基于电路平均模型的ZVS三电平DC—DC变换器小信号模型
文 章编 号 :0 1 2 7 2 0 ) 7—0 4 一O 1 0 —2 5 ( 0 8 0 01 3
Ab t a t sr c :Th t s s do s ic i a e a e e he i a pt c r u t v r g d mo ln t od, rvi g t e m o e e o—v l— de i g me h de i n h d lofz r o t a e s t hi g TL g wic n DC —DC o e t r Sm a lsgn l c nv r e . l i a a a y i i do e n n lss s n i SI e rx i M t i s mul ton nv r - a i e ion me t v i n c mpl x n ,a o di g o e m a he tc c l u a i n. t ma is a c l to The v ld t s e a ne x rm e t t o y a a i iy i x mi d by e pe i n , he r — n l ss a c r t t x rme a e ul. a y i c o ds wih he e pe i nt lr s t
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基 于 电路 平 均 模 型 的 Z VS三 电 平 D C— DC 变换 器小信号模型
叶 惠 , 志强 , 王 刘芽 芽 ( 南理 工 大学 电 力学 院 ,广 东 广 州 5 0 4 ) 华 1 6 0
S l Sg a o e fZ r — ot g wic i g TL DC —DC n e trU sn e a eM o e mal i n lM d lo e o—v la eS th n — Co v re ig Av r g d l
YE u , A NG H iW Zhi—qi g, U an LI Ya— y a
( e t i o r C l g , ou h Ch n ie st fTe h o o y, a g h u 5 0 4 Ch n ) Elc rc P we o l e S t i a Un v r iy o c n l g Gu n z o 1 6 0, i a e
摘 要 : 用 电路 平 均 模 型 的 建 模 方 法 , 零 电压 采 对
控 制 补偿 回路 。通过 和零 电压 软 开关 移 相全 桥变 换
软 开 关三 电平 直 流 变换 器进 行 建 模 。在 S Mer I ti x 软 件仿 真环境 下进 行 小信 号 分 析 , 免 了复 杂 的数 避
K e r s: L y wo d T DC —D C o e t r c r ui ve — c nv r e ; ic ta r
变 换作 用 , 另外 只是 对 初次 级 的 电气 隔离 , 只考 虑 若
电压 电流 的数 学关 系 , 以认 为输 入 输 出的 电压 参 可 考 点相 同 , 因此 , 次级 的 地 等效 为 P端 子 , 子 a 初 端 和 c 别 标 识 在 图 中。第 2步 , 均 端 子 a P和 C 分 平 , 的 电压 、 电流关 系 , 得其 平 均模 型 。最后 将所 得平 获 均模 型 替 换 到 原 位 置 , 得 功 率 级 的 平 均 电 路 模 即
型 l 6。
a e de ; ma lsgn la a yss g d mo l s l i a n l i
0 引 言
近 年 来 , 电 平 直 流 变 换 器 得 到 广 泛 地 研 三
究u 。 目前 对 三 电平 直 流变 换 器 的建 模 一般 是 从 Bc uk变换器 的 小信号 模 型衍 变而 来 , 得模 型 考 虑 所
图 1 三 端 子 的 定 义
建 模 前设 所 有 开 关 器 件 为理 想 器 件 , 略 输入 忽
电压 与输 出电 流的纹 波 。其 拓扑 开关 函数 为 :
・
《 械与 电子 )0 8 7 机 Z0()
41 ・
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了软开 关 情况下 造成 的 占空 比损 失 。这是 一 种 间接
的建模 方 法 。本 文 在 S Mer I ti 真 环 境 里 建 立 了 x仿 零 电压 开关 三 电平直 流变 换器 的大信 号平 均 电路模 型 , 真分 析 了变换器 小 信号行 为 , 此设计 了 电压 仿 据
收 稿 日期 :0 8 3—0 2 0 —0 5
台 4 0W 实 验样 机 , 8 进行 仿真 分析 和 实验研 究 。
关键 词 : 电平 直流 变换 器 ;电路 平 均 模 型 ; 三 小
信号分 析
中图分 类 号 : TM3 1 2 O . 文献标 识码 : A
1 主 功 率 级 建 模
Vo p r nV. 出了三端 P rei 提 a WM 开关 模 型 的建 模 思想 , 可 以推 广 到对 复 杂拓 扑 建 模 。基 于该 ]它 思 想 , 虑建 立 三 电平 变换器 的平 均模 型 , 考 进而 进行 小 信号分 析 。第 1步 , 分 出拓 扑 中含 开关 网络 的 划 部 分 , 图 1中阴影部 分所 示 , 如 由于变压 器 除 了电压
