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【設(shè)計(jì)大賽】5W開關(guān)電源充電器DIY設(shè)計(jì)

參賽類型：開關(guān)電源

    現(xiàn)在在市場上買的電池充電器基本不可能不會(huì)把電池的肚子搞大，當(dāng)然是小攤上那種，就算這樣小攤上的現(xiàn)在也要賣5-15塊錢。已經(jīng)有兩塊電池被他們搞大肚子了。正好手里有幾個(gè)IC，所以計(jì)劃做這樣一個(gè)充電器，估計(jì)性能目前做不到最優(yōu)秀，但也只是希望不要再把電池的肚子搞大了，或許搞大她的肚子才能證明他強(qiáng)勁，小攤上賣的都是這么強(qiáng)勁的！

由于是自己使用，所以工作的電壓只需要設(shè)在我們國家的市電范圍即可，還別說，此時(shí)覺得自己居然連自己國家的電壓范圍都說不上來！那就定為185-265Vac吧。至于輸出參數(shù)，由于鋰電池的充電限制電壓都要求為4.2V（大多數(shù)手機(jī)電池上都是這樣寫的），也只是直接給電池充電，所以就把輸出電壓設(shè)為4.2V，電流設(shè)為1000mA,OK，現(xiàn)在可以學(xué)著大師們的足跡跳舞了，正式依葫蘆畫瓢，一步一步按照書中給的公式計(jì)算各參數(shù)。

還是先把變壓器參數(shù)計(jì)算出來吧

已經(jīng)知道輸入電壓最高為265Vac，最低電壓為185Vac，輸出電壓為4.2V，電流為1000mA,因此輸出功率為

Po=Vo*Io=4.2W

至于效率就先設(shè)為80%吧，因此輸入功率為

Pi=Po/η=5.25W

因那個(gè)IC的頻率為65-100KHz

根據(jù)Ap法可以選擇磁芯，因手里只有EE16的，所以就不選了。

接著再計(jì)算變壓器初級的峰值電流Ipk

Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

當(dāng)然有些老師寫的書里面的公式不是這樣子的，因此結(jié)果也會(huì)有些偏差，記得不知哪位老師的這個(gè)公工在除號下面還乘了一個(gè)效率。不知道是不是記錯(cuò)了，至于式中的K值是寫那本書的老師給的一個(gè)常數(shù)，其值為5.5，至于為什么我現(xiàn)在是沒能研究出來！

現(xiàn)在計(jì)算初級電感量

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H感覺這公式算出來偏差太大了，所以此次試驗(yàn)性的取個(gè)3mH吧

有了初級電感量，現(xiàn)在來根據(jù)電感量計(jì)算初級圈數(shù)

Np=1000*根號下（Lp/Al)=162圈

再簡單的估算下匝比

n=Vo/Vinmin=0.016灰常小，唉，怎么辦？

次級繞組圈數(shù)

Ns=Np*n=3圈，看著這么小，計(jì)劃分別用5，10圈試試

給IC供電的繞組計(jì)算

Na=Ns*(Va/Vo)=21圈

由于只有0.12的線，所以初級就用0.12的線繞162圈，次級用6根并繞5圈。供電用一根繞21圈。

上原理圖

 


PCB圖

  


再從輸入到輸出來確定每一個(gè)元件的參數(shù)

    首先是保險(xiǎn)的確定，保險(xiǎn)的耐壓是根據(jù)她的輸入電壓來確定，一般通用輸入和220左右電網(wǎng)的地方，保險(xiǎn)都是用250V的，至于120V電網(wǎng)的我還沒做過，但應(yīng)該不用選250V耐壓的保險(xiǎn)吧，電流就是按輸入功率除以輸入電壓最小值來確定，理論上這樣就可以了，但考慮到開機(jī)時(shí)的瞬間大電流，所以一般選用的時(shí)候都選用額定電流在理論計(jì)算值的2.5倍左右的保險(xiǎn)。但功率較大的電源這樣都還是不太保險(xiǎn)，因此有在整流管前串NTC電阻，在電路里面加緩起動(dòng)電路的。

壓敏電阻的選擇依據(jù)可根據(jù)壓敏電阻電壓≥Urms/0.64來選取




測試結(jié)果：

輸入220V時(shí)輸出電壓4.2V，帶載不行，帶載后電壓掉到3V左右，計(jì)劃先調(diào)整一下反潰補(bǔ)償?shù)脑?shù)看看效果。

先發(fā)一下，以保存，稍候再續(xù)

