深圳市威柏德电子有限公司 2QP0115Txx-C 系列 IGBT 驱动器 2QP0115Txx-C 2QP0115Txx-C 是基于青铜剑自主开发的 ASIC 芯片组设计而成的双通道 中功率驱动器, 专门为要求中功率 高可靠性的应用领域而设计 2QP0115Txx-C 可以驱动目前市面上可以见到的

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1 系列 IGBT 驱动器 是基于青铜剑自主开发的 ASIC 芯片组设计而成的双通道 中功率驱动器, 专门为要求中功率 高可靠性的应用领域而设计 可以驱动目前市面上可以见到的所有的 1700V 以内的 EconoDUALTM 的 IGBT 模块 内嵌的并联功能使得它可以支持多个驱动器的并联, 同时, 它还支持多电平拓扑应用 即插即用的功能使驱动器在安装后就能立即投入使用, 用户无需再费力设计和调试 图 1 焊接在 EconoDUAL TM IGBT 模块上的 2QP0115T17-C 双通道驱动器 第 1 页 / 共 17 页

2 青铜剑IGBT驱动器代理商 Westpac威柏电子技术支持总监: 王鹏 手机 电话 电子邮件 威柏电子北京技术支持 威柏电子华北 东北技术支持: 牟军 手机 电话 电子邮件 威柏电子上海技术支持 威柏电子华东 华北技术支持: 罗金 手机 电话 电子邮件 威柏电子深圳技术支持 威柏电子华南技术支持: 吴龙 手机 电话 电子邮件 威柏汽车电子深圳技术支持 威柏汽车电子华南技术支持: 贺杰 手机 电话 电子邮件 威柏电子重庆技术支持 威柏电子西部技术支持: 陈安科 手机 电话 电子邮件 Westpac威柏汽车电子武汉技术支持 威柏汽车电子华中技术支持: 汪进 手机 电话 电子邮件 威柏汽车电子上海技术支持 威柏汽车电子华东 华北技术支持: 杨雪 手机 电话 电子邮件 威柏电子 以客为本 实干未来 WESTPAC 威柏电子 香港威柏 深圳威柏 上海威柏 北京威柏 青岛威柏 成都威柏 武汉威柏 西安威柏 (852) (852)

3 销售团队 - 以客为本 WESTPAC 威柏电子 所在地 联系人 电邮 手机号码 电话 重庆 陈安科 chank@westpac-hk.com.hk 武汉 陈宇 chenyu@westpac-hk.com.hk 上海 储小辉 ericchu@westpac-hk.com.hk 武汉 董新娥 dorisdong@westpac-hk.com.hk 武汉 何远婷 ximihe@westpac-hk.com.hk 深圳 贺杰 hejie@westpac-hk.com.hk 深圳 胡拓 hutuo@westpac-hk.com.hk 北京 黄海燕 lisahuang@westpac-hk.com.hk 成都 蒋琳 jennyjiang@westpac-hk.com.hk 武汉 金晓龙 dragonjin@westpac-hk.com.hk 青岛 李慧芳 trisha@westpac-hk.com.hk 深圳 李家序 colinli@westpac-hk.com.hk 南京 李力 lili@westpac-hk.com.hk 重庆 刘蓝波 ramboliu@westpac-hk.com.hk 上海 柳溪 markliu@westpac-hk.com.hk 上海 罗金 andyluo@westpac-hk.com.hk 青岛 牟军 tonymu@westpac-hk.com.hk 深圳 欧阳鑫 ouyang@westpac-hk.com.hk 深圳 彭武 pengwu@westpac-hk.com.hk 深圳 邱运贤 kelvinqiu@westpac-hk.com.hk 深圳 沙强 sullivan@westpac-hk.com.hk 上海 宋晓峰 smithsong@westpac-hk.com.hk 深圳 苏芳琴 lucysu@westpac-hk.com.hk 深圳 汤孝丹 danny@westpac-hk.com.hk 深圳 唐波 tangbo@westpac-hk.com.hk 南京 万恺 lukewan@westpac-hk.com.hk 武汉 汪进 robinwang@westpac-hk.com.hk 西安 王爱绒 irianwang@westpac-hk.com.hk 武汉 王鹏 jerrywang@westpac-hk.com.hk 上海 王统委 scottwang@westpac-hk.com.hk 深圳 吴龙 wulong@westpac-hk.com.hk 深圳 徐瑾 jeneexu@westpac-hk.com.hk 上海 楊雪 cindyyang@westpac-hk.com.hk 深圳 殷占明 owen@westpac-hk.com.hk 西安 袁诗田 kentyuan@westpac-hk.com.hk 成都 张贤均 williamzhang@westpac-hk.com.hk 上海 赵健伟 joeyzhao@westpac-hk.com.hk 北京 赵明军 motorzhao@westpac-hk.com.hk 上海 周军华 paulzhou@westpac-hk.com.hk 北京 周卫敏 cathyzhou@westpac-hk.com.hk 深圳 祝晓雅 janicezhu@westpac-hk.com.hk

