大功率高频变压器设计考虑

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35w12v高频变压器绕制

35w12v高频变压器绕制

35w12v高频变压器绕制
35W12V高频变压器绕制通常指的是需要制作一个输出功率为35W、输入电压为12V的高频变压器。

高频变压器通常用于电子设备中,将一个电压级别转换为另一个电压级别,或者用于实现电气隔离等功能。

要绕制一个35W12V的高频变压器,需要考虑以下几个关键因素:
1.铁芯材料和尺寸:选择适当的铁芯材料和尺寸是关键,因为它们将决定变
压器的性能和效率。

2.线圈匝数:根据输入和输出电压的要求,确定适当的线圈匝数。

3.线材规格:选择适当线材规格以承载所需的电流,并保持适当的绝缘。

4.绕制方式:确定合适的绕制方式,如层绕、分布式绕制等,以提高变压器
的效率。

5.绝缘处理:确保线圈之间的绝缘和线圈与铁芯之间的绝缘,以确保电气性
能和安全。

6.磁芯选择:选择合适的磁芯材料和尺寸,以确保变压器的性能和稳定性。

总之,35W12V高频变压器绕制是指根据特定的要求和规格,设计和制造一个能够实现特定功能的高频变压器。

这个过程需要充分了解变压器的原理和设计方法,并考虑到各种因素,以确保最终的变压器性能达到要求。

高频LLC谐振变压器设计要素及注意事项

高频LLC谐振变压器设计要素及注意事项

总结高频LLC谐振变压器设计要素1、须注意减少邻近效应。

相邻导线流过高频电流时,由于磁电作用使电流偏向一边的特性,称为“邻近效应”。

如相邻二导线A,B流过相反电流IA和IB时,B导线在IA产生的磁场作用下,使电流IB在B导线中靠近A导线的表面处流动,而A导线则在IB产生的磁场作用下,使电流IA在A导线中沿靠近B导线的表面处流动。

又如当一些导线被缠绕成一层或几层线匝时,磁动势随绕组的层数线性增加,产生涡流,使电流集中在绕组交界面间流动,这种现象就是邻近效应。

邻近效应随绕组层数增加而呈指数规律增加。

因此,邻近效应影响远比趋肤效应影响大。

减弱邻近效应比减弱趋肤效应作用大。

由于磁动势最大的地方,邻近效应最明显。

如果能减小最大磁动势,就能相应减小邻近效应。

所以合理布置原副边绕组,就能减小最大磁动势,从而减小邻近效应的影响。

理论和实践都说明,设计工频变压器时使用的简单方法,对设计高频变压器不适用。

在磁芯窗口允许情况下,应尽可能使用直径大的导线来绕制变压器。

在高频应用中常导致错误,使用直径太大的导线,则会使层数增加,叠加和弯曲次数增多,从而加大了邻近效应和趋肤效应,就会使损耗增加。

因此太大的线径和太小的线径一样低效。

显然由于邻近效应和趋肤效应缘故,绕制高频电源变压器用的导线或簿铜片有个最佳值。

当相邻的导线流过电流时,会产生可变磁场,从而形成邻近效应,如果邻近效应发生在绕组层间时,其危害性是很大的。

邻近效应比集肤效应更严重,因为集肤效应只是将导线的导电面积限制在表面的一小部分,增加了铜损。

它没有改变电流的幅值,只是改变了导线表面的电流密度。

但相对来看,邻近效应中的涡流是由相邻绕组层电流的可变磁场引起的,而且涡流的大小随绕组层数的增加按指数规律递增。

总结,做高频LLC谐振变压器时使用的线材,用多股绞合线或者丝包线为最佳。

例如:0.1*40股,或者0.05*40股等,线径越小,邻近效应与趋肤效应危害就越小。

当线径小到某一值时,再减小线径所起作用就不大了,就市面上来讲,目前多数用的0.1*XX股线为最多。

高频变压器设计原理

高频变压器设计原理

摘要:阐述了高频开关电源热设计的一般原则,着重分析了开关电源散热器的热结构设计。

关键词:高频开关电源;热设计;散热器1 引言电子产品对工作温度一般均有严格的要求。

电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。

当温度超过一定值时,失效率呈指数规律增加。

有统计资料表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%;温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。

所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求,这就是电子设备的热设计。

而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备,温度更是影响其可靠性的最重要的因素,为此对整体的热设计有严格要求。

完整的热设计包括两方面:如何控制热源的发热量;如何将热源产生的热量散出去。

最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。

2 发热控制设计开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管(如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等),大功率二极管(如超快恢复二极管、肖特基二极管等),高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。