器 小 信号 模型 传递 函数 对 比 , 出两 者 具 有 相 同的 得 小 信 号响 应特 性 。为验 证 理 论 分 析 的 正 确 , 计 了 设
一
学计算 。通 过 实验 研 究验 证 了 小信 号 分 析 的 正 确
性 , 论 分 析 与 实验 结 果 做 到 了 良好 的 吻 合 。 理
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计摘要:小信号建模分析是移相全桥ZVS变换器理论研究的重要部分,利用小信号建模分析可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统,建立符合设计要求的物理模型。
本文小信号模型基于Buck 变换器电路的开环小信号模型,利用状态空间平均法原理,搭建出峰值电流控制的闭环小信号模型。
这就需要先构分析研究Buck变换器开环小信号模型建立方法,在完成以上理论研究并搭建出闭环小信号模型基础上,为后续设计数字控制器打好基础。
关键词:状态空间平均法 BUCK变换器小信号建模一、引言性能良好的控制器是开关电源所必需的,需要建立闭环小信号模型从而完成控制器的设计。
在研究一个典型变换器系统时,当输入电压或负载发生变化时,我们常希望通过闭环反馈控制系统,来调节变换器的开关管通断时间,并且要采取相应措施来抑制输入电压、负载变化等对变换器输出参数的影响,提高系统稳定性输出精度,保持变换器系统输出电压恒定,具备较好的静态性能,并使系统的超调量、调节时间等动态性能满足设计要求。
因此,变换器作为闭环控制系统,其静态、动态性能是否满足要求,与反馈控制的设计好坏密切相关。
由于开关管、整流二极管这些非线性器件移相全桥ZVS变换器中得到了大量使用,因此移相全桥ZVS变换器是一个典型的非线性系统,较为复杂。
因此我们寻求一种高效的数学的方法,简化复杂的物理模型,从而得到一种较好理解和分析研究的数学模型,即小信号模型。
二、状态空间平均法原理分析在电路系统中,各状态变量的小信号扰动量的关系,随着系统处于某稳态工作点附近时,可以近似看做为线性特性,因此利用小信号建模分析就可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统,建立符合本文设计要求和较容易分析研究的物理模型。
[1]在简化物理模型后,电路系统中各控制量对输出电压的传递函数就可以建立起来了,之后对控制器的设计就可以利用经典控制理论来完成了。
本文采用常见且应用成熟的小信号建模方法:状态空间平均法。
两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较
两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较移相全桥ZVS-PWM变换器是一种高效率、高可靠性的DC-DC变换器,其拓扑结构复杂,但是具有很好的电路性能和电气参数。
在实际应用中,有多种不同的移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑可供选择。
本篇文章将比较两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑,分别是基于全桥拓扑的变换器和基于三电平全桥拓扑的变换器。
1. 基于全桥拓扑的变换器基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是最常用的拓扑结构。
该拓扑结构具有轻松实现基本ZVS动作的优点,无需使用任何复杂的电路,而且具有较好的成本和设计灵活性。
在实际应用中,基于全桥拓扑的变换器通常需要使用一些辅助电路,以解决谐振现象。
优点:①电路操作简单,易于实现。
②交流侧的损耗较小。
③实现高功率密度。
缺点:①输出电压受交流电源电压的波动影响较大。
②峰值应力程度较高。
2. 基于三电平全桥拓扑的变换器基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是近年来发展较快的一种拓扑结构。
该拓扑结构下,采用更多的功率器件以及更加复杂的电路拓扑,在谐振问题的处理方面具有重要的优势。
目前该拓扑结构在风能、太阳能等领域得到了广泛应用。
优点:①基本消耗无谐振的电路,减小了电路的开关损耗。
②输出电压呈三级结构,可轻松实现多种电压调节方式。
缺点:①开关器件数目增加,造成电路设计和控制难度大。
②在高频控制时可能造成比较强的谐振噪声。
综上所述,两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑各有优缺点,在选择时应根据实际应用需求进行评估。
虽然基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器在谐振问题上更加优越,但其电路复杂度和控制难度也更大,适用于高要求的应用场景。
而基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器则相对简单易用,更适用于低功率应用。
数据分析是一种通过数学和统计学方法对数据进行分析和解释,以准确判断数据的意义和价值的方法。
在实际工作中,数据分析在市场调研、销售预测、风险管理、财务报表分析等领域都发挥着重要作用。
带有箝位二极管的ZVS全桥三电平DC/DC变换器的研究
通 镌 电 潦 .