全部回復(fù)(59)
正序查看
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2012-04-25 10:43

頂起來！哈哈

看見你啦！

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2012-04-25 11:11

反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換（無剩余）；

輸出功率 P=Uout*Iout；變壓器轉(zhuǎn)換功率 Pi= Uout*Iout/η

每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；

秒轉(zhuǎn)換能量　Pi=p*f；

輸出能量 P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

E=L*di/dt；

----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；

則 P=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

=( Umin*η*Ton* Ipk^2)/ (2*T* Ipk)

=( Umin* Ipk *η* Ton)/( 2*T)

=( Umin* Ipk*η*D)/2;

---- Ipk=(2*P)/( Umin* D*η)；

如果說按D=0.5設(shè)計(jì)，

則Ipk=(4*P)/ (Umin*η)，

考慮一般情況下效率，則：有樓主的

Ipk=(K*P)/ Umin。(K=5.5)

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qinzutaim
LV.11
4
2012-04-25 13:45
電流為1000mA的話好多手機(jī)電池會(huì)大肚子的,用到300-400mA就可以了....
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geek
LV.7
5
2012-04-25 15:14
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換（無剩余）；輸出功率P=Uout*Iout；變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；秒轉(zhuǎn)換能量　Pi=p*f；輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt；----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η)；如果說按D=0.5設(shè)計(jì)，則Ipk=(4*P)/(Umin*η)，考慮一般情況下效率，則：有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

詳細(xì)，受教了，學(xué)習(xí)，頂你，還有請問有這么詳細(xì)推導(dǎo)的書是哪本呢？

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geek
LV.7
6
2012-04-25 15:15
@qinzutaim
電流為1000mA的話好多手機(jī)電池會(huì)大肚子的,用到300-400mA就可以了....
我這電池有3.5A/H,所以做個(gè)來試試
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geek
LV.7
7
2012-04-25 15:19
@笨小孩1114
頂起來！哈哈看見你啦！[圖片]
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2012-04-25 15:53
@geek
詳細(xì)，受教了，學(xué)習(xí)，頂你[圖片]，還有請問有這么詳細(xì)推導(dǎo)的書是哪本呢？
可能涉及開關(guān)電源理論的書籍都有吧，公式推導(dǎo)是印在腦子里的，基礎(chǔ)理論了。
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2012-04-25 16:00
先頂
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feitian9000
LV.7
10
2012-04-25 16:02
眼拙，沒看出用的什么IC。
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phoenix501
LV.1
11
2012-04-25 16:17
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換（無剩余）；輸出功率P=Uout*Iout；變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；秒轉(zhuǎn)換能量　Pi=p*f；輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt；----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η)；如果說按D=0.5設(shè)計(jì)，則Ipk=(4*P)/(Umin*η)，考慮一般情況下效率，則：有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

你好，我想搭車問個(gè)問題，關(guān)于反激變壓器，CCM模式，原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算？方法一：通過計(jì)算L，然后由N^2=L/AL來計(jì)算Np；方法二：Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae)，但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事，是最大磁密？是工作期間的磁密ΔB？是Bs-Br？還是別的什么...求指點(diǎn)...還有，我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書，怎么感覺好多地方作者說的朦朦朧朧的，或者思維跳躍很大...

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r2271297
LV.6
12
2012-04-25 16:25

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H

 

這里Dmax和K值肯定要對應(yīng)啊，你這個(gè)計(jì)算過程真哭笑不得，錯(cuò)誤也太多了

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geek
LV.7
13
2012-04-25 16:40
@r2271297
“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1ALp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H 這里Dmax和K值肯定要對應(yīng)啊，你這個(gè)計(jì)算過程真哭笑不得，錯(cuò)誤也太多了[圖片]
我是摸石頭過河，你說詳細(xì)點(diǎn)，我改
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geek
LV.7
14
2012-04-25 17:02
@phoenix501
你好，我想搭車問個(gè)問題，關(guān)于反激變壓器，CCM模式，原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算？方法一：通過計(jì)算L，然后由N^2=L/AL來計(jì)算Np；方法二：Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae)，但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事，是最大磁密？是工作期間的磁密ΔB？是Bs-Br？還是別的什么...求指點(diǎn)...還有，我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書，怎么感覺好多地方作者說的朦朦朧朧的，或者思維跳躍很大...
我遺憾的告訴你，我從來沒去深究過Bm是什么，一般我高興的時(shí)候我就取Bm=3000Gs
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qinzutaim
LV.11
15
2012-04-25 17:06

樓主應(yīng)該再驗(yàn)算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?

