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浅谈金属外壳屏蔽EMI技术的奥秘

2018-08-07 09:25 次阅读

1、屏蔽的商业必要性

笔者提出的一个重要概念:

一个项目在计划阶段就要考虑屏蔽问题,这样花费在屏蔽措施上的成本才会最低。

若等到问题暴露出来再去查漏补缺,往往需要付出相当大的代价。

屏蔽措施往往带来费用和仪器重量的增加,若能以其他EMC方式加以解决,就尽量减少屏蔽。(言下之意屏蔽是最后一招)

对于PCB应注意以下两点:

1、使导线及元器件尽量靠近一块大的金属板(这个金属板不是指屏蔽体)

2、使电气部件及线路尽量靠近地层(减少层间信号的电磁干扰、地层可以吸收部分干扰 )这样,即使是需要加屏蔽,也可以降低对屏蔽效能(SE shiedling effectiveness)的需求。

浅谈金属外壳屏蔽EMI技术的奥秘

2、屏蔽的概念

屏蔽相当于一个滤波器,放置于电磁波的传播路径上,对其中的一部分频段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。

对于一般金属,0.5mm的厚度就能对1MHz的电磁波产生较好的屏蔽效果,对100MHz能有非常好的屏蔽效果,问题在于薄层金属屏蔽对1MHz以下或孔隙来说,屏蔽效果就不行了,本文重点介绍这方面。

3、大的间距、矩形屏蔽会更好

(1) 电路之间、屏蔽之间更大的间距能够减少相互干扰;

(2) 矩形(或不规则)的屏蔽外形,能够尽量避免频率共振;正方形的外壳往往容易引起共振;

但总的来说,电路板一般位于屏蔽体内,其元器件、线路等都会改变预期的共振频率点,所以不必太操心。

4、趋肤效应

浅谈金属外壳屏蔽EMI技术的奥秘

趋肤深度

工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368(即1/e)的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:

式中:

μ-导线材料的磁导率;

γ=1/ρ-材料的电导率;

k-材料电导率(或电阻率)温度系数;

浅谈金属外壳屏蔽EMI技术的奥秘

上图:不同频率下三种金属的趋肤效应深度(频率越高,深度越浅,越趋肤);趋肤效应以传导的角度看,是希望趋肤深度深的,那表示导线的利用率高;但是对于屏蔽,是希望趋肤深度浅的,这样就能以较薄的金属屏蔽更多的电磁频段;50Hz的趋肤深度5~15mm,很难屏蔽……

用于屏蔽的金属应有良好的导电及导磁性能,厚度根据干扰的最低频率所产生的趋肤深度来定。一般1mm的低碳钢板或者1μm的镀锌层就能满足一般的应用。(这也是实际中常看到机箱壁上镀锌的原因)

5、孔隙

如果屏蔽体的整个壳体是无缝无孔的,那么对于30MHz的电磁波来说,要达到100dB的衰减效果不是难事。问题就在于他们不是无缝无孔的:

在一个完美的屏蔽壳体上开一个洞,相当于构成一个半波共振缝隙天线,屏蔽效能SE与孔的最大尺寸d、电磁波波长λ关系如下:

那么对于之前提到的30MHz,波长10m,假设有一个USB口(孔径对角线尺寸10mm),换算下来SE为54dB,d越大,SE越小。

我们常用到的电磁波频段:

我们在常规应用中制造出的干扰及谐波频段:

孔隙、平率与屏蔽效能的大致关系:

要达到40dB的SE,通常需要用导体垫圈、弹簧夹指来进行密封,注意内部元件与屏蔽罩的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。

还要注意,当屏蔽体中有电流,且电流的前进方向上有孔缝挡路,迫使电流绕行时,将引起孔缝类似天线而发射磁场,通过孔缝变化的电压产生磁场。

6、低频磁场的屏蔽

采用高磁导率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定规格制成屏蔽罩,可大幅度减小磁场影响。

7、截至波导

8、垫圈

采用良导体,用于填缝,能承受一定的挤压变形,抗腐蚀、经久耐用.