4 目 录 驱动器概述... 4 驱动器使用步骤... 5 选择合适的驱动器...5 将驱动器连接到 IGBT 驱动模块上...5 将驱动器连接到控制器... 5 选择驱动器的工作模式... 5 检查驱动器门极输出...5 装配和测试...5 驱动器机械尺寸... 6 连接器 X1 管脚定义... 7 原边接口电路描述... 8 VCC 端子... 9 模式选择...9 INA INB(PWM 信号输入 )...10 SO1, SO2( 故障状态输出端 ) T B ( 设置保护锁定时间 ) NTC 接口描述...10 驱动器的工作特点 基本电气特性...11 电源及电气隔离...11 电源监控...12 VCE 监控 / 短路保护...12 IGBT 模块的动态特性...13 IGBT 的导通...13 IGBT 的关断...13 有源钳位功能...13 温度功率曲线...13 第 2 页 / 共 17 页

5 并联 三电平或多电平拓扑 联系我们 质量 法律免责声明 附 : 门极电阻推荐值 第 3 页 / 共 17 页

6 驱动器概述 是一款即插即用的驱动器, 它包含了大部分的智能驱动器所需要的功能 它的主要功能有 : 完整的隔离 DC/DC 电源 双通道驱动器, 每个通道输出功率 1w, 峰值电流为 +15A/-8A 模式选择, 有两种工作模式供客户自己选择 欠压保护功能 有源钳位功能 短路保护功能 图 2 系统框图 第 4 页 / 共 17 页

7 驱动器使用步骤 下列步骤说明如何在功率变换器中正确选用 驱动器 : 选择合适的驱动器需要注意的是, 不同的 IGBT 模块匹配不同型号的 驱动器 所以驱动器的型号中都包含一个数字, 与匹配的 IGBT 模块相对应 2QP0115T06-C 表示驱动 600V 的 IGBT 模块 ; 2QP0115T12-C 表示驱动 1200V 的 IGBT 模块 ; 2QP0115T17-C 表示驱动 1700V 的 IGBT 模块 ; 应用在封装不匹配的 IGBT 模块中, 驱动器将无法使用 不正确的使用可能会造成驱动器故障 将驱动器连接到 IGBT 驱动模块上 IGBT 模块和驱动器的任何操作, 需符合静电敏感设备保护的通用要求, 参考国际标准 IEC , 第 IX 章或欧洲标准 EN 为保护静电敏感设备, 要按照规范处理 IGBT 模块和驱动器 ( 工作场所, 工具等都必须符合这些标准 ) 如果忽略了静电保护要求,IGBT 和驱动器可能都会损坏! 通过焊接相对应的端子, 驱动器可以很容易的安装到 IGBT 模块上 将驱动器连接到控制器将驱动器牛角插座 X1 连接到控制器上, 并给驱动器提供稳定 +15V(±0.5V) 电压 选择驱动器的工作模式控制驱动器的输入端 MOD 的电平即可控制控制驱动器的工作模式 ( 接口 X1 的管脚 17, 可以设置工作模式 具体设置方法可以看本说明书第 8 页模式选择 ) 检查驱动器门极输出在你指定的工作频率的工作情况下, 检查驱动器门极输出情况 关断状态下, 正常的门极电压约为 -8V( 关断电压值会随着负载变化而变化 ); 导通状态是 +15V 也可以在给定的工作频率, 并且不给输入 PWM 信号的情况下, 看驱动器所消耗的电流 装配和测试启动系统前, 需确认各模块安装是否正确, 驱动器门极输出是否正常 然后在准备的实际负载下启动, 建议设备启动时由轻载到满载的过程慢慢调节测试 或也可根据你的设备的实际应用情况结合自己的要求来进行严格的测试 注意 : 对高压的所有手动操作都有可能危及生命 必须遵守相关的安全规程! 第 5 页 / 共 17 页