针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。

2.1 减少功率开关的发热量开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一,减少它的发热量,不仅可以提高开关管自身的可靠性,而且也可以降低整机温度,提高整机效率和平均无故障时间(MTBF)。

开关管在正常工作时,呈开通、关断两种状态,所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。

其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。

可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。

MOSFET的通态电阻较IGBT的大,但它的工作频率高,因此仍是开关电源设计的首选器件。

现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ,从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。

美国APT公司也有类似的产品。

高频变压器设计规范

高频变压器设计规范

高频变压器设计规范目录1.目的 (2)2.适用范围 (2)3.引用/参考标准或资料 (2)4.术语及其定义 (2)5.规范要求 (2)6.附录 (12)1.目的为了实现高频变压器设计的标准化,为我司工程师在设计变压器过程中提供参考,特制订此规范。

2.适用范围本规范适用于公司所有正激变压器及反激变压器的设计。

3.引用/参考标准或资料无。

4.术语及其定义正激变压器:因其初级线圈被直流电压激励时,次级线圈正好有功率输出而得名。

反激变压器:又称单端反激式变压器或Buck-Boost转换器。

因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名。

5.规范要求5.1高频变压器磁芯材料与几何机构在大多数开关电源的高频变压器中,常用的软磁材料有铁氧体,铁粉芯,恒导合金,非晶态合金及硅钢片。

主要应用软磁材料四个特性:磁导率高、矫顽力小及磁滞回线狭窄、电阻率高、具有较高饱和磁感应强度。

现我司高频变压器通常采用锰锌铁氧体材料。

磁芯厂家都生产了一系列不同材质的磁芯,各厂家有自己的命名规范。

以常用的PC40(TDK命名规范)材质为例,东磁表示为DMR40,天通则表示为TP4,实际性能差异几乎可忽略不计。

通常我们关注的磁芯参数主要有初始磁导率,饱和磁通密度Bs,剩磁Br,矫顽力Hc,功耗Pv,居里温度Tc,在高频变压器的设计以及日后应用过程中,这些参数往往起到非常重要的作用。

图1所示各种磁芯的几何形状有EE型、ETD型、PQ型等多种。

EE型、ETD型、PQ型也是我司高频变压器设计时通常采用的磁芯结构。

每种规格磁芯对应多种尺寸可供选择。

一般每种类型及尺寸的磁芯,其对应的骨架是一定的,变动一般在于pin数和pin针间距的不同,设计者可根据实际应用需求选择,也可以联系骨架厂商进行开模定制。

图5.1 各种几何结构的变压器磁芯图1 磁芯的几何形状5.2高频变压器常用材料介绍上节主要介绍了高频变压器的磁芯特性及结构,除此以外,要构成一个完整的高频变压器,主要材料还有:导线材料,压敏胶带,骨架材料。

