膜16a、16b的形成成本升高的弊端。因此，覆盖膜16a、16b的厚度可以是1000μm以下。
此外，对于构成两层覆盖膜16a、16b的聚酯系热熔胶树脂，在覆盖膜16a、16b熔接到各层金属化薄膜6a、6b的电介质膜1a、1b的侧面时，为了使该侧面部分加热熔融，作为构成两层覆盖膜16a、16b的聚酯系热熔胶树脂，使用了比构成电介质膜1a、1b的聚芳酯的熔点更低且对聚芳酯湿润性良好的树脂。湿润性良好的树脂是指，维持与聚芳酯的连接强度的树脂。
在制造薄膜电容器元件12时，通常，在多个长条状的金属化薄膜6a、6b在宽度方向上相互交替错开并层叠而成的长条状的层叠体的两侧端面上，进一步层叠长条状的保护膜，而形成长条状的薄膜电容器元件基材，然后，将这个长条状的薄膜电容器元件基材在其长度方向上相隔一定间距的多个位置进行通过使用例如旋转锯片等切断刃在宽度方向上切断，而进行一次性制造多个薄膜电容器元件12的操作。然后，由此获得的薄膜电容器元件12的宽度方向的两侧的侧面3c、3d被作为两个金属喷镀电极4a、4b的形成面3e、3f，同时，包括薄膜电容器元件基材的切断面的薄膜电容器元件12的长度方向的两侧的侧面3e、3f被作为两层覆盖膜16a、16b的形成面。
在温度大幅超过聚芳酯的玻璃化温度(Tg)220℃下涂布覆盖膜16a、16b时，薄膜电容器元件12侧会软化而使变形或是自我恢复不良的可能性增大。因此，使用了具有与聚芳酯的Tg220℃相同或以下的熔点150-250℃、湿润性良好、Tg是50-160℃的聚酯树脂作为覆盖膜16a、16b。
构成覆盖膜16a、16b的聚酯系热熔胶树脂由于相比作为电介质膜1a、1b的构成树脂材料的聚芳酯具有更低的熔点，因此覆盖膜16a、16b熔接于电介质膜1a、1b的侧面3e、3f(覆盖膜16a、16b形成于薄膜电容器元件12的侧面3e、3f上时)时，由于已成为熔融状态的作为覆盖膜16a、16b的构成材料的聚酯系热熔胶树脂具有的热量，可以减少电介质膜1a、1b的变形或是自我恢复不良。通过使用Tg低的聚酯系热熔胶树脂，可以对聚芳酯湿润性良好，并维持与聚芳酯的连接强度，因此通过涂布这样的材料，可以减少熔接于电介质膜1a、1b的覆盖膜16a、16b从电介质膜1a、1b剥离。进一步地，能够满足高温耐热型的薄膜电容器的使用温度125℃-150℃。
作为构成覆盖膜16a、16b的聚酯系热熔胶树脂，使用在150-250℃下具有500-50000mPa·s左右的范围内的熔融粘度的树脂。
由以上说明可知，在本实施方式的薄膜电容器A中，两层覆盖膜16a、16b覆盖在作为金属喷镀电极4a、4b的形成面的侧面3c、3d以外的剩余两个侧面3e、3f的整面而形成，从而使从两个侧面3e、3f产生的泄漏电流实质性减少的同时，有利地使各层金属化薄膜6a、6b的金属蒸镀膜2a、2b间的爬电距离变长。而且，两层覆盖膜16a、16b由聚酯系热熔胶树脂构成，该两层覆盖膜16a、16b熔接在暴露于两个侧面3e、3f的各层金属化薄膜6a、6b的含有聚芳酯的电介质膜1a、1b的侧面，因此这些电介质膜1a、1b的侧面与覆盖膜16a、16b完全紧贴，它们之间没有形成任何微小的间隙。由此，极有效且可靠地减少了水蒸气或空气侵入电介质膜1a、1b的侧面和覆盖膜16a、16b之间，此外，结合增加金属蒸镀膜2a、2b间的爬电距离，在能有利地减少由于电介质膜1a、1b或金属蒸镀膜2a、2b与水蒸气接触而导致的劣化的同时，阻止金属蒸镀膜2a、2b间的放电,而能有效提高耐受电压。