8 驱动器机械尺寸 图 3 驱动器机械尺寸 ( 单位 mm) 第 6 页 / 共 17 页

9 连接器 X1 管脚定义 编号名称功能编号名称功能 1 N.C. 不连接 2 GND 接地 3 N.C. 不连接 4 GND 接地 5 VCC +15V 电源电压 6 GND 接地 7 VCC +15V 电源电压 8 GND 接地 9 SO2 2 通道故障输出, 正常时为高阻 态, 故障时下拉到地 10 GND 接地 11 INB PWM 信号输入 B, 对应通道 2 12 GND 接地 13 SO1 1 通道故障输出, 正常时为高阻 态, 故障时下拉到地 14 GND 接地 15 INA PWM 信号输入 A, 对应通道 1 16 GND 接地 17 MOD 模式选择 ( 直接模式 / 半桥模式 ) 18 GND 接地 19 TB 设置保护锁定时间 20 GND 接地 表 1 X1 管脚定义 第 7 页 / 共 17 页

10 原边接口推荐电路 图 4 原边接口推荐电路 原边接口电路描述 驱动器的牛角连接器 X1, 简单且易于使用 驱动器有以下端子 : 2x 电源端子 ( 只需一个稳定的 15V 电源即可 ) 2x 驱动信号输入端 2 x 故障输出端 ( 故障信号反馈 ) 1 x 模式选择端 ( 直接模式 / 半桥模式 ) 1 x 设置保护锁定时间输入端子 12x 接地端子驱动器连接器 X1 有 20 个管脚接口 所有编号为偶数的管脚都用作接地连接 编号为奇数的管脚用作信号输入或故障输出 建议使用 1 个 20 芯的绞合扁平电缆 每个输入 输出信号和它自己的 GND 第 8 页 / 共 17 页

11 线绞合在一起 驱动器上的所有接地管脚都连在一起, 同时也要连接到控制面板端 这种连接方法只产生很低的电磁感应, 具有很强的抗干扰能力 驱动器的所有输入及输出端口都具有静电保护功能, 而且, 所有的数字信号输入端都具有施密特特性 VCC 端子驱动器 X1 接口处有两个 VCC 端子, 可连接在一起 为保证驱动器可靠的工作, 要求 VCC 输入一个稳定的 +15(±0.5V) 电源给驱动器供电 驱动器可传输的总功率为 2 x 1W = 2W, 所以 +15V 的电源电压可产生的最大输入电流约为 0.2A 驱动器启动时, 可以限制启动冲击电流而不需要增加其他外部限流电路 模式选择模式选择端子 MOD, 通过控制 MOD 的电平, 可以选择驱动器的工作模式 直接模式如果 MOD 输入端子未连接 ( 悬空 ), 或连接到 VCC, 就选择了直接模式 直接模式时, 两个通道各自独立, 没有联系 输入 INA 对应 1 通道, 而输入 INB 对应 2 通道, 高电平则将对应的 IGBT 打开, 低电平将对应的 IGBT 关断 此时, 上下管的死区时间要由外部控制器产生, 否则容易发生上下管直通导致母线短路 半桥模式如果 MOD 输入端子处在低电平 ( 接地 ), 驱动器就选择了半桥模式 在这种模式下,INA 为驱动信号输入, 而 INB 为使能信号 当 INB 为低电平时, 两个通道都会被关断 ; 如果 INB 为高电平, 则两个通道都被使能, 且输出信号由 INA 来决定 当 INA 信号由低变高,2 通道的门极信号会马上关断, 再过了一个死区时间 TD 后, 1 通道的门极会开通 逻辑时序如图 5 所示 死区时间的大小默认为 3us I N A V 0 V V I N B 0 V 驱动器关闭 V G a te G 1-9 V V G a te G 2-9 V 死区时间 图 5 半桥模式信号时序图 第 9 页 / 共 17 页