高频变压器 参数

高频变压器 参数

高频变压器参数高频变压器是一种在电力系统中广泛应用的重要设备,它具有许多关键的参数。

本文将从多个角度介绍高频变压器的参数,以便读者更好地了解它的工作原理和应用。

一、额定功率高频变压器的额定功率是指它能够正常工作的最大功率。

这个参数非常重要,因为它决定了变压器是否能够满足电力系统的需求。

一般来说,额定功率越大,变压器的负载能力就越强,但同时也会增加成本和体积。

二、变比变压器的变比是指输入电压与输出电压之间的比值。

变比决定了变压器的升降压能力,它可以根据电力系统的需求进行设计。

变比可以通过改变变压器的绕组比例来实现,通常用于将高电压转换为低电压或者低电压转换为高电压。

三、频率响应高频变压器的频率响应是指它在不同频率下的工作性能。

由于电力系统中存在不同频率的电源,高频变压器需要能够适应不同的频率变化。

频率响应通常通过变压器的铁心材料和绕组设计来实现,以保证高频变压器在不同频率下的稳定工作。

四、损耗高频变压器的损耗是指在工作过程中产生的能量损失。

损耗包括铜损耗和铁损耗两部分。

铜损耗是指变压器绕组中电流通过导线时产生的热能损失,而铁损耗是指变压器铁心材料在工作过程中产生的磁能损失。

减小损耗是提高高频变压器效率的关键。

五、绝缘等级高频变压器的绝缘等级是指它在工作过程中所能承受的最高电压。

绝缘等级的选择要考虑到电力系统的电压水平和安全要求,以保证变压器的安全可靠运行。

绝缘等级通常通过选用合适的绝缘材料和绝缘结构来实现。

六、温升高频变压器的温升是指在额定负载下,变压器工作时产生的温度升高。

温升对变压器的寿命和可靠性有重要影响,因此必须控制在合理范围内。

温升可以通过优化变压器的散热结构和选择合适的冷却方式来降低。

总结高频变压器的参数对其工作性能和应用范围有着重要影响。

通过对额定功率、变比、频率响应、损耗、绝缘等级和温升等参数的了解,我们可以更好地理解高频变压器的工作原理和特点。

同时,在实际应用中,还需根据具体需求选择合适的高频变压器,以确保电力系统的安全稳定运行。

大功率高频开关电源变压器设计与损耗分析

大功率高频开关电源变压器设计与损耗分析

5 结 束 语
通 过 对 高频 变压 器 损 耗 的分 析 计 算 ,在 设 计 中 要 充 分 考 虑 这 些 因素 ,尽 可 能解 决 高 频 开 关 电源 在 应 用 中磁 性 元 件 的 损 耗
P : R: \o 3 W 2× I ×0 3 } 15 0
交 流 电 阻损 耗 :
Kfe'  ̄ G I K c  ̄一 , (

() 1
时 △B=1 T
可 得 磁 滞损 耗 的模 型 为 :

() 2 副边 匝数 的计 算
-( K 1
); )(F Kc ( 3/ x
( 2 )
I2 l 、一 :

-- x7 一 一 2- o 4 0 。 x1 5K1 一 1
=0 5. 9
已知一次侧线圈电随:==. 15 R IO 06 0
直 流 电 阻一 次 侧 线 圈 损耗 :
P =xcl z 1 ̄W c f d" _ l掣 x06 2 R- 005
已 知二 次 侧 线 圈 电 阻 : d= .0 5 R c 00 3 2 直 流 电 阻二 次 侧 线 圈 损耗 :
选 用铁 基超 微 晶 环形 铁 芯 : L 1 0 0 0 ON 一 3 8 4 ,该 磁 芯 的 饱 和 磁 感 应 强 度 B= .5 ,剩 余 磁 感 应 强 度 B< . r1 T 2 02 T,居 里 温 度 5 O , 始 磁 导 率 I> 0 0 最 大 磁 导 率 < 0 0 , 耗 P 1℃ 初 , 3 0 0, L i 50 0 损 ( . 、0 H ) 3 W/ g。 形 尺 寸 : 径 1 O 05 2 k z < 0 k 外 T 外 3 mm , 内径 8 mm , O

变压器选型 匝数比-概述说明以及解释

变压器选型 匝数比-概述说明以及解释

变压器选型匝数比
【变压器选型】关乎系统电能传输效率与稳定,其中,匝数比作为关键参数,对变压器性能起着决定性作用。

『匝数比』,即原副边线圈的匝数之比,用以反映电压变换比例,是变压器设计中的核心要素。

一、『确定匝数比』的基本原则:
1. 根据实际需求:首先,应明确输入电压和所需输出电压,根据变压原理,『匝数比=N₁/N₂=U₁/U₂』,其中N₁、N₂分别为原边和副边的匝数,U₁、U₂则为对应的电压值。

因此,通过实际电压值即可精确计算出所需的匝数比。

2. 考虑功率因素与频率:在高频或大功率应用场合,考虑电磁感应效应及损耗,匝数比的选取需结合系统的功率因数和工作频率进行优化。

3. 留有余地:设计时一般会预留一定的电压调整裕度,确保变压器在各种工况下仍能稳定运行,避免电压过高或过低导致设备损坏。

二、『特殊应用场景下的匝数比选择』:
1. 三相变压器:对于三相变压器,各相之间的匝数比需保持一致,以保证三相电压平衡,确保供电质量。

2. 自耦变压器:自耦变压器的匝数比可小于、等于或大于1,这取决于其降压、升压或隔离的应用需求。

3. 特殊用途变压器:如音频变压器、脉冲变压器等,其匝数比的选择还需充分考虑信号传输特性、阻抗匹配等因素。

4. 防护与隔离变压器:用于安全防护和电气隔离时,匝数比的设计不仅要满足电压变换要求,还要符合相关电气安全标准。

总结来说,变压器选型过程中,合理选择匝数比至关重要,它直接影响到变压器能否高效、稳定、安全地完成电能转换任务。

每一款变压器在设计之初,都应紧密结合实际应用条件,科学严谨地计算并确定其最优匝数比,以实现最佳的使用效果。

关于大功率高频变压器的设计

关于大功率高频变压器的设计

关于大功率高频变压器的设计设计高频变压器首先应该从磁芯开始。

开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。

磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。

磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。

高的电阻率,则涡流小,铁耗小。

新晨阳电容电感铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。

高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。

注意:1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。

2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。

同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。

对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。

单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件,鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性,为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法,可供高频变压器设计人员参考。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。