20 0 6年 7月 2 日第 2 5 3卷第 4 期
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J 12 , 0 6 o.2 o u. 5 2 0 ,V 1 3 N .4
Te c m o r c n lge l o P we h o i e Te o s
p ic l i gvr Mo evrtersI o i lt nv d yteter cuae r i es i L n p e ro e h eut f muai e f ho yi ac rt. s o h s
Ke r s lmp n i d ; VZ ; h e -e e o v r e y wo d :ca i g do e Z CS t r e lv lc n e t r
全桥 三 电平 ( ul r g re L v l B TL) 换 F lb i eTh e e e,F — d 变 器 。F B TL变换 器 结合 了 F B变 换 器 和 TL变换 器各
该 三 电平 D D C/ C变 换器 的主 电路 。在 该方 式 下 , 、 Q2 Q7 的导通 和关 断 时 间相 同 , 、 、 的导通 和关 、 Q6 断 时 间也 相 同 , 且其 关 断 时 间 分别 比 Q 、 滞 后 , 并 Q4 由此 称先 关 断 的 Q。 Q 为 超前 管 , 关 断 的 6只开 关 、4 后 管 为滞后 管 。在一 个 开关周 期 内 , 变换 器有 1 种 开 该 6 关模 态 , 各开 关模 态 的波形 如 图 2所 示 , 同开关 模态 不 下 的等效 电路分别 如 图 3所示 。
的 Z 。 VS
’ ' Q
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图 1 主 电路 拓 扑 结 构
为方便 分 析 , 如 下 假设 : 1 开 关 器 件 通 态压 降 作 ()
T型三电平VSC-HVDC系统模型预测灵活功率控制策略
T型三电平VSC-HVDC系统模型预测灵活功率控制策略梁营玉;刘涛;李岩;黄伟煌;刘树【摘要】Power model of T-type three-level based on VSC-HVDC(Voltage Source Converter based HVDC) system is formulated,based on which the finite control set model predictive direct power control strategy with two-step prediction is proposed.The proposed control strategy can achieve three control targets simultaneously,i.e.,accurate power reference tracking,DC-side capacitor voltage balancing and average switching frequency decreasing.However,the proposed control strategy may cause harmonic currents under unbalanced grid voltages.To solve the above problem,power compensation strategy is usuallyadopted,which,however,provides only three alternative control objectives,i.e.,eliminating negative current,suppressing active power ripples and removing reactive power ripples.It is difficult for the aforementioned three control objectives satisfying the constraints of converter and the requirements for converter fault ride-through under diverse AC grid faults.In this regard,flexible power control strategy is proposed,which can achieve a compromise and flexible power control between the control targets.A simulation model of T-type three-level VSC-HVDC system is performed and the simulative results verify the correctness of the proposed control strategy.%建立了基于T型三电平基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统功率模型,并据此提出了基于两步预测的有限控制集模型预测直接功率控制策略,其可实现功率指令值的精确跟踪、直流侧电容电压平衡和降低平均开关频率3个控制目标.但该控制策略在电网电压不对称时会产生谐波电流,为了解决该问题,通常增加功率补偿策略.然而当采用传统的功率补偿策略时,只有3种可选的控制目标:抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动.上述3种控制目标难以在各种类型的交流故障下同时满足换流器自身的限制条件和电网对换流器故障穿越的要求.为此,提出了灵活功率控制方法,其可在各控制目标之间实现折中控制,控制方式灵活.搭建了T型三电平VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的正确性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2017(037)011【总页数】7页(P113-119)【关键词】柔性直流输电;VSC-HVDC;有限控制集模型预测控制;灵活功率控制;不对称电网电压;两步预测【作者】梁营玉;刘涛;李岩;黄伟煌;刘树【作者单位】中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京100083;南方电网科学研究院有限责任公司直流输电技术国家重点实验室,广东广州510080;南方电网科学研究院有限责任公司直流输电技术国家重点实验室,广东广州510080;南方电网科学研究院有限责任公司直流输电技术国家重点实验室,广东广州510080;北京四方继保自动化股份有限公司,北京100085【正文语种】中文【中图分类】TM721.10 引言基于全控型电力电子器件和脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)技术的基于电压源型换流器的高压直流输电VSC-HVDC(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current)具有不需要无功补偿设备、可实现有功和无功功率的独立控制、输出电流波形质量较好、不存在换相失败问题等优点,自出现以来就得到了迅速的发展[1]。
