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数字电源可以减少组件数量并提供更紧凑的解决方案

洒下墨色 来源:由博士 作者:由博士 2022-08-10 11:33 次阅读

随着工业利用数字控制给传统模拟领域带来的好处,数字电源在过去五年中经历了快速增长。来自不同微控制器供应商专门针对数字电源市场的许多新产品都支持这一点。

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图 1:模拟控制电源

在传统的模拟电源中,控制是使用由运算放大器比较器组成的控制 IC 以及一系列精心挑选的外部电容器电阻器组成的补偿网络来实现的。这些为电源提供了所需的瞬态负载性能和频域(s 域)中的稳定性。补偿网络是固定的,并且经常受到反馈路径中带宽限制光耦合器的影响。这在图1中示出。

当我们提到数字电源时,我们的意思是一个数字控制回路,它调节和稳定电源。这取代了自 1980 年代以来在开关模式电源中使用的模拟控制 IC。模拟控制 IC 及其相关的模拟补偿网络已被微控制器取代。

微控制器用于闭合电源的反馈回路。在典型的数控电源中,微控制器上的模数转换器 (ADC) 模块对输出电压或电流进行采样。这与需求参考值进行比较,结果是一个误差项。然后将误差项用作离散时间控制器(通常是二极、二零或三极、三零控制器)的输入,该控制器在离散时间域中具有极点和零点,即z 域。离散时间控制器以精确和预定义的时间间隔执行——每次都有一个新的 ADC 样本可用。

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图 3:离散时间二极点二零控制器。

这种离散时间控制器的一个例子如图 3 所示。该控制器由五个乘法和累加操作组成,这些操作被称为数字信号处理器 (DSP) 上的乘法累加器 (MAC) 指令。该采样周期 x[n] 的控制器输入(误差项)乘以控制器系数 B0。z-1 项是一个单位延迟,导致控制器的先前输入 x[n-1] 乘以系数 B1。在此之后,还有另一个单位延迟,因此前两个采样周期的误差项 x[n-2] 乘以 B2。

在图 3的右侧,相同的过程应用于控制器的输出。控制器的前一个输出 y[n-1] 乘以 A1,前两个采样周期的输出 y[n-2] 乘以 A2。这些乘法累加在一起,结果是该采样周期控制器的新输出。控制器的输出 y[n] 是脉宽调制 (PWM) 转换器的占空比或谐振/脉冲频率调制 (PFM) 拓扑的开关频率的新值。

就像 s 域中的模拟补偿器一样,图 3中所示的离散时间控制器 将在 z 域中具有频率响应。控制器系数决定了频率响应,从而决定了电源的稳定性。因此,工程师必须分析计算控制器系数以稳定电源。

微控制器多年来一直用于电源,目的是使用相对简单和低成本的微控制器来实现基本功能,例如 PMBus 和风扇速度控制。然而,全数字控制以前在服务器和电信市场最为普遍,而在工业和医疗市场的采用则滞后。

禁止切换到数字控制的因素主要是与数字电源相关的成本和复杂性。好消息是,具有实现全数字控制所需的 DSP 功能的现代微控制器的成本近年来已大幅下降,使其可用于更多设计。然而,复杂性仍然是一个问题。这种复杂性源于对设计电源的混合域方法的需求。工程师需要将他们的电源设计知识与编写高效代码和稳定离散时间控制环路的能力相结合。

那么切换到数字控制的原因是什么?与模拟对应的数字控制回路相比,数字控制回路具有许多优势。数字电源对环境、温度、老化和控制回路组件的容差不敏感。它允许系统实时监控电源的性能,并根据需要调整参数以调整性能。

此外,与模拟补偿器相比,先进的离散时间控制技术使我们能够实现更高的性能,在几个开关周期内从瞬态中恢复。这对负载点 (POL) 转换器市场特别感兴趣,该市场一直是数字电源的主要采用者。一个高性能微控制器可用于稳定和调节多个功率级——无需为每个功率级配备单独的模拟控制 IC。

对高效转换器不断增长的需求是数字电源的灵活性提供超出典型模拟控制方案能力的解决方案的领域。这可能涉及调整 PSU 的操作以实现最佳的零电压或零电流开关,降低开关损耗并提高整体效率。

