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直流无刷电机的正弦波控制介绍

gh_ed4f95bde4df ? 来源:华芯微特32位MCU ? 作者:华芯微特32位MCU ? 2021-10-29 12:02 ? 次阅读

直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低。

根据控制的复杂程度,直流无刷电机的正弦波控制可分为:简易正弦波控制与复杂正弦波控制。

01

简易正弦波控制

对电机绕组施加一定的电压,使电机相电压为正弦波,由于电机绕组为感性负载,因此电机相电流也为正弦波。通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值,为电压环控制,实现较为简单。

02

复杂正弦波控制

与简易正弦波控制不同,复杂的正弦控制目标为电机相电流,建立电流环,通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。由于电机相电流为正弦信号,因此需要进行电流的解耦操作,较为复杂,常见的为磁场定向控制(FOC)及直接转矩控制(DTC)等。

下面介绍简易正弦波控制的原理及其实现。

简易正弦波控制原理

简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。常见的生成方式为:正弦PWM以及空间矢量PWM。由于正弦PWM原理简单且便于实现,因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。图1为BLDC控制结构图,其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压,Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压,以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。

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图1 直流无刷电机控制框图

Part 1

三相正弦调制PWM

三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式,即对电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号,由于中性点为0,因此电机相电压也为正弦,且相位与施加的正弦电压相同。如图2所示。

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图2 三相调制SPWM端线电压

Part 2

开关损耗最小正弦PWM

与常见的SPWM不同,采用开关损耗最小正弦PWM时,施加在电机端线上电压Ua、 Ub、Uc并非正弦波电压,此时电机中心点电压并非为0,但是电机相电压仍然为正弦。因此此类控制方式为线电压控制。

其中Ux、Uy、Uz为电机端线电压,Ua、Ub、Uc为电机相电压,可见相电压相位差为120度。Ux、Uy、Uz与Ua、Ub、Uc的关系如下:

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合并后,Ux,Uy,Uz如下:

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可见采用开关损耗最小正弦PWM时,Ux,Uy,Uz相位差120度,且为分段函数形式,并非正弦电压,而电机相电压Ua、Ub、Uc仍然为正弦电压。且在120度区内端线电压为0,即对应的开关管常开或常关。因此与三相正弦PWM相比,开关损耗减少1/3。

通过控制Ux,Uy,Uz的相位以及幅值即可以控制Ux,Uy,Uz,实现控制电流的目的。

Part 3

空间矢量脉宽调制(SVPWM)

与SPWM不同,SVPWM施加在电机端线上电压并非等效正弦波电压,此时电机中心点电压并非为0,但电机相电压仍然为等效正弦,从而使得电机相线电流也成正弦变化规则。

三相全桥逆变器共8种开关模式,分别对应八个基本电压空间矢量U0~U7,U0和U7为零矢量,位于原点。其余6个非零矢量幅值相同,相邻矢量间隔60°。根据非零矢量所在位置将空间划分为六个扇区。空间矢量脉宽调制就是利用U0~U7的不同组合,组成幅值相同、相位不同的参考电压矢量Uref,从而使矢量轨迹尽可能逼近基准圆。

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图3 基本空间矢量在空间的分布

图4为参考电压在第一扇区,有两个非零矢量U1U2和零矢量合成,当参考电压进入下一个扇区,采用新的相邻两个矢量与零矢量进行合成。基于矢量合成规则,在符合T1+T2 《= Tpwm条件下,并要求任意角度下V1和V2都能合成出的矢量,所以Uref_max=√3/2 Udc。调制度M=Uref/(Uref_max)=Uref/(√3/2 Udc)。

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图4 参考电压在第一扇区矢量合成方法

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由三角正弦定理可知:

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θ角度的推算和前面SPWM里的方法是一样的。为了减少三角函数计算同样采用代码内置Sin三角函数表为了获得最佳的谐波性能和最小开关损耗,目前主要有7段式和5段式空间矢量合成方法。