新型全桥ZVSPWMDC—DC变换器的小信号建模及仿真
0本刊重稿 0
S IN E&T C NO O YI F R TO CE C E H L G N O MA IN
20 0 8年
第3 5期
新型 桥Z S W —C 换 小 号 模 仿 全 V MD D 变 器的 信 建 及 真 P C
云 刘 坤 赵 ( 宜春 学院 江 西 宜春 3 6 0 ) 3 0 0
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对 ()() 1 、2 引入 扰 动 量 , 得 B c 可 uk变 换 器 的小 信 号 方 程 , 方 程 见
3 、4) 人 们 的普 遍 关 注 和 广 泛 研 究 。 相 全桥 Z W M D — C变 换 器 控 制 ( ) ( : 移 VSP C D 电 路 简单 】 适 合 于高 频 、 , 很 大功 率 、 关 器 件 采 用 MO F T的 应 用 场 开 SE
t e r s l o i l t n we k o h tt e p o o e d ln a n d a tge u h a l a h sc lme n n n i l a c lto . h e u t fsmu a i , n w t a h r p s d mo e i g h s ma y a v o n a s s c s c e p y i a a i g a d smp e c l u a i n r
【 ywod 】V ; WM S i h S als a m dl g Ke rsZ S P w t ; m l i l o e n c — g n i
1引 言 . 移相 全 桥 Z SP V WM C D D — C变换 拓 扑 自 9 0年 代 出 现 以 来 .受 到
v= v  ̄ d
p r r n e o o — wi h n o v  ̄e a e i r v d f t e . c r n o t e o r t h r c e it ft e n v lp a e hi e u l rdc n e r c n b mp o e ur r Ac o di g t h pe ai c a a t rsi o o e h s -s f d f l i g f t c h ng c h t -b PW M —DC c n e t r h s P 【 rd d c d t e s l—sg a d lo h r p s d f l rd e ZVS P M DC o v re ,t i . ) e u e h ma l i l mo e ft e p o o e u l i g de n —b W DC—DC c n e rb s d o h q i ae t o v  ̄e a e n t e e u v l n s t h n ic i mo e . e ma n t d 一 ̄ q e e n h s 一 q e e h r c e itc fs l— i a r se u c in h v e n a ay e 。a d fo wi i g c r u t d 1 Th g iu e e u n y a d p a e  ̄e u n y c a a t rsi s o mal sg lta fr f n to a e b e n z d n r m c n n l
ZVS三电平DCDC变换器的研究
华中科技大学硕士学位论文ZVS三电平DC/DC变换器的研究姓名:李小兵申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:李晓帆20060428摘 要直流变换器是电力电子变换器的重要组成部分,软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术,成为现代电力电子技术研究的热点之一。
由于对电源设备电磁兼容的要求的提高,一般在电源设备中都要加入功率因数校正环节,导致后继开关管电压应力的提高。
三电平直流变换器相应提出,主开关管的电压应力为输入直流电压的一半。
使得三电平直流变换器一提出就得到全世界电源专家和学者的重视,短短十几年内,相继提出许多种改进型三电平直流变换器,包括半桥式和全桥式。
根据主开关管实现软开关的不同,将三电平直流变换器分为零电压软开关和零电压零电流软开关。
本文首先给出了基本半桥式三电平DC/DC变换器,详细分析了其工作原理,讨论了主要参数的设计和由于次级整流二极管的反向恢复导致主开关管的电压尖峰。
接着给出一种带箝位二极管的改进型半桥式三电平DC/DC变换器。
文中给出了Saber软件的仿真结果,进一步证明改进方案的正确性和可行性。
针对前面讨论的两种半桥式三电平DC/DC变换器,设计了实验电路来验证理论分析的正确性,文中给出了实验结果。
接着研究了一种新型ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器,文中详细讨论了该变换器的工作原理,讨论了主要参数的设计过程,给出了仿真结果。
最后,设计了一台实验装置来验证理论分析的正确性,给出了实验结果,说明了主开关管可以在全负载范围内实现零电压软开关,变换器的效率在输入电压高端较高,并且次级整流二极管实现了零电流开关,二极管电压应力为输出电压的2倍。
本文通过理论分析、仿真研究和实验验证,证实了半桥式三电平DC/DC变换器的优越性能,改进型的半桥式三电平DC/DC变换器比较好地消除了主开关管上的电压尖峰。
ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器良好的性能,使得在有掉电维持时间限制的场合得到广泛应用。