 

9、可视组件的屏蔽

10、通风孔的屏蔽

将通风孔做成两种形式:

(1)金属网格(类似蜂窝铝板)

(2) (截至)波导

11、用喷漆或电镀的塑料

因为开模塑料美观轻便,所以时常使用,对这种情况,一般在塑料杯面喷涂导电材料,因为导电层厚度不可能太厚(微米级),实际效果不怎么样。

对于二类电器(class II),还可能增加静电放电(ESD)的可能性。

二类电器:这类电器采用双重绝缘或加强绝缘,没有接地要求。

12、非金属屏蔽

如碳纤维或导电聚合物(导电塑料),但是无论如何其SE都不及金属的好。

13、屏蔽罩的安装

14、板级屏蔽

 

原文标题:原来金属外壳屏蔽EMI大有讲究!

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204是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须使用高达36 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890204能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。当输出处于稳压状态时,复位引脚发出信号,并在RSTB信号变为高电平之前提供一个引脚来调整延迟。 NCV890204还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 可调节扩频 EMI减少 内部N通道电源开关 低VIN操作低至4.5 V 高VIN操作至36 V 承受负载转储至40 V 2 MHz自由运行开关频率 使用可调延迟重置 逻辑电平启用输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V...
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NCV890204 汽车开关稳压器 降压 2.0 A 2 MHz 扩频

NCV890200 汽车开关稳压器 降压 2 A 2 MHz

200是一款固定频率,单片式降压开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890200能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。 NCV890200还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 使用小尺寸,低成本电感和EMI滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 逻辑电平启用输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4毫秒内部软启动 热关机(TSD) 低关机电流 汽车及其他需要现场和变...
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NCV890200 汽车开关稳压器 降压 2 A 2 MHz

NCV890101 汽车开关稳压器 降压 1.2 A 2 MHz

101是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890101能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,并在高于敏感AM频段的恒定开关频率下工作,无需昂贵的滤波器和EMI对策。两个引脚用于同步切换到时钟或另一个NCV890101。 NCV890101还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 可以使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 与其他NCV890101或外部时钟自动同步 逻辑电平启用输入可直接连接电池 1.4 A(min)逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至...
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NCV890101 汽车开关稳压器 降压 1.2 A 2 MHz

NCV890201 汽车开关稳压器 降压 2 A 2 MHz

201是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890201能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。两个引脚用于同步切换到时钟或另一个NCV890201。 NCV890201还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 允许使用小型,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 与其他NCV890201或外部时钟自动同步 逻辑电平使能输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V ...
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NCV890201 汽车开关稳压器 降压 2 A 2 MHz

NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
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NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

NCP81250 单相同步降压稳压器 集成功率MOSFET 用于VR12嵌入式CPU

50是一款单相同步降压稳压器,集成了功率MOSFET,可为VR12嵌入式CPU提供高效,紧凑的电源管理解决方案。该器件能够在带SVID接口的可调输出上提供高达14 A的TDC输出电流。工作在高达1.2 MHz的高开关频率允许采用小尺寸电感器和电容器,同时由于采用高性能功率MOSFET的集成解决方案而保持高效率。电流模式RPM控制与输入电源和输出电压的前馈确保稳定运行宽操作条件。 特性 优势 5V至20V输入电压范围 优化用于超极本和笔记本应用 带SVID接口的可调输出电压 可编程DVID前馈以支持快速DVID 集成栅极驱动器和功率MOSFET 小外形设计 500kH z~1.2MHz开关频率 减小输出滤波器尺寸和成本 输入电源电压和输出电压的前馈操作 快速线路瞬态响应和DVID转换 过流,过压/欠压和热保护 防止出现故障 5 V至20 V输入电压范围 0.9 V / 1.35 V固定启动电压 带SVID接口的可调输出电压 最多14个TDC输出电流 500 kHz~1.2 MHz开关频率 电流模式RPM控制 可编程SVID地址和I...
发表于 07-30 01:02 8次 阅读
NCP81250 单相同步降压稳压器 集成功率MOSFET 用于VR12嵌入式CPU

NCV890131 汽车降压开关稳压器 1.2 A 2 MHz 45 V负载转储 同步输入和同步输出

131是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须使用高达32 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890131能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。提供两个引脚以同步切换到时钟或另一个NCV890131。 NCV890131还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 可以使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 更少的外部组件 低V IN 操作向下4.5 V 维持电池瞬变期间的操作 高V IN 操作至32 V 在电池瞬变期间维持运行 承受负载转储至45 V 保护负载免受装载转储 逻辑电平启用输入可直接连接电池 灵活启用 1.4 A (min)逐周期峰值电流限制 防止过电流故障 通过频...
发表于 07-30 00:02 8次 阅读
NCV890131 汽车降压开关稳压器 1.2 A 2 MHz 45 V负载转储 同步输入和同步输出