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对比7段式和5段式可知,两者在零矢量的分配上存在很大的区别,单个PWM周期内,5段式方法将零矢量集中插入在中间,转矩脉动大,在低频时会导致明显的走走停停不平稳现象,而7段式方法中零矢量的一半被插入在PWM周期的中间,另一半插入在PWM周期的两边,这样可以使得磁链的运转更加平稳,减少电机转矩的脉动,使得低频时特性明显好于5段式,高频时特性差异不大。但5段式方法中每个PWM周期中,总有一相桥臂的开关管状态不需要改变,而在7段式方法中,每一相桥臂的开关管都需要开关各一次,5段式比7段式开关次数减少1/3,所以5段式的开关功耗是最小的。综合来说在PWM周期达到10KHz以上,5段式更加合适。

举例:角度θ=30°,力矩百分比M=50%,PWM频率20KHz,求三相各PWM的占空比。

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以上是关于直流无刷电机的正弦波控制的简要介绍。

具体详情可登录华芯微特官网:http://www.synwit.cn/

共享文件夹:ftp://221.217.59.230/

QQ技术交流群:492524359等方式获取最新支持。

编辑:jq

原文标题:直流无刷电机的正弦波控制简介

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    发表于 07-31 11:02 ? 196次 阅读

    LV8827LFQA 三相PWM无刷电机驱动器

    LFQA是一款专为3相无刷电机设计的PWM型驱动器IC。可以通过从外部输入PWM脉冲并改变Duty来控制旋转速度。 IC集成了一个锁存型约束保护电路。 特性 IO max = 1.5A(内置输出Tr) 使用直接PWM输入进行速度控制和同步整流(支持3.3V输入) 1-Hall FG输出 锁存类型约束保护电路(锁存器由S / S和F / R释放。) 正向/反向开关电路,霍尔偏置引脚 省电电路(停止模式下的省电模式) 限流电路,低压保护电路,过热保护电路 电荷泵电路,5V稳压器输出。 启动/停止电路(电机停止时短路制动) 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 23:02 ? 380次 阅读

    LV8139JA 正弦波PWM驱动 预驱动IC 用于无刷电机驱动

    JA是一款专为三相无刷电机设计的PWM系统预驱动器IC。该IC采用高效正弦波PWM驱动方式,可降低电机驱动噪声。它集成了全套保护电路,通过与STK611或STK5C4系列中的混合IC相结合,可以减少所使用的元件数量,并实现高水平的可靠性。此外,其省电模式使待机模式下的功耗降至零。该IC最适合驱动各种大型电机,例如空调和热水器中使用的电机。 特性 三相双极驱动器 正弦波PWM驱动器 驱动相位设置功能(设置0-58°32步:有一个对应CTL引脚输入的调整功能) 支持省电模式(CTL引脚电压为0.95V(典型值)或更低时的省电模式; ICC = 0mA,HB引脚关闭) 支持bootstrap 自动恢复类型约束保护电路 正向/反向开关电路,霍尔偏置引脚 限流电路,低压保护电路和热关断保护电路t FG1和FG3输出(360度电角度/ 1脉冲和3个脉冲) 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 23:02 ? 385次 阅读

    LV8104V 电机预驱动器 无刷 三相

    V是一款预驱动器IC,专为三相无刷电机的变速控制而设计。其集成电荷泵满足上下N沟道栅极驱动要求。通过使用直接PWM驱动和同步整流实现高效率操作。 特性 用于产生上侧栅极驱动电压的集成电荷泵 速度鉴别器和PLL速度控制系统 使用同步整流的高效率 5.0 V稳压器输出 应用 终端产品 计算&外围设备 多功能打印机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 23:02 ? 126次 阅读