金属蒸镀膜2a、2b或金属喷镀电极4a、4b的表面被氧化，且具有Al-O-Al、羟基或羧酸基。已有的用作覆盖膜的聚烯烃树脂是低极性树脂，由于不包含羧酸基或羟基，因此与金属氧化物的相互作用较小(范德华力小，不具有氢键)。另一方面，用于覆盖膜16a、16b的聚酯系树脂是极性树脂，包含醚键、羰基、羧酸或羟基，因此与金属氧化物间的相互作用大(范德华力大，具有氢键)。因此，本实施方式的覆盖膜16a、16b与金属蒸镀膜2a、2b以及金属喷镀电极4a、4b间的相互作用比已有的覆盖膜大。由此，能够更加有效的减少熔接在侧面3e、3f的覆盖膜16a、16b的剥离。
而且，该薄膜电容器A中，仅仅是将包含树脂制薄膜的较薄的覆盖膜16a、16b形成在两个侧面3e、3f上，就能发挥如上所述的优势特征。因此，由于确保上述的特征，因此不必将薄膜电容器A整体大型化，且，成本负担也不会变大。
因此，在如上所述的本实施方式的薄膜电容器中，泄漏电流的产生可以实质性地减少同时，所需的电容器性能可以更加长期稳定地维持，而且耐受电压可以得到非常有利的提高，而完全不会导致大型化或制造成本的上升等。
图5是示意地表示连结型电容器的例子之一的立体图。图5中为了容易理解连结型电容器的构成，省略了壳体以及覆盖电容器表面的外装树脂的记载。连结型电容器C中，多个层叠型的薄膜电容器通过一对汇流条21、23并联连接。汇流条21、23具有外部连接用的端子部21a、23a，和引出端子部21b、23b。引出端子部21b、23b分别和薄膜电容器的金属喷镀电极4a、4b的连接。
若在连结型电容器C的薄膜电容器中包含具有上述的覆盖膜16a、16b的薄膜电容器A，则能够得到绝缘电阻很难降低的连结型电容器C。
连结型电容器C既可以具有至少一个薄膜电容器A，也可以具有两个以上的薄膜电容器A。连结型电容器C是将多个薄膜电容器、例如在图4所示那样排列4个的状态下，在主体部3的两端的金属喷镀电极经由接合材料而安装汇流条21、23得到的。
连结型电容器C既可以如图5所示那样薄膜电容器配置为平面，也可以是薄膜电容器被堆叠的配置。此外，薄膜电容器的配置可以设为沿着金属喷镀电极4所在的方向，即第1方向x竖直方向的配置。
图6是用于说明逆变器的例子之一的示意结构图。图6表示从直流生成交流的逆变器D。逆变器D如图6所示那样具备桥电路31和电容部33。桥电路31例如由IGBT(Insulatedgate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等开关元件和二极管构成。电容部33被配置于桥电路31的输入端子间，使得电压稳定。逆变器D包含上述的薄膜电容器A作为电容部33。
逆变器D和对直流电源的电压进行升压的升压电路35连接。桥电路31与作为驱动源的电动发电机M连接。
图7是电动车辆的示意结构图。图7中示出混合动力汽车(HEV)作为电动车辆的例子之一。
电动车辆E具备：驱动用的马达41、发动机43、传动机构45、逆变器47、电源或者电池49、前轮51a以及后轮51b。
电动车辆E具备马达41、发动机43、或者其两者的输出作为驱动源。驱动源的输出经由传动机构45而传输至左右一对的前轮51a。电源49和逆变器47连接，逆变器47和马达41连接。
此外，如图7所示的电动车辆E具备车辆ECU53以及发动机ECU57。车辆ECU53进行电动车辆E整体的总控制。发动机ECU57控制发动机43的转速来驱动电动车辆E。电动车辆E还具备被驾驶员等操作的点火钥匙55、未图示的油门踏板以及制动器等的驾驶装置。车辆ECU53中被输入与驾驶员等的驾驶装置的操作相应的驱动信号。车辆ECU53基于该驱动信号，将指示信号输出至发动机ECU57、电源49、以及作为负载的逆变器47。发动机ECU57响应指示信号而控制发动机43的转速，驱动电动车辆E。
作为电动车辆E的逆变器47，使用逆变器D、即在电容部33包含上述的薄膜电容器A的逆变器D。在这种的电动车辆E中，由于薄膜电容器A绝缘电阻不容易下降，因此即使在电动车辆E的发动机部等的严酷的环境下，也可长期间地将薄膜电容器A的绝缘电阻的下降抑制得较小。其结果是，在电动车辆E中，能够使ECU等的控制装置的电流控制更加稳定。