在1994~2001年,国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品,现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件,新晨阳电容电感单片开关电源中高频变压器性能的优劣,不仅对电源效率有较大的影响,而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性(EMC)。

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硅钢片
非晶/纳米晶
大功率磁芯材料选择
磁粉芯
铁氧体
非晶/纳米晶,或铁氧体是大功率高频 变压器的主流选择
但要根据具体设计参数考虑
17
非晶带绕磁芯的附加损耗
磁通垂 直薄带
气隙切口 绝缘破坏
内拐角局部饱和 改变磁通方向
带绕磁芯仅对平行方向的磁通引起的涡流损耗有抑制的效果; 开气隙后,存在切口端部和垂直薄带的磁通,会带来附加涡流损耗; 在内拐角处,存在局部磁芯饱和,使得磁通偏移薄带方向,造成涡流。 18
1.25
10- 52.5
10- 53.75 t
10- 5 5
10- 5
8
大功率高频变压器的特点
全高频+大电流,绕组设计更加重要(涡流效应大); 制造成本高,周期长(难以试错); 工作频率相对低(几kHz-几十kHz); 发热/温升矛盾突出(损耗密度大,热设计重要); 音频噪声严重(降噪措施有限); 变压器需要开气隙(严重的临近效应损耗); 杂散涡流损耗大(金属构件多) 变压器电磁参数控制严格(漏感、激磁电感,设计困难) 绝缘设计重要(高压应用,导致漏感难以做小)
Lm M 2 / L2
Lk L1 - M 2 / L2
13
变压器等效电路参数的测量
Lk
n:1
Lpo
Lm
Lk
n:1
Lpo Lk Lm
Lm
Lm
Lso
Lso Lm / n2
Lps Lk
n Lk
Lk
n:1
Lps
Lm
合适的模型要满足:参数可测量,便于应用分析。
14
传统磁元件设计方法的局限
AP法选磁芯大小: AP Ae Aw
15
磁性元件优化设计
P (kW/m3) cv
总损耗(W)
1、损耗模型
理论 模型
J
y
(
x)
k
H1
cosh[k
(d - x)] - H sinh(kd )
2
cosh(kx)
仿真 模型
损耗P=Pc+Pw Pc
测试 模型
10000 1000 100
实 验 -f=50kHz 实 验 -f=100kHz 实 验 -f=150kHz 实 验 -f=200kHz 实 验 -f=250kHz 实 验 -f=300kHz 模 型 -f=50kHz 模 型 -f=100kHz 模 型 -f=150kHz 模 型 -f=200kHz 模 型 -f=250kHz 模 型 -f=300kHz
11
outlet
0.8
00
3 10
Ww
0.6
00
3 10
Ww
00
3 10
Ww
0.4
高频损耗
0.2
------
00
2 10 4
-5 5 10
4 10 4
导体厚度
6 10 4 Ww
8 10 4
-3 1 10
inlet
9
原、副 边电荷
副边 电荷
原边 电荷
34
高频变压器物理模型
原边漏 磁通
激磁 磁通
磁芯 损耗
采用气隙避让
Gap
产生励磁电感--增加气隙
Jmax=386A/mm2
Gap
Jmax=219A/mm2
采用分布气隙
气隙避让空间大小大体按3倍气隙,但具体优化需要仿真确定;
分布气隙个数也可参考3倍原则,但优化需要仿真确定。
19
存在一个损耗最小的绕组导体线规
H1=0, H2=1 5kHz
2kHz
箔厚度(mm)
物理匝比 NP NS
开路变比 UP Lm Lk n
US
Lm
等效变比 n
电感变比
LP LS
Lm Lk Lm / n2
Lm Lk n Lm
负载变比 U P US
11
由磁路结构计算等效电路参数
F3
i2
F2
F1 i1
u1
磁路结构
Lk
n:1
2 Lm
1
等效电路
磁路图
F3
F1
N1端电感@N2开路 L1o
副边漏 磁通
绕组 损耗
1 2 电场分布
ip
1
磁场分布
Lkp n:1
Lks is
3
Np
Ns
理想变压器
Lm
2
4
实际变压器(磁场+电场+电流场)
10