我只看到匝比就覺得有問題了

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geek
LV.7
16
2012-04-25 17:18
@qinzutaim
樓主應(yīng)該再驗(yàn)算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?我只看到匝比就覺得有問題了[圖片]
謝謝 ，資料太零散，整理好可能要驗(yàn)算，也可能支接裝板試，Dm試的0.48，開關(guān)頻率100K，IC耐壓800V
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dxsmail
LV.11
17
2012-04-25 17:24
過來看看。。。
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geek
LV.7
18
2012-04-25 17:30
@dxsmail
過來看看。。。
多指點(diǎn)哈
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shootcs2005
LV.5
19
2012-04-25 17:53
@feitian9000
反激、DCM、每周波能量全部轉(zhuǎn)換（無剩余）；輸出功率P=Uout*Iout；變壓器轉(zhuǎn)換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；秒轉(zhuǎn)換能量　Pi=p*f；輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt；----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η)；如果說按D=0.5設(shè)計(jì)，則Ipk=(4*P)/(Umin*η)，考慮一般情況下效率，則：有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)
大俠能否把CCM的一并推導(dǎo)一下，好讓大家對比一下??！謝謝??！
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feitian9000
LV.7
20
2012-04-26 10:49
@phoenix501
你好，我想搭車問個(gè)問題，關(guān)于反激變壓器，CCM模式，原邊匝數(shù)Np該怎么計(jì)算？方法一：通過計(jì)算L，然后由N^2=L/AL來計(jì)算Np；方法二：Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae)，但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事，是最大磁密？是工作期間的磁密ΔB？是Bs-Br？還是別的什么...求指點(diǎn)...還有，我看《變壓器與電感器設(shè)計(jì)》這本書，怎么感覺好多地方作者說的朦朦朧朧的，或者思維跳躍很大...
Bm就是Bm了，工作最大磁密。至于去值要看你用的磁芯材料，一般安全點(diǎn)取在2000-2400Gs(200-240mT)，因?yàn)榧词故荰DK的PC40，在120‘C時(shí)，2400-2500Gs位置已經(jīng)是拐點(diǎn)了，取高了，在高溫下?lián)p耗比較大，發(fā)熱也比較大，很容易引起飽和。如果散熱比較好，可以取到2800Gs，3000Gs還是算了吧，接近極限狀態(tài)比較危險(xiǎn)。
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feitian9000
LV.7
21
2012-04-26 10:52
@shootcs2005
大俠能否把CCM的一并推導(dǎo)一下，好讓大家對比一下?。≈x謝??！

反激，CCM，能量不完全轉(zhuǎn)換，每周波起始電流Ib、峰值電流Ip；K=Ib/Ip；

 

輸出  P=Uout*Iout

輸入轉(zhuǎn)換能量  Pi=P/η，P=Pi*η；

電感轉(zhuǎn)換能量  pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2；

                            Pi= L*f*(Ip^2-Ib^2)/2= L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；

同樣          E=L*di/dt；

                     Umin=L*(Ip-Ib)/Ton；

                     L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K))；

                     P=Pi*η= L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)

= Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))

=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)/2

=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2；

 

Ip=2*P/( Umin*D*Ip*(1+K)*η)；

就推到這了，次級的同樣用能量的原理推，只不過次級的

dt=Toff，

Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，

次級的E=Uout+Udiode；（Udiode是二極管壓降）

其實(shí)初級公式里面的E應(yīng)該含Umin和Uds(或Uce)的，只不過Uds(或Uce)相對于Umin而言實(shí)在太小，忽略不計(jì)了。