另外，本实施方式的逆变器D不仅能够适用于上述混合动力汽车(HEV)，还能够适用于电动汽车(EV)、燃料电池车、电动自行车、发电机或者太阳能电池等各种的电力转换应用产品。
本公开可以是以下的实施方式。
本公开的薄膜电容器包括：层叠体，由包括聚芳酯薄膜的至少一层电介质膜、与多层金属蒸镀膜交替地层叠而成；
覆盖膜，包含聚酯系热熔胶树脂，所述覆盖膜层叠在两个第1侧面上，所述两个第1侧面在与所述层叠体的层叠方向正交的第1方向相对；
金属喷镀电极，层叠在两个第2侧面上，所述两个第2侧面在与所述层叠体的层叠方向正交且与所述第1方向垂直的第2方向相对。
此外，本公开的连结型电容器包括：多个薄膜电容器，以及将该多个薄膜电容器连接的汇流条；所述多个薄膜电容器具备上述的薄膜电容器。
此外，本公开的逆变器包括：由开关元件构成的桥电路，和与该桥电路连接的电容部；所述电容部具备上述的薄膜电容器。
此外，本公开的电动车辆包括：电源，与该电源连接的逆变器，与该逆变器连接的马达，以及通过该马达进行驱动的车轮；所述逆变器是上述的逆变器。
通过本公开的薄膜电容器，可以减少覆盖膜和金属蒸镀膜间产生空隙而导致的金属蒸镀膜的放电。
此外，通过本公开的连结型电容器，可以获得绝缘电阻不容易下降的连结型电容器。
此外，通过本公开的逆变器，可以获得薄膜电容器的绝缘电阻不容易下降的逆变器。
此外，通过本公开电动车辆，能够使ECU等的控制装置的电流控制更加稳定。
以上，虽然对本公开的实施方式进行了详细说明，但是，本公开不限于上述的实施的方式，在不脱离本公开的要旨的范围内，可以进行各种变更、改良。不言而喻，分别构成上述各实施方式的全部或部分可以在适宜的、不矛盾的范围内进行组合。
符号说明：
A：薄膜电容器；C：连结型电容器；D：逆变器；E：电动车辆；1、1a、1b：电介质膜；2、2a、2b：金属蒸镀膜；3：主体部；3a、3b：第1面；3c、3d：第1侧面；3e、3f：第2侧面；4、4a、4b：金属喷镀电极；6、6a、6b：金属化薄膜；7、7a、7b：绝缘空白部；12：薄膜电容器元件；16a、16b：覆盖膜；21、23：汇流条；31：桥电路；33：电容部；35：升压电路；41：马达；43：发动机；45：传动机构；47：逆变器；49：电源；51a：前轮；51b：后轮；53：车辆ECU；55：点火钥匙；57：发动机ECU。
Claims (5)
1.薄膜电容器，包括：
层叠体，由包括聚芳酯薄膜的至少一层电介质膜、与多层金属蒸镀膜交替地层叠而成；
覆盖膜，包含聚酯系热熔胶树脂，所述覆盖膜层叠在两个第1侧面上，所述两个第1侧面在与所述层叠体的层叠方向正交的第1方向相对；
金属喷镀电极，层叠在两个第2侧面上，所述两个第2侧面在与所述层叠体的层叠方向正交且与所述第1方向垂直的第2方向相对。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器，所述覆盖膜的厚度为0.1μm以上1000μm以下。
3.连结型电容器，包括：多个薄膜电容器；以及，将该多个薄膜电容器连接的汇流条；
其中，所述多个薄膜电容器具备权利要求1或2所述的薄膜电容器。
4.逆变器，包括：
由开关元件构成的桥电路；以及，
与该桥电路连接的电容部；
其中，所述电容部具备权利要求1或2所述的薄膜电容器。
5.电动车辆，具备：
电源；
与该电源连接的逆变器；
与该逆变器连接的马达；以及，
通过该马达进行驱动的车轮；
其中，所述逆变器是权利要求4所述的逆变器。
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