高频变压器等效电路模型
1
ip im
2
3
is
4
Lk
1
n:1
3
Lkp
Np:Ns Lks
1
3
Lm
L’m
2
4
漏感全部则算到原边,即令Lsk=0
2
4
固定变压器变比,即令n=Np:Ns
损耗P
电流密 度分布
10kHz
1kHz 实心
损耗最小线规与导体形状(园/箔/管),频率,绕组层数,绕组布局都有关系
20
变压器绕组的磁场分布特点
负载(变压器)电流激励 激磁(电感器)电流激励
电流密
200
度分布
100
is2( t)
ip
ip2(t) 0
im( t)
im:电感器分量
- 100
is:变压器分量
- 200
0
1.25
10- 52.5
10- 53.75
10- 5 5
10- 5
对有气隙变压器t ,要分别
考虑变压器分量电流和电
感器分量电流引起的损耗
磁场 分布
变压器分量损耗减小方法:绕组三明治、交错布置,线规优化 电感器分量损耗减小方法:分布气隙、气隙避让、多股绞线
21
增加漏磁路面积
增大漏感--增大漏磁通
L 2I 2
rms
Bm J Ku
简单公式算匝 数和气隙:
Urms 4.44 f N Ae Bm
Lm
0
N la
Ae
L Im N Ae Bm
L 0 N Ae la
主要局限: Bm 和J 是关键,但难以预先给定,更多是凭经验和手册
只是选择磁芯的方法,不是设计磁芯。 是基于电参数的可行计算,不是基于损耗的设计 是基于经验手册的设计,不是基于优化的设计
电力电子技术已经渗透到几乎全部电气领域各个学科
3
新能源发电
太阳能发电
风能发电
集成变压器/电抗器
电力系统应用
隔离变压器
柔性电网
换流站
无功补偿器
变压器: 工频大电流,高电压
i
i
i
电抗器: 工频大电流+高频小纹波
t
t
t
4
变频传动
交流输入 电抗器
直流电抗器
交流输出 电抗器
传动系统应用
电动汽车
多波头整流变压器
N2端电感@N1开路 L2o
i2*N2
R3
R1
F2
i2
N2)
L2o
2 i2
F2 N2 i2
N22
( 1 R1
1) R3
12
由电磁场仿真计算等效电路参数
通过仿真得到的电感矩阵,可 以得到自感L1、L2和互感M
L1 Lk Lm L2 Lm n2 M Lm n
n L2 / M
基于传输/储存容量
对变压器
AP Ae Aw
(
U p _ rms
) ( 2N p I p _rms )
4.44 f N p Bm
J Ku
2S
4.44 f Bm J Ku
磁芯总体尺寸
对电抗器
AP Ae Aw
( L 2I rms ) ( N Irms )
N Bm
J Ku
LLC谐振变换器的电压调整范围受负载影响较大,难以实现与DAB变换器相同 的宽电压范围控制。
7
LLC电路基本工作波形
ip Lr
n
is
Lm
im
Lr, Lm和n是三个关键磁件参数;
希望三个磁元件能够集成在一个 磁芯结构上。
200
100
is2( t)
ip
ip2(t) 0
im( t)
- 100
im is
- 200 0
23
谢谢! Q&A
24
i2*N2
i1*N1
i1*N1
R3
R1
R3
R1
F2
F1
i1
N1 R1
L1o
1 i1
F1 N1 i1
N12 R1
N2端电感@N1短路 L2s
i2*N2
R3
R1
F2
i2
N2 R3
L2s
2 i2
F2 N2 i2
N
2 2
R3
L1o Lm / n2
Lm
L2o Lk Lm
n
L2s Lk
Lk
电路参数
H
提高漏磁路磁导
磁芯
PS SP
PS SP
保证原、副边绕组高压绝缘,往往导致漏感太大,这时可考虑降低匝数;
但减少匝数,磁通增加,磁芯损耗又会增大。
22
结论
电力电子变压器有广阔的应用背景与发展潜力 电力电子变压器(PET)的系统架构基本定型 大功率高压高频变压器是PET发挥优势的瓶颈 大功率高频变压器不能套用电力变压器设计套路 是电场(绝缘)、磁场(电感)、涡流场(损耗)和热场(散热)的综合系统 需要PET系统架构设计与变压器参数要求紧密协同(变压器规格) 对变压器的设计和制造的配合提出了很高要求 大功率高频变压器的测试技术(设备+方法)还需加强 对变压器各个细节的考虑和优化十分重要,也有很大改善机会
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