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基于bq2406X系列线性化充电器的应用系统设计

电子设计 来源:电子工程网 作者:电子工程网 2021-02-26 10:26 次阅读

现今成就卓著的便携式设备,诸如智能电话、PDA以及便携式媒体播放器越来越多的应用锂离子(Li-Ion)电池。此类可充电电池的高需求量促使众多的第三方供应商不断开发出诸如充电座(charging cradle)及充电适配器等附件。此类充电适配器价格低廉,但充电特性及保护功能往往与原厂的OEM适配器有所差别,将会影响到总体的系统性能及可靠性。如果充电器级的设计包含了以下特性,则可实现一个强健的系统,适用于所有的外部AC适配器:

抑制瞬变电压尖刺的保护

非稳压适配器的输出电压特性

散热管理及失效保护本文将探讨在使用不同范围的AC适配器时上述参数在系统层次上的影响,并讨论如何使用线性化的充电器(具有诸如过压保护、散热调节及动态计时器的特性)设计出更强健的系统。文中还引用了TI的bq2406X系列作为线性化充电器家族的示例,展示了一系列以满足以上要求为目的的线性充电器。

多种多样的AC适配器

当今便携式系统设计方面的主要问题之一在于适应宽范围输入供电源的需求,例如AC适配器、USB缆线或车载/空载的直流输出。将适配器以低廉的价格推向市场,取代了原本昂贵的原厂(OEM)适配器,从而促进了众多供应商的开发历程,使可充电便携式设备获得了广泛的成就。此类最流行的供电源,如交流适配器,通常可根据其特性划分为两部分:稳压适配器(regulated adaptor),典型的OEM适配器;非稳压适配器(unregulated adaptor),典型的配件供货适配器。

稳压适配器的输出电压通过内置电路提供非常优良的线路及负载调节。而相反的,非稳压适配器所提供的输出电压则取决于负载,线路负载调节能力不强。适配器在过电流状态下的行为也有所差别。稳压适配器在进入过电流区域时通常具有更为陡峭的过渡区(transition region),如图1所示。

图1:稳压及非稳压型AC适配器的特性

输入瞬变及过电压状态

现今的便携式设备设计于通过上述类型的适配器进行供电,必须整合保护功能,以使得过电压状态下终端设备的风险最小化。过电压状态可分类为两种模式:直流过电压以及瞬变过电压。

通常情况下,直流过电压源于所插入的配件供货或非标准适配器上错误的输出电压。另一方面,瞬变过电压则发生于终端设备热插入适配器的瞬间。瞬变过电压可轻易的达到2倍的正常适配器输出电压,如图2所示。

图2:5V、1A适配器(1uF及10uF输入电容状态下)的热插入瞬变特性

在适当设计时,充电器级可用于将电池和系统与外部供电源隔离,如图3所示。在此类拓扑中,电池组及系统的正极终端被连接至充电级的输出。充电器功率级有效的隔离了外部适配器与系统供电总线。

图3:充电器级将外部供电源与电池和系统隔离

如图3所示的拓扑可实现强健的设计,其充电器级整合了输入过电压保护(OVP)功能,可监测输入电压并在探测到直流过电压状态时使充电器级失效。当充电器级失效时,系统的供电总线与适配器的输出完全隔离。对于5V的稳压适配器,输入过电压保护限制通常设定为6.5V。bq2406X系列提供了6.5V及10.5V的选项以同时适应于稳压及非稳压型的适配器。

为隔离并保护系统及电池免受外部电源瞬变过电压状态的损害,充电器级应具有约2倍于一般额定适配器电压的输入电压限定范围。

需要注意的是,在上述所讨论的拓扑中,若最小化系统电流(例如待机[stand-by]模式下)高于结束(termination)电流限,则可能产生潜在的锁定(lock out)状态。在系统电流超过结束电流限之时,终止将无法进行检测。安全计时器将被激活,充电器级将在电池充至满容量之前就掉电(power down)。为解决该潜在的问题,bq2406X系列针对设备在电池充电器开启时高功率模式,提供了失效及安全计时器选项,以及充电终止功能。

散热管理及失效保护

线性化充电器中至系统供电总线的高输入电压差分将导致芯片温度上升,乃至超过最大结点温度(junction temperature)值并产生热烧毁。为避免该问题,此类设计必须考虑强健的散热管理配置,同时包括了热关断(thermal shutdown)及热调节(thermal regulation)。