12 INA INB(PWM 信号输入 ) INA 及 INB 是驱动器的信号输入端, 但是它们的功能由 MOD 管脚决定 ( 见上文 ), 它们可以准确地识别出 3.3V 到 15V 之间的逻辑电平 驱动器的两个输入信号都有 4.7K 的下拉电阻且具有施密特特性 SO1, SO2( 故障状态输出端 ) SOx 信号输出端内部为漏极开路形式, 在没有故障的情况下, 输出为高阻抗 当驱动器的某个通道检测到故障时, 故障状态输出端 SOx 变为低电平 ( 接地 ) 否则, 输出具有高阻抗 SO1 和 SO2 可以连接在一起, 用以表达整个驱动的故障信息, 但是故障信息分开表达可以实现快速且准确的诊断 故障状态下 SO1 和 SO2 的最大电流不能超过驱动器电气特性参数中的相应值 故障状态信息是如何处理的 : 当驱动器副边发生故障时, 例如 IGBT 短路或者副边电源欠压, 故障信号会马上送到对应的 SOx 管脚上 从这个时刻算起, 经过一个阻断时间 T B,SOx 会自动复位 ( 回到高阻态 ),T B 的设置请下文 原边电源电压欠压时, 两个 SOx 输出都会报错, 当原边电源欠压消失时, 两个 SOx 输出会自动复位 ( 回到高阻态 ) T B ( 设置保护锁定时间 ) 在 T B 管脚和 GND 之间接一个外加电阻 ( 见图 4), 通过选择 R b 的数值, 就可以设定阻断时间 T B 以下式子给出了 R b 和 T B 的关系 ( 典型值 ): 当 Rb=0Ω 时, 阻断时间的最小值的典型值为 9us TB 管脚可以悬空,TB 管脚悬空时, 阻断时间约为 90ms 推荐客户 T B 端口不外接电阻, 选择默认值即可 ;T B 端口需外接电阻时,R b 电阻值需满足上述公式中 20ms<Tb<90ms 的限定要求 NTC 接口描述在驱动器上, 有一个非隔离的 IGBT 模块 NTC 输出 它直接连接到 IGTB 模块内 NTC 热敏电阻上 工作特点 注 : 若无特别说明, 条件为 T = 25, 电源电压 15V 驱动器具有体积小巧, 安装简易, 先进的有源钳位技术和极短的传输延迟时间 有源钳位功能是在关断时保护 IGBT, 防止过压损坏 尤其是在 IGBT 关断时发生直流母线电压过高 集电极电流过大或短路, 有源钳位功能更加重要 系列支持 IGBT 模块并联运行, 这样可增加系统功率 第 10 页 / 共 17 页

13 基本电气特性 ( 若无特别说明, 条件为 T = 25, 电源电压 15V) 参数符号参数说明 最小 值 典型值最大值单位 上电电流 I CC 56 ma 欠压保护 V TH 驱动器欠压保护阀值 V 欠压恢复 VTH 驱动器欠压恢复阀值 V 故障输出电流 I SOx 故障条件下的输出电流 20 ma 信号输入电流 I IN 信号电压高于 3V 200 ua 开通阈值 Uth1 输入信号高电平阈值 2.6 V 关断阈值 Uth2 输入信号低电平阈值 1.5 V 短路保护门槛电压 V Rthx 设置短路保护参考电压 10 V 短路保护电流 IREF 此电流用于设定端口 Ref 的短路 保护阈值 150 ua 保护响应时间 t R 短路保护检测响应时间 500 ns 保护锁定时间 t B 短路发生后锁定为故障的时间 9 us 开通延时 t ON_DELAY 开通信号从输入端传输到输出端 的时间 250 ns 关断延时 t OFF_DELAY 关断信号从输入端传输到输出端 的时间 295 ns 故障传输延时 t Fault 从驱动器检测到故障到故障输出 端 SOX 输出低电平信号的时间 450 ns 开通电压 VGE_ON 输出开通信号时 G,E 之间电压 V 关断电压 V GE_OFF 的关断电压 -9 V 工作温度 T OP 工作温度 ( 超 70 需降额使用 ) 表 2 电气特性参数 电源及电气隔离 驱动器内部具有一个 DC/DC 隔离电源, 隔离电压等级满足 EN50178 的安全隔离标准, 原边到副边满足保护等级 Ⅱ 注意, 驱动器需要稳定的 15V 供电电压 第 11 页 / 共 17 页