    LV8105W 用于变速控制的三相无刷电机预驱动器

    W是一款预驱动IC,专为三相无刷电机的变速控制而设计。它可用于使用内置电荷泵电路实现高端和低端输出N沟道功率FET驱动电路。通过使用低噪声PWM驱动和同步整流系统可实现高效驱动。 特性 速度鉴别器和PLL速度控制系统 集成VCO 速度锁定检测输出 霍尔偏置开关 制动电路 集成电流限制和锁定保护电路 应用 终端产品 计算与计算外围设备 多功能打印机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 23:02 ? 1291次 阅读
    LV8105W 用于变速控制的三相无刷电机预驱动器

    NCV7726 12通道半桥驱动器

    6是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 全局故障报告 过流保护 过温保护 低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 22:02 ? 418次 阅读

    NCV7726B 12通道半桥驱动器

    6B是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 每通道故障报告 过流保护 过温保护 高侧和低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 22:02 ? 461次 阅读

    NCV8668 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

    8是150 mA LDO稳压器,集成了窗口看门狗和复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8668可用于恶劣的汽车环境。低至0.3μA的低静态电流使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的极低静态电流的电池的应用。 Enable功能可用于进一步降低静态电流,降至1μA。 NCV8668包含保护功能,如电流限制和热关断。 特性 优势 5.0 V,±2%,150 mA 严格的调节限制 非常低的静态电流:Typ 38μA 节省电池寿命 极低压差 维持低输入时的输出电压调节电压(特别是在汽车起动过程中)。 启用功能 对设备的外部控制 重置可调节的上电延迟 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 Window Watchdog MPU控制 集成保护功能:电流限制热关机 自我保护 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和群集 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 18:02 ? 154次 阅读

    NCV8715 LDO稳压器 50 mA 低压差 超低Iq

    5是50 mA LDO线性稳压器。它是一种非常稳定和精确的器件,具有超低的接地电流消耗(在整个输出负载范围内为4.7 uA)和宽输入电压范围(高达24 V)。稳压器具有多种保护功能,如热关断和限流。 类似产品: NCV8715 NCV8716 NCV8718 输出电流(A) 0.05 0.08 0.30 PSRR f = 1kHz(dB) 50 50 压差电压(V) 0.230 0.310 0.285 特性 优势 工作输入电压范围:2.5 V至24 V 适合电池供电 1.2 V,1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.0 V,3.3 V,5.0 V固定输出电压版本 Design Flexibi lity 低4.7 uA典型静态电流 延长电池寿命 1 kHz时PSRR 54 dB 适用于噪音敏感电路 热关断和当前的Liimit保护 保护产品和系统免受损坏 适用于XDFN6 1.5 x 1.5 mm和SC-70封装 节省空间 应用 信息娱乐,音频 安全系统 通讯系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 18:02 ? 507次 阅读

    NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

    5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,DPAK,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300 mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33275可作为MC33375使用,包括开/关控制。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于需要延长有用电池寿命的电池供电的计算机,消费类和工业设备。 特性 低静态电流(125 mA) 低输入到 - 输出电压差为25 mV,I O = 10mA,260 mV,I O = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定2.5 V输出电压的输出电容仅为0.33 mF In内部电流和热限制 应用 电池供电的消费品 HandHeld Instruments 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 14:02 ? 181次 阅读
    NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

    NCV8768 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

    8是150 mA LDO稳压器,集成了窗口看门狗和复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8768可用于恶劣的汽车环境,典型低至31μA的超低静态电流使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。 Enable功能可用于进一步降低静态电流,降至1μA。 NCV8768包含保护功能,如电流限制和热关断。 特性 优势 5.0 V,±2%,150 mA 严格的调节限制 超低静态电流:典型值31μA 节省电池寿命 极低压差 维持低输入时的输出电压调节电压(特别是在汽车起动过程中)。 启用功能 对设备的外部控制 重置可调节的上电延迟 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 Window Watchdog MPU控制 集成保护功能:电流限制热关机 自我保护 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和群集 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 12:02 ? 147次 阅读