依照一般的规则,所有的集成充电器IC都必须具有热关断,一旦IC的内部结点温度超过最大结点温度值,热关断将被触发,以确保运转过程中不会产生热烧毁。在典型的应用中,当充电电流1A而充电电压高于电池电压2-3V时,热关断将被激活。激活状态下,热关断电路将关闭充电器功率级,以避免热烧毁。通常的热关断电路都具有设计上的滞后效应。当芯片温度降低,功率级方可重新开启。若芯片温度再度上升,热关断电路将再次被触发。其散热所维持时间可达数秒,取决于PCB的布板,此类工作模式在以充电状态LED指示时一般被称为“闪光”(“flashing”)模式。

为解决此类散热问题,可添加一个散热回路,以降低充电电流,确保IC结点温度低于热关断限。如图3所示,bq2406X系列线性化充电器添加了散热回路以支持运转。散热回路在激活状态下可有效的降低充电电流,降低充电器级供电MOSFET的功耗。

图4:散热回路在输入电压瞬变情况下的运转

需要注意到,具有散热回路的线性化充电器在输入电压过高的情况下,充电电流可降至非常低的值。在此类状况下,失效终止(false termination)可针对充电电流是否降至低于结束限进行检测。为避免此问题,bq2406X将在散热回路激活时使终止失效。

动态计时器控制

充电安全计数器用于检测失效状态,如果充电周期持续超过正常状态下所期望的总体时间,且充电电流等于额定的快速充电电流,则判断失效。在散热回路激活状态下,充电电流降低。若是散热回路在较长的一段时间内被激活,那么失效安全计数器的错误状态即可观察得出。为避免不期望的错误状态,bq2406X充电器IC采用了动态计时器控制(DTC),其内置电路通过编程调整计时终止输出的时间值,降低安全计数器的时钟效率。DTC电路将在散热回路被激活时同时启动。

散热调节功能,并结合DTC电路,提供了强健的散热管理及失效保护配置,以保护充电器级和系统免遭瞬变或其它过电压状态所造成的散热错误。

结论

在此所讨论的便携式设备在厂商之间存在着激烈的竞争,且持续着革新及差异化。随着便携式设备所安置的使用环境越来越严苛--例如,在炎热的夏日将电话放置在汽车内充电,或是插入了廉价的配件供货或错误的适配器--终端用户将延续其在强健性及稳定性方面对便携式设备的挑战。一类产品与其它产品的主要区别体现在当出现上述不期望的状态时,设备的稳定性、可靠性以及强健性。系统设计工程师的职责即在于将此类因素纳入考虑,以确保其产品更智能、更强且更健壮,以使其产品在为数众多的产品中独树一帜(as “The” one),而不是“泯然众人矣”(as “A” one)。

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    5 / NCV8606在固定电压选项下提供超过500 mA的输出电流,或者在5.0 V至1.25 V范围内提供可调输出电压。这些器件专为空间受限和便携式电池供电应用而设计,并提供其他功能,如具有高PSRR,低噪声操作,短路和热保护。这些器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用DFN6 3x3.3封装。 NCV8605的设计没有使能引脚,NCV8606设计有使能引脚。 特性 输出电压选项:可调,1.5 V,1.8 V,2.5 V,2.8 V, 3.0 V,3.3 V,5.0 V 外部电阻可调输出,从5.0 V降至1.25 V 电流限制675 mA 低I GND (独立于负载) 1.5%输出电压容差(可调) 在所有工作条件下2%输出电压容差(已修复) NCP605已修复直接替换LP8345 没有旁路电容的50 Vrms的典型噪声电压 增强型ESD额定值:4 kV人体模式(HBM) 400 V Machin e Model(MM) 应用 终端产品 电池电力电子设备 便携式仪器 硬盘驱动程序 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 19:02 422次 阅读

    NCV565 LDO稳压器 1.5 A 超低Iq 高PSRR 低噪声

    / NCV565低压差线性稳压器提供1.5 A的固定电压选项或7.7 V至0.9 V的可调电压版本。快速环路响应和低压差使该稳压器非常适合低压应用良好的负载瞬态响应非常重要。器件保护包括电流限制,短路保护和热关断。 NCP565采用D2PAK,DFN6或SOT-223封装。 特性 超快瞬态响应(
    发表于 07-30 18:02 105次 阅读

    NCV553 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

    列固定输出NOCAP™线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.8μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP552系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 这些线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器。这些器件能够在没有输出电容的情况下工作。这些器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为2.8μA的静态电流 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C NCP552提供启用引脚 无铅封装可用* 应用 电池供电的消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 17:02 126次 阅读

    NCV551 LDO稳压器 150 mA 超低压差 超低Iq

    系列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的应用而设计。 NCP551系列具有4.0μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP551设计用于低成本陶瓷电容器需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.4,1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为4.0μA的低静态电流 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 通讯设备 消费者 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 17:02 213次 阅读