14 电源监控驱动器的原边及两个通道的副边都分别有电源欠压监控电路 在原边电源发生欠压时, 两个通道的副边驱动将输出负电压从而使 IGBT 保持在关断状态, 故障信号会被传送到 SO1 和 SO2 上, 直到该故障消失 在某通道副边电源发生欠压时, 该通道将输出负电压将 IGBT 保持在关断状态, 故障信号将会被传送到对应的 SOx 输出上, 经过一个阻断时间后, 该 SOx 信号将自动复位 ( 回到高阻态 ) 在供电电压较低时, 驱动器可为 IGBT 门极到发射极提供低阻通道 在一个半桥内, 建议不要在驱动器供电电压低时运行 IGBT, 否则 Vce 快速升高可能引起 IGBT 部分导通 Vce 监控 / 短路保护 图 6 IGBT 开通特性 两个通道的 IGBT 的 V CE 检测电路是各自独立 在 IGBT 开通后, 经过一段响应时间, 就开始检测 VCE 的电压, 以判断是否出现短路, 如果在响应时间的结束时刻, 检测到 V CE 超过了设置的门槛电压 V Rthx, 驱动器即认为发生短路, 并将该通道的 IGBT 关断, 故障信号会传到相应的 SOx 管脚上 该通道的 IGBT 会一直保持关断状态, 且 SOx 信号会将故障表达出来, 直到阻断时间 T B 结束 第 12 页 / 共 17 页

15 每个通道的阻断时间 T B 是各自独立的,T B 的起始时刻是 :VCE 超过了检测电路的门槛值的时刻, 且 T B 是在响应时间区间以外的 在直流母线电压低于 550V 时, 需注意响应时间会增加 注意 : 驱动器可以对 IGBT 实施安全的短路保护, 但不一定能实施过流保护 过流保护的时间优先级较低, 通常可以通过主控制器来实现 IGBT 模块的动态特性由于包括 IGBT 二极管, 特定的模块结构和内部栅极电阻和电感的分布等在内的特殊特性,IGBT 模块的动态特性取决于产品型号及制造商 注意来自同一制造商的不同模块型号也可能需要一个特定的门极驱动器匹配 因此, 青铜剑提供各种版本的即插即用驱动器以匹配不同的 IGBT 模块 驱动器不能用于不匹配的 IGBT 模块 IGBT 的导通当驱动器某通道的输入端变为高电平时, 就可导通该通道的 IGBT 驱动器在安装到对应的 IGBT 模块上时, 必须确保已经安装上合适的开通门极电阻 (Rg,on 位置如图 3 所示 ) IGBT 的关断当驱动器某通道的输入端变为低电平时, 就可关断了对应的 IGBT 关断门极电阻(Rg,off 位置如图 3 所示 ) 由客户根据自己的实际情况来设定, 也可咨询青铜剑公司来设置 快速的关断 IGBT 可能导致过压, 过压会随母线电压和负载电流升高而增加 关断过压可由下式估算 : Vtr= -Ls *di/dt 其中,Vtr 为关断过压,Ls 为漏电感 大部分驱动器无法限制过载过压或短路过压, 但这又是大功率或高电压 IGBT 需要的功能 为了解决这个问题, 这款驱动器提供一种过压保护功能 有源钳位功能 有源钳位功能驱动器的两个通道都具有有源钳位功能, 可以有效的防止 IGBT 的过压损坏 基本的有源钳位电路的实现方法是在 IGBT 的集电极和门极之间用瞬态抑制二极管 (TVS) 建立一个反馈通道 当集电极 - 发射极尖峰电压超过一个预设门槛时, 有源钳位电路将会启动使得 IGBT 仍保持 IGBT 部分导通, 从而令 IGBT 的集电极 - 发射极电压得到抑制 有源钳位功能主要嵌入在副边的集成电路中 第 13 页 / 共 17 页