或者,我们还可以考虑提高使用多个电源的整个数据中心或系统的效率的影响。这可以通过根据系统内主控制器的信息响应关闭或进入低功耗模式的请求来实现。

用于数字电源应用的最新微控制器包含 DSP 功能,允许数字控制环路在每个开关周期的单个 PWM 开关周期的一小部分内执行。图 4 显示了典型数字电源的 PWM 开关周期。在这个简单的示例中,每个开关周期对输出电压进行一次采样。对于为数字电源应用设计的微控制器,典型的 ADC 转换时间为几百纳秒。

在 ADC 转换之后,调用中断服务程序来执行离散时间控制器。这是一个时间紧迫的例程,因此,控制器可以用汇编代码编写,以利用 MAC 指令并优化每个指令周期的使用。

对于这个例子,MCU不执行控制器的时间是我们的备用带宽。此备用带宽可用于执行特定于客户应用程序的其他任务或功能。任何低优先级任务都在慢速循环中运行,并且只要发生高优先级任务(例如 ADC 中断以运行控制循环代码)就会被中断。

根据设计的复杂性,为电源开发强大而高效的固件可能需要大量时间。除此之外,还有验证和测试过程以及各种安全批准所需的文件。因此,需要投入大量资源来开发数字电源。但是,一旦进行了初始投资,固件就可以在许多不同的产品中重复使用。例如,一个系列中具有不同输出电压的产品的固件更改可能是更改控制器系数的简单情况。

鉴于微控制器增加了设计的灵活性,数字电源非常适合定制电源应用,其中标准产品可能无法满足客户的所有要求。可能存在特定的通信要求,例如通过 USB、I 2 C 或 EtherCAT控制电源,以及在以后使用实时固件更新更新通信协议的可能性。客户可能需要即时调整输出电压或电流限制,或者需要实时监控、电源轨排序或输出模块之间的精确电流共享。

当然,用于数字电源的高性能微控制器将比它所取代的模拟 IC 更昂贵。然而,数字控制器提供了在 MCU 内实现其他功能而不是使用分立元件的机会。这可以减少组件数量和更紧凑的解决方案,特别是对于具有复杂信号要求或多个电源轨的设计,可以使用一个微控制器进行控制。结果可能是使用微控制器而不是模拟解决方案实现时更具成本效益的整体解决方案。当然,对于一些复杂的需求,数字化可能是唯一的解决方案。

XP Power 能够利用我们标准产品系列的多样性来实施复杂的定制电源解决方案。MCU 作为电源的核心,定制电源应用的可能性是深远的。鉴于数字电源提供的诸多好处,我们很可能会看到未来几年数字电源的存在会不断增加。

审核编辑:郭婷

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    oelectronics HVLED001B高功率因数反激式控制器是一款增强型峰值电流模式控制器,能够着重控制高功率因数 (HPF) 反激或降压-升压。HVLED001B还可用于实现其他拓扑,如降压、升压和SEPIC。借助HVLED001B可以独立应用一次侧调节和光耦控制,在无负载条件下可实现精确调节和极低的待机功耗。ST高压技术支持将HVLED001B直接连接到输入电压,以便在无需外部元件的情况下启动器件和监控输入电压。 HVLED001B可针对异常情况提供保护,包括开路、输出短路、输入过压和欠压。主开关的开环和过流等电路故障也可得到有效控制。HVLED001B还集成了自动恢复定时器 (ART) 功能,可确保自动恢复应用,而不会降低可靠性。 特性 准谐振 (QR) 拓扑 输出电压的一次侧稳压 直接连接光耦合器,通过反馈断开检测实现电流环路调节 800V高压启动 在通用范围内实现高功率因数和低THD 在宽电压和电流范围内具有高效率和输出稳定性 极低的空载待机功耗 可编程频率折返...
    发表于 10-29 12:09 357次 阅读
    HVLED001BTR STMicroelectronics HVLED001B高功率因数反激式控制器

    STNRGPF02TR STMicroelectronics STNRGPF02和STNRGPF12PFC 数字控制器

    oelectronics STNRGPF02和STNRGPF12因数校正 (PFC) 数字控制器设计用于交错PFC升压拓扑,适用于大功率应用。STNRGPF02提供传统的涌入电流控制,通过基于继电器和限制器电阻器的机械解决方案来实现。STNRGPF12具有数字涌入电流控制功能,通过基于可控硅整流器的固态解决方案来实现。两款器件均可驱动多达2个交错通道。 STNRGPF02和STNRGPF12 PFC数字控制器在基于混合信号(模拟/数字)架构的应用中以固定频率在CCM中工作,具有平均电流模式控制。 这些控制器可通过专用软件工具 (eDesignSuite) 进行配置,以匹配各种特定应用。该工具可生成完整的原理图,其中包括完整的材料清单和最终二进制对象代码 (FW),可下载至IC。 特性 2个交错通道升压PFC 固定频率CCM平均电流模式 半数字架构 集成浪涌电流限制器功能 过流和热保护 软启动 切相功能 高工作频率 轻松集成其他应用 灵活的设计定制,可满足特...
    发表于 10-29 12:07 288次 阅读
    STNRGPF02TR STMicroelectronics STNRGPF02和STNRGPF12PFC 数字控制器

    HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器

    oelectronics HVLED007电流模式PFC控制器采用特殊电路(输入电流整形器),支持高PF准谐振反激转换器从电源线中获取理论上的正弦输入电流。该IC具有一个控制输入,用于由光耦合器的光电晶体管驱动,以关闭二次侧稳压的隔离控制环路。然而,通过添加简单的外部电路,它也可用于关闭一次侧稳压的电压环路。 HVLED007具有各种保护特性,可处理过载、短路和过压情况。推拉输出电路输出级具有600mA拉电流和800mA灌电流能力,适用于大型MOSFET驱动器。得益于推拉输出电路级以及其他特性,该器件成为非常适合用于符合EN61000-3-2标准的SMPS(高达100W)的低成本解决方案。 HVLED007 PFC控制器是室内和室外固态照明应用的理想选择,具有低至-40°C的扩展工作温度范围,并可保证电气规格。 特性 对反激式PFC前置稳压器进行转换模式(准谐振)控制 专有的输入电流整形器,可实现最小的线路电流THD 用于隔离反馈和光耦合器驱动的控制输入 输出过压保护 过载和短路保护 低 (&le...
    发表于 10-28 15:08 249次 阅读
    HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器

    MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

    MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器,适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V,可以驱动一个LED灯串,最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件,适合需要同步整流的升压和降压-升压应用,可提供大于90%的效率。 MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测,以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案,支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比,ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志,用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制,以提高电磁兼容性能。 特性 集成度高,可最大限度地减少BOM、降低成本 +5.0V至+48V的宽输入电压范围和+65V的最大升压输出 集成pMOS调光FET驱动器 用于模拟调光的ICT...
    发表于 10-28 14:57 285次 阅读
    MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

    MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

    Integrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器具有IC控制的脉宽调制 (PWM) 调光和混合调光功能,非常适合用于汽车仪表板和信息娱乐显示屏。集成电流驱动,每路可支持高达150mA LED灌电流。该器件采用2.5V至36.0V的宽输入电压范围,并能承受汽车负载突降事件。 内部电流模式直流-直流开关控制器可配置为升压或SEPIC拓扑,工作频率范围为400kHz至2.2MHz。集成的扩频有助于降低EMI。该器件采用自适应输出电压调节机制,可最大限度地降低LED电流驱动通路的功耗。 包含用于外部nMOSFET系列开关的控制,以降低背光关闭时的静态电流,并在发生故障时断开升压转换器。 MAX25014符合AEC-Q100标准,采用24引脚TQFN封装,设计用于在-40°C至+125°C温度范围内工作。 特性 宽电压范围运行 启动后工作电源电压低至2.5V 承受高达40V的负载突降 高度集成 完整的4通道解决方案,包括升压控制器 I2C控制,可最大限度地减少元件数量 ...
    发表于 10-28 14:55 201次 阅读
    MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

    LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

    oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45µA(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: ±1%(25°C时的典型值) ±3%(包括线路...
    发表于 10-28 09:50 305次 阅读
    LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

    M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

    oelectronics M95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40°C至85°C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线 存储器阵列: 4mbeeprom 512字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40°C至85°C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...
    发表于 10-28 09:37 346次 阅读
    M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

    EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

    oelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板设计用于演示HVLED002控制器。HVLED002控制器管理主要由D1、L1和Q1组件组成的反向降压电路,能够提供大约700mA作为最大LED负载电流。外部0V至10V信号专门用于管理调光输出LED电流(最大值的1%至100%),具有模拟 (100%至10%) 和PWM (10%至1%) 控制功能。需要15V辅助电压才能为HVLED002控制器上电。 特性 VIN - 48VDC至60VDC;VAUX - 15VDC输入电压 LED输出电压:24VDC至48VDC LED输出电流:700mA(最大值) 调光:1%至100% 低于50mW(60VIN时)直流无负载 效率 满载:>97% >95%(负载超过20%时)(模拟#...
    发表于 10-21 11:24 225次 阅读

    MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

    Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:±8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3μA 压降:110m...
    发表于 10-21 10:50 780次 阅读
    MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

    MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

    Integrated MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本 (MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:±1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8μA(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...
    发表于 10-21 10:20 350次 阅读
    MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

    MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

    Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC™降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40°C至+125°C范围内的反馈电压调节精度为±1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...
    发表于 10-21 09:59 273次 阅读
    MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

    STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

    包STM32微控制器ARM ®皮质® -M0 +和ARM的Cortex-M3 符合STM32Cube开发框架 在其他STM32平台便携式 基于RS-485通信的PC接口 通信层用于交换主站和传感器节点 传感器配置和传感器数据采集 快速傅立叶变换(FFT)运算,以评估振动谱 此试剂盒包括用于一个完整的固件版本STEVAL-IDP004V1和STEVAL-IDP003V1评估板,以促进在配置中,数据交换和处理方面的系统管理。它是基于STM32CubeHAL库,并使用功能强大的STM32CubeMX工具来配置微控制器和更新而不会丢失数据的创建工作区。...
    发表于 05-20 15:05 271次 阅读

    STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

    固件实施例来构建应用程序状态监测和预测性维护基于三维数字加速度计,环境和声学MEMS传感器 中间件包括算法为先进的时间和频率域信号处理振动分析 可编程FFT大小(512,1024或2048点) 可编程FFT平均和重叠 可编程窗(平顶,汉宁,汉明) 速度RMS均线,加速度最大峰值 中间件集成麦克风算法: PDM到PCM 声压 音频FFT 固件包STM32F469AI开发了在不同的微控制器系列便于携带 PC数据监视通过任何游离终端模拟器 示例示范固件STEVAL-IDP004V1 IO-Link的主功能的多端口评估板和DE通信dicated PC GUI 特殊STSW-BFA1PREDMNT状态监测固件配置成与STSW-IDP4PREDMNT相互作用,并且允许经由STM32MP157C-DK2网关数据上传至云。 在固件包旨在帮助您开发基于状态监测的工业预测性维护解决方案。...
    发表于 05-20 14:05 128次 阅读

    STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

    包与应用实例的二进制为STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源输送适配器。 应用固件基于所述认证X-CUBE-USB-PD软件设计的ARM ® 32位皮质® -M0 STM32F051 MCU和PD3.0认证STUSB1602A C型控制器。 在STSW-USBPD45CFW软件包被设计为支持STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型电源输送适配器参考设计。
    发表于 05-20 13:05 228次 阅读

    STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

    62A IO-Link通信收发器装置IC集成在STEVAL-IOD003V1评估板的管理驱动程序层 GPIO和IRQ的配置 用于接收和发射I / Q信道控制 故障中断处理 用于控制L6362A设备 易于在不同的微控制器系列可移植性示例应用程序,这要归功于STM32Cube 自由的,用户友好许可证条款 在STSW-IOD003是用于STEVAL-IOD003V1评估板它集成了L6362A IO-的评估软件链路收发器设备。
    发表于 05-20 13:05 217次 阅读

    EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

    压范围:90至265 VAC 最小线频率(f →):47赫兹 稳压输出电压:400伏 额定输出功率:100W 最大2F →输出电压纹波:20 V峰峰值 保持时间:10毫秒(V DROP 后保持时间:300 V) 最小开关频率:40千赫 最低估计效率: 92%(@ V 在 = 90 VAC,P OUT = 100 W) 最高环境温度:50℃ PCB类型和大小:单面为35μm,CEM-1,90×83毫米 此演示板是基于新的过渡模式PFC控制器L6564H和器具100 W,宽范围的电源输入,PFC预调节器适用于镇流器,适配器,平面屏幕显示器,并且所有具有SMPS以满足IEC61000-3-2或JEITA-MITI法规。...
    发表于 05-20 12:05 329次 阅读

    STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面

    RS232端口连接与微控制器 自动COM连接 L9177A SPI寄存器读取和写入 能够生成可编程durationactuations 可能性控制L9177A并行致动。 在STSW-L9177A是一个图形用户界面(GUI),其允许以初始化并通过SPI协议改变参数控制EVAL-L9177A评估板,管理并行PWM输入和读出的输出。该L9177A GUI已经使用Labview的开发和其使用,如微控制器接口,在SPC56M发现板。
    发表于 05-20 12:05 507次 阅读