    NCV612 LDO稳压器 100 mA 低压差 低Iq

    低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCV612系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCV612设计用于低成本陶瓷电容。该器件采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V. 特性 40μA典型的低静态电流 80 mA时250 mV的低压差电压 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% NCP系列温度范围-40°C至85°C NCV系列温度范围-40°C至125°C 应用 手机 电池供电的消费品 HandHeld Instruments 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 15:02 135次 阅读
    NCV612 LDO稳压器 100 mA 低压差 低Iq

    NCV662 LDO稳压器 100 mA 超低Iq

    系列低静态电流低压降(LDO)线性稳压器最初设计用于手持通信设备和便携式电池供电应用,可用于需要超低静态电流的汽车应用。它应该用作后置调节器件,因为该产品不能防止汽车电池工作所固有的高输入瞬态电压。 该系列具有2.5μA的超低静态电流以及一个使能引脚允许将电流消耗降低至典型值0.1μA。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻器,以及电流限制和温度限制电路等保护功能。 NCV662 LDO线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。提供无铅电镀选项。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V. 特性 超低静态电流2.5 uA典型值 低输出电压选项低至1.5V,输出电压精度为+/- 2% 温度范围-40C至125C 启用引脚 集成保护电流限制热关机 应用 终端产品 汽车 信息娱乐:汽车,卫星广播导航系统 Body Electronic 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 15:02 163次 阅读
    NCV662 LDO稳压器 100 mA 超低Iq

    NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

    3-2C是一款200 mA LDO稳压器,集成了复位看门狗功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV4263-2C可用于恶劣的汽车环境。 Enable功能可用于将静态电流降至最大10 A. NCV4263-2C包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。稳压器还提供看门狗,复位功能,可调节阈值和可调节的上电复位延迟时间。 特性 优势 启用功能 满足最大模块点火关闭静态电流10μA 直接更换for TLE4263 GM 没有重新设计布局 使用可调节阈值重置可调节上电延迟TimeWatchdog功能 能够为最新的μpro供电,更具设计灵活性 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和集群 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 14:02 245次 阅读
    NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

    NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

    系列固定输出低静态电流低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP502系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP502设计用于低成本陶瓷电容器。 LDO线性稳压器采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为40μA的低静态电流 优良线路和负载调节 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 手机 电池供电消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 10:02 126次 阅读
    NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

    NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

    固定输出低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP512具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP512设计用于低成本陶瓷电容。 LDO采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.2,2.5,2.7,2.8,3.0,3.1,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流40μA典型 低压差250 mV,80 mA 低输出电压选项 输出电压精度2.0% 工业温度范围-40° C到85°C 应用...
    发表于 07-30 10:02 114次 阅读
    NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

    NCP3337 LDO稳压器 500 mA 低Iq 带电源良好

    7是一款高性能,低压差稳压器。它具有±0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于小至1.0μF的任何类型的电容器都是稳定的。 NCP3337还配备了感应和降噪引脚,以提高器件的整体实用性。 NCP3337提供反向偏置保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时±0.9%) 满载时超低压降(典型值260 mV) 没有稳定性所需的最小输出电流 低噪音 低关机电流 反向偏压保护 2.9 V至12 V电源范围 热关断保护 当前限制 仅需1.0μF输出电容以确保稳定性 电源良好输出 应用 终端产品 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统,DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 DSP Supply 显示和监视器 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统, DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 10:02 124次 阅读

    NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

    列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5 uA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP698系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP698设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.5,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可提供无铅电镀选项。 特性 优势 超低静态和接地电流 最小化功耗 低压差 延长电池使用时间。保留更长的监管。 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 温度范围-40C至85C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 09:02 324次 阅读

    NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

    定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP562系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP562设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可以使用无铅电镀选项。 特性 典型值为2.5μA的低静态电流 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% -40°C至85°C的温度范围 NCP562提供启用引脚 Pb - 免费套餐可用 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 08:02 228次 阅读

    NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

    固定输出低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP511具有40μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP511设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为1.0 5F。 LDO采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为40μA的静态电流 100 mA时100 mV的低压差电压 出色的生产线和负荷调节 最大工作电压6.0 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 无铅封装可用 应用 手机 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 08:02 219次 阅读
    NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

    NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

    7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 07:02 174次 阅读
    NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

    MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

    00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 06:02 515次 阅读
    MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

    NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

    3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 01:02 234次 阅读
    NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

    KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

    XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 354次 阅读

    LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

    NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 19:02 253次 阅读