数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究的开题报告
数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究的开题报告一、研究背景及意义直流变换器由于具有调节性能好、效率高、质量轻、体积小、使用寿命长等优良特性,因此被广泛应用于各种领域,如工业控制、电力电子设备等。
发展至今,直流变换器研究已取得了许多成果,但在工作过程中,它也存在着一些问题,如输出电压波动、开关损耗大等,这些问题影响了直流变换器的性能和效率。
因此,为了提高直流变换器的性能和效率,需要对其进行改进和优化。
由于ZVZCS半桥三电平直流变换器具有工作稳定、效率高、输出电压波动小等优势,因此在电力电子领域中受到广泛关注。
与传统的直流变换器相比,ZVZCS半桥三电平直流变换器能够在较大电压范围内稳定工作,并且具有智能化、数字化、化简化等特点,因此在目前的研究中备受重视。
本文将探讨数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器的研究,通过分析其特点、建立数学模型,研究其控制策略,进而实现直流变换器性能的优化和提高,为电力电子领域的发展做出贡献。
二、研究内容及方法1.研究内容(1)ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点的分析(2)建立数学模型,包括直流母线、半桥三电平逆变器等(3)研究ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略,包括电流控制、电压控制等(4)进行仿真实验,评估其性能和效率的提高情况2.研究方法(1)文献综合:综合国内外相关文献,对直流变换器的研究历史、现状和发展趋势进行深入了解,为本文的研究奠定基础。
(2)数学模型的建立:根据直流变换器的结构和特点,利用矩阵转换思想建立直流变换器的数学模型,以此为基础进行研究。
(3)控制策略的分析:基于数学模型,分析ZVZCS半桥三电平直流变换器的控制策略,包括电流控制、电压控制等,并对其优劣进行评估。
(4)仿真实验:利用MATLAB软件进行仿真实验,评估直流变换器的性能和效率,反复优化设计,以达到最佳效果。
三、预期成果及创新点1.预期成果(1)对ZVZCS半桥三电平直流变换器的结构及特点进行深入分析,建立其数学模型,研究其控制策略(2)通过仿真实验,评估其性能和效率的提高情况,最终实现直流变换器性能的优化和提高。
最新-三电平双正激DCDC变换器-PPT文档资料
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集成到一个磁芯
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变换器的工作原理
分析变换器工作原理时的假设: 电路已工作到稳态。 MOSFETs 是由理想开关和体内二极管
组成。 输出滤波电感 Lf 假设为恒流源。 副边电感 Ls 是由变压器漏感和附加串
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实现 ZVS
8
三电平双正激DC/DC变换器
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实验波形(一)
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(a)门极驱动波形Vgs1 and Vs1 of S1 (b) 门极驱动波形Gate drive Vgs2 and Vs2 of S2 (Vgs1:5V/div,Vs1:100V/div,Time:2us/div) (Vgs2:5V/div,Vs2:100V/div,Time:2us/div)
基于电路平均模型的ZVS三电平DC-DC变换器小信号模型
基于电路平均模型的ZVS三电平DC-DC变换器小信号模型叶惠;王志强;刘芽芽
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2008(000)007
【摘要】采用电路平均模型的建模方法,对零电压软开关三电平直流变换器进行建模.在SIMetrix软件仿真环境下进行小信号分析,避免了复杂的数学计算.通过实验研究验证了小信号分析的正确性,理论分析与实验结果做到了良好的吻合.
【总页数】4页(P41-44)
【作者】叶惠;王志强;刘芽芽
【作者单位】华南理工大学电力学院,广东,广州,510640;华南理工大学电力学院,广东,广州,510640;华南理工大学电力学院,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.一种采用倍流整流电路的ZVS-ZCS三电平DC/DC变换器的研究 [J], 张兴;汪令祥;杨淑英;张崇巍
2.基于DSP控制的新型全桥ZVS PWM DC-DC变换器 [J], 孙铁成;汤平华;孙亚秀
3.基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器 [J], 马骜;黄铂;王朋
4.基于电路平均模型的ZVS移相全桥的小信号与暂态分析 [J], 叶惠;王志强;刘芽
芽
5.基于Intersil全桥ZVS控制器的高效率DC-DC变换器设计 [J],
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一种采用无源辅助网络的ZVZCS三电平DC-DC变换器
Ab ta tA VZ h e —e e - sr c : Z CS t r elv lDC DC o v re sn a sv u ia y n ti p o o e . ev la esr s c n e tru ig p s iea x l r e s r p sd Th ot g te s i
bl yo h st p lg r e i e y e p rme tl e ut. it ft i o oo ya ev rf d b x ei n a s ls i i r
Ke r s t r e lv lc n e t r VZ S;p s i e a x l r e y wo d :h e -e e o v r e ;Z C a sv u i a y n t i
EEACC: 29 B 1 0
一
种采用无源辅助 网络的 Z Z 5 VX2 三电平 D - C变换器 CD
孙铁成 , 朱雪秦 , 梁 联 , 王宏佳
( 哈尔滨工业大学电气工程系 , 哈尔滨 10 0 ) 5 0 1