    NCP708 LDO稳压器 1 A 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,并保持1.5%的出色输出电压精度,包括线路,负载和温度变化。工作输入电压范围为2.4 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。可根据要求提供其他电压选项。 NCP708具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚UDFN6 3x3封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 2.4 V至5.5 V工作输入电压范围 兼容锂离子电池 固定输出电压选项:3.3 V(其他可根据要求提供) 设计灵活性 Typ的低静态电流。 200μA 延长电池寿命 极低压降:最大250 mV。在Iout = 1 A 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高70 dB 好噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 ±1.5 %精度超过负载/线路/温度 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和系统免受损坏 UDFN6 3x3 mm包中提供 应用 硬盘,固态硬盘 服务器,网络设备 电信设备 电池供电应用 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 10:02 ? 250次 阅读

    NCP603 LDO稳压器 300 mA 高性能 具有使能和增强型ESD保护

    低压差(LDO)线性稳压器可在固定电压选项下提供300 mA输出电流,或从5.0 V至1.250 V的可调输出电压。它专为便携式电池供电应用而设计,并提供高性能功能例如低功耗操作,快速启用响应时间和低压差。该器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用TSOP-5 / SOT23-5封装。 特性 优势 低压差电压 延长电池使用时间。保持更长的监管 3.0%输出电压容差 高性能应用的严格公差 增强型ESD范围(HBM 3.5 kV,MM 400 V) 增强部件抗ESD事件的稳健性 外部电阻可调输出从5.0 V降至1.250 V 快速启用15 us的开启时间 优秀的线路和负载调节 没有旁路电容的50 uVrms的典型噪声电压 摄像机 应用 终端产品 消费者 通讯设备 SMPS后监管 手持式仪器 便携式计算 相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 09:02 ? 286次 阅读

    NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

    / NCP606低压降(LDO)线性稳压器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而设计电池供电的应用,并提供额外的功能,如高PSRR,低噪音操作,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。 NCP605的设计没有使能引脚,NCP606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,适用于所有工作条件(可调) ±2%输出电压容差操作条件(固定) NCP605已修复直接替换LP8345 没有旁路电容的50μVrms的典型噪声电压 增强型ESD额定值:4 kV人体模式(HBM) 400 V Ma中文模型(MM) 这些是无铅设备 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 09:02 ? 334次 阅读
    NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

    NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

    固定低压差(LDO)线性稳压器专为需要1.2 V或更低电压轨的应用而设计。这款LDO非常适用于需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用,因为NCP571系列具有4.0 uA的超低静态电流。该器件集成了电流限制和过温保护电路。 NCP571设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1 uF的最小输出电容。该器件采用TSOP 5或2x2.2mm DFN封装。标准电压版本为0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他电压选项可根据需要提供。 特性 优势 低静态电流4.0 uA(典型值) 适用于低功率应用和电池供电产品。 最大工作电压12 V Robuse技术制造该器件适用于各种应用。 低输出电压选项低至0.8 V 可为低压处理器和应用提供低于1.2V的电压轨。 应用 终端产品 电池供电仪器 应用ns要求电压轨低于1.2V 摄像机,相机,GPS设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 08:02 ? 326次 阅读

    NCP5504 LDO稳压器 250 mA 双输出 低噪声

    4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 07:02 ? 358次 阅读

    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 ? 214次 阅读
    NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

    MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

    0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 06:02 ? 377次 阅读
    MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

    NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

    4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
    发表于 07-30 04:02 ? 363次 阅读

    LV5762QA 降压型开关稳压器

    QA是一个1ch降压电压开关稳压器。 特性 1ch降压开关稳压控制器 与负载无关的软启动电路 频率折返功能 开/关功能 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻进行检测。 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 21:02 ? 296次 阅读
    她的小梨涡完整版免费阅读