NCV890203 汽车开关稳压器 降压 2.0 A 2 MHz 复位 可调延迟

203是一款固定频率,单片式降压开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须使用高达36 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890203能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,并在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。当输出处于稳压状态时,复位引脚发出信号,并在RSTB信号变为高电平之前提供一个引脚来调整延迟。 NCV890203还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 内部N通道电源开关 低VIN操作低至4.5 V 高VIN操作至36 V 承受负载转储至40 V 2 MHz自由运行开关频率 使用可调延迟重置 逻辑电平使能输入可直接连接电池 2.2 A(分钟) )逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4毫秒内部软启动 热关机(TSD) ...
发表于 07-30 00:02 16次 阅读
NCV890203 汽车开关稳压器 降压 2.0 A 2 MHz 复位 可调延迟

NCV890100 汽车开关稳压器 降压 1.2 A 2 MHz

100是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须使用高达36V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890100能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。 NCV890100还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2-MHz自由运行的开关频率 允许使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 高达36 V的操作 承受负载转储到40 V 逻辑电平启用输入可直接连接电池 1.4 A(min)逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4 ms内部软启动 热关机(TSD) 低关机电流 汽车和其他需要...
发表于 07-30 00:02 22次 阅读
NCV890100 汽车开关稳压器 降压 1.2 A 2 MHz

NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...
发表于 07-29 22:02 20次 阅读
NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 16次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 14次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCV891930 低静态电流2 MHz汽车同步降压控制器

930是一款2 MHz固定频率低静态电流降压控制器,具有扩频,工作电压高达38 V(典型值)。它可以与时钟同步或分离NCV891930。峰值电流模式控制用于快速瞬态响应和宽输入电压和输出负载范围的严格调节。反馈补偿是设备内部的,允许设计简化。 NCV891930能够在高于敏感AM频段的恒定基极开关频率下,从3.5 V(启动期间为4.5 V)的汽车输入电压范围转换为18 V,无需昂贵的滤波器和EMI对策。对于20 V至38 V(典型值)的输入电压,开关频率可折叠回1 MHz。在高达45 V的负载突降条件下,调节器关闭。高压偏置调节器可自动切换到外部5 V偏置电源,以提高效率。提供多种保护功能,如UVLO,电流限制,短路保护和热关断。即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波,从而形成节省空间的开关解决方案。(NCV881930提供410 kHz版本) 特性 空载时30μA工作电流 75 mV电流限制感应 能够进行45 V负载转储 具有锁定的板可选固定输出电压 2 MHz工作频率同步能力 自适应非重叠电路 集成扩频 逻辑电平启用输入可以绑定直接电池 短路保护脉冲跳过 UV...
发表于 07-29 19:02 16次 阅读
NCV891930 低静态电流2 MHz汽车同步降压控制器

NCP81149 具有SVID接口的单相电压调节器 适用于计算应用

49是一款单相同步降压稳压器,集成了功率MOSFET,可为新一代计算CPU提供高效,紧凑的电源管理解决方案。该器件能够在带SVID接口的可调输出上提供高达14A TDC的输出电流。在高达1.2MHz的高开关频率下工作,允许采用小尺寸电感器和电容器,同时由于采用高性能功率MOSFET的集成解决方案而保持高效率。具有来自输入电源和输出电压的前馈的电流模式RPM控制确保在宽操作条件下的稳定操作。 NCP81149采用QFN48 6x6mm封装。 特性 优势 4.5V至25V输入电压范围 针对超极本和笔记本应用进行了优化 支持11.5W和15W ULT平台 符合英特尔VR12.6和VR12.6 +规格 使用SVID接口调节输出电压 可编程DVID Feed - 支持快速DVID的前进 集成栅极驱动器和功率MOSFET 小外形设计 500kHz~1.2MHz开关频率 降低输出滤波器尺寸和成本 Feedforward Ope输入电源电压和输出电压的比例 快线瞬态响应和DVID转换 过流,过压/欠压和热保护 防止故障 应用 终端产品 工业应用 超极本应用程序 笔记本应用程序 集成POL U...
发表于 07-29 19:02 18次 阅读
NCP81149 具有SVID接口的单相电压调节器 适用于计算应用