16 温度功率曲线 驱动器具有较宽的温度工作范围, 环境温度在 -40 至 70 范围内可保证驱动器满功率输出, 当环境温度超过 70 时输出功率与温度将成负特性关系, 此时驱动器需降额使用, 为保证驱动器运行的可靠性和安全性, 一般不建议驱动器超温运行 图 7 驱动器温度功率曲线 并联 驱动器支持并联连接, 可增加系统功率 因为驱动器的传输延迟时间短, 时基误差低, 所以能支持并联 ( 更多并联信息请联系青铜剑技术支持 ) 我们建议用户按下列步骤并联使用 驱动器 : 所有并联连接的驱动器的电源电压 VCC 必须来自相同的电压源, 从而确保驱动器的对称工作 所有并联连接的驱动器的输入信号 INA 和 INB, 必须来自相同的逻辑缓冲 ( 驱动器 ), 以确保非常小的延时差异 INA 和 INB 的转换速率必须足够高 (>0.25V/ns), 以确保最小的延时抖动 特别是, 如果输入信号 INA 和 INB 用一个 RC 网络滤波 ( 例如短脉冲抑制 ), 必须使用施密特触发缓冲器在 INA 和 INB 上产生一个高转换比率 对于所有的并联连接的驱动器, 从主板到驱动连接器 X1 的接口电缆的长度差异应小于 40cm, 以确保额外的延时误差小于 2ns 半桥模式不适合 的并联工作, 并联使用时所有的驱动器必须工作在直接模式 为避免故障关断, 需要等到所有并联驱动器的故障反馈都复位, 阻断时间都过去了再启动系统 第 14 页 / 共 17 页

17 并联连接的驱动器的故障输出 SO1 和 SO2 可以单独检测, 从而精确故障诊断, 否则 SO1 和 SO2 也可以并联到一起 另有并联使用需求可以联系青铜剑科技的技术支持 三电平或多电平拓扑 如果需要将 用于三电平或者多电平拓扑, 请联系青铜剑科技的技术支持 联系我们 深圳青铜剑电力电子科技有限公司 地址 : 深圳市南山区松坪山路 1 号源兴科技大厦南座 11 楼 电话 : 传真 : 网址 : 质量 有阶段, 客户满意是青铜剑科技追求的最终目标 我们的质量管理体系覆盖产品开发 生产直至交付的所 系列驱动器的生产符合 ISO9001:2008 质量标准 法律免责声明 本数据手册对产品做了详细介绍, 但不承诺提供具体的参数 对于产品的交付 性能或适用性, 本文不提供任何明示或暗示的担保或保证 第 15 页 / 共 17 页

18 附 : 门极电阻推荐值 驱动器的开通电阻 (Rg,on) 和关断电阻 (Rg,off) 需根据不同型号不同厂家的 IGBT 模块来选取合适的电阻值 推荐选用的电阻为 : 大功率的金属薄膜电阻 /2w/5%, 比如 vishay/pr02/2w/5% 根据不同型号不同厂家的 IGBT 模块推荐的门极电阻值如下 : IGBT 模块 ( 英飞凌 ) Rg,on Rg,off FF150R12ME3G 8.2Ω 8.2Ω FF225R12ME4 1.6Ω 2.4Ω FF300R12ME3 2.4Ω 3.3Ω FF300R12ME4 1.3Ω 1.8Ω FF450R06ME3 1.5Ω 3.9Ω FF600R06ME3 2.4Ω 3.3Ω FF450R12ME3 1.6Ω 2.4Ω FF450R12ME4 1.3Ω 1.8Ω FF600R12ME4 1.5Ω 2.4Ω FF225R17ME4 3.3Ω 8.2Ω FF300R17ME3 4.7Ω 6.8Ω FF300R17ME4 3.3Ω 6.8Ω FF450R17ME3 3.3Ω 4.7Ω FF450R17ME4 3.3Ω 4.7Ω FF600R17ME4 1Ω 1.5Ω IGBT 模块 ( 富士 ) Rg,on Rg,off 2MBI225VN Ω 2.4Ω 2MBI300VN Ω 1.8Ω 2MBI450VN Ω 1.8Ω 2MBI600VN Ω 2.4Ω 2MBI300VN Ω 3.3Ω 第 16 页 / 共 17 页

19 2MBI450U4N Ω 1.1Ω 2MBI450VN Ω 2.2Ω 2MBI550VN Ω 2.2Ω IGBT 模块 ( 三菱 ) Rg,on Rg,off CM200DX-24S 1.3Ω 1.8Ω CM300DX-24S 1.3Ω 1.8Ω CM450DX-24S 1.3Ω 1.8Ω 第 17 页 / 共 17 页

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