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geek
LV.7
22
2012-04-26 14:38
一直在想，為什么當(dāng)輸出電壓狠低、最低輸入電壓為220V電網(wǎng)的時(shí)候，計(jì)算出來的初級電感量會(huì)很大，一般會(huì)達(dá)到幾十mH，究竟對還是不對？到現(xiàn)在為止還沒想通！
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qinzutaim
LV.11
23
2012-04-26 15:55
@geek
一直在想，為什么當(dāng)輸出電壓狠低、最低輸入電壓為220V電網(wǎng)的時(shí)候，計(jì)算出來的初級電感量會(huì)很大，一般會(huì)達(dá)到幾十mH，究竟對還是不對？到現(xiàn)在為止還沒想通！
這個(gè)和IC的工作模式及最大占空比選擇有關(guān),CCM和DCM模式算出來是差很遠(yuǎn)的....
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dxsmail
LV.11
24
2012-04-26 16:34
@qinzutaim
這個(gè)和IC的工作模式及最大占空比選擇有關(guān),CCM和DCM模式算出來是差很遠(yuǎn)的....

確實(shí)差非常多。。。

公式就可以看得出來了。。。。

一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。

而CCM的頻率在65KHz左右。。。。

所以變壓器都是不一樣的。。。。。

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geek
LV.7
25
2012-04-26 16:40
@dxsmail
確實(shí)差非常多。。。公式就可以看得出來了。。。。一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。而CCM的頻率在65KHz左右。。。。所以變壓器都是不一樣的。。。。。
這個(gè)IC有兩種頻率的，一種是65K，一種是100K
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shootcs2005
LV.5
26
2012-04-27 00:22
@feitian9000
反激，CCM，能量不完全轉(zhuǎn)換，每周波起始電流Ib、峰值電流Ip；K=Ib/Ip； 輸出 P=Uout*Iout輸入轉(zhuǎn)換能量 Pi=P/η，P=Pi*η；電感轉(zhuǎn)換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2；                           Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；同樣         E=L*di/dt；                    Umin=L*(Ip-Ib)/Ton；                    L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K))；                    P=Pi*η=L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)=Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)/2=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2； Ip=2*P/(Umin*D*Ip*(1+K)*η)；就推到這了，次級的同樣用能量的原理推，只不過次級的dt=Toff，Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，次級的E=Uout+Udiode；（Udiode是二極管壓降）其實(shí)初級公式里面的E應(yīng)該含Umin和Uds(或Uce)的，只不過Uds(或Uce)相對于Umin而言實(shí)在太小，忽略不計(jì)了。
分析的很精辟，！！辛苦了哦?。?！
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dxsmail
LV.11
27
2012-04-27 08:24
@geek
這個(gè)IC有兩種頻率的，一種是65K，一種是100K
好的。。。繼續(xù)關(guān)注。。。。
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liyonghe
LV.7
28
2012-04-27 08:52
@geek
這個(gè)IC有兩種頻率的，一種是65K，一種是100K
安森美的芯片吧？
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geek
LV.7
29
2012-04-27 11:35

驗(yàn)證占空比的結(jié)果

 

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geek
LV.7
30
2012-04-27 11:48
@geek
驗(yàn)證占空比的結(jié)果[圖片] 
今天收到PCB板了，花了50塊；明天拍了再發(fā)出來。不曉得好久有時(shí)間焊板，還差幾個(gè)RS1M和LM321，天靈靈地靈靈，哪位好心人送我?guī)讉€(gè)行不行？
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2012-04-28 09:25
@feitian9000
反激，CCM，能量不完全轉(zhuǎn)換，每周波起始電流Ib、峰值電流Ip；K=Ib/Ip； 輸出 P=Uout*Iout輸入轉(zhuǎn)換能量 Pi=P/η，P=Pi*η；電感轉(zhuǎn)換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2；                           Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；同樣         E=L*di/dt；                    Umin=L*(Ip-Ib)/Ton；                    L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K))；                    P=Pi*η=L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)=Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)/2=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2； Ip=2*P/(Umin*D*Ip*(1+K)*η)；就推到這了，次級的同樣用能量的原理推，只不過次級的dt=Toff，Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，次級的E=Uout+Udiode；（Udiode是二極管壓降）其實(shí)初級公式里面的E應(yīng)該含Umin和Uds(或Uce)的，只不過Uds(或Uce)相對于Umin而言實(shí)在太小，忽略不計(jì)了。
為何在電感轉(zhuǎn)換能量的Pi中，第二個(gè)比第一個(gè)多了一個(gè)f？
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