镇江西门子开关电源代理商
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西门子开关电源原理浅析
PLC培训跟老师交流 自动化技术交流群:西门子PLC技术交流开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
1、AC输入整流滤波电路原理:
① 防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
② 输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③ 整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、 DC输入滤波电路原理:
① 输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
三、 功率变换电路:
1、 MOS管的工作原理:目前应用广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管),是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态,所以输入电阻可以大大提高,高可达105欧姆,MOS管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的,从而控制漏极电流的大小。
2、工作原理:
R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力减少,EMI减少,不发生二次击穿。在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一起,能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制,因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时,UC3842停止工作,开关管Q1立即关断。
R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小,易引起振荡,电磁干扰也会很大;R1过大,会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而保护了MOS管。
Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时间越长,变压器所储存的能量也就越多;当Q1截止时,变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量,同时也达到了磁场复位的目的,为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小,从而稳定了整机的输出电流和电压。
C4和R6为尖峰电压吸收回路。
3、推挽式功率变换电路:
Q1和Q2将轮流导通。
4、有驱动变压器的功率变换电路:T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环。
四、输出整流滤波电路:
1、 正激式整流电路:
T1为开关变压器,其初极和次极的相位同相。D1为整流二极管,D2为续流二极管,R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感,C4、L2、C5组成π型滤波器。
2、 反激式整流电路:
T1为开关变压器,其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管,R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感,R2为假负载,C4、L2、C5组成π型滤波器。
3、 同步整流电路:
工作原理:当变压器次级上端为正时,电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通,电路构成回路,Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时,电流经C3、R4、R2使Q1导通,Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感,C6、L1、C7组成π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。
五、 稳压环路原理:
1、反馈电路原理图:
2、工作原理:
当输出U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平,使Q1导通,光耦OT1发光二极管发光,光电三极管导通,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低。
当输出U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥脚输出占空比增大,U0降低。周而复始,从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。
反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会产生自激振荡,故障现象为:波形异常,空、满载振荡,输出电压不稳定等。
开关电源工作原理及原理图【图】
开关电源的工作原理
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量,当开关S断开时,电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量,使负载得到连续而稳定的能量。
开关电源原理图
VO=TON/T*ViVO为负载两端的电压平均值TON为开关每次接通的时间T为开关通断的工作周期由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,VO间电压平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电压VO维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(TimeRationControl,缩写为TRC)。按TRC控制原理,有三种方式:
1、脉冲宽度调制(PulseWithModulation,缩写为PWM)开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
2、脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,缩写为PFM)导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
3、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。
史上全开关电源学攻略!
摘要
初学者对于开关电源到底该怎么学?怎么入行?小编在此做个小小的结!关于学开关电源,大家都很清楚,要学好电路,模数电,自控,工程电磁场这些大学课,甚至还要看一些开关电源设计之类的书籍,如果能学好以上书籍,电路一类的基本知识就算了解了,但是要学好开关电源,单单有以上理论是不够的,还要深入实践,并且还要有一套行之有效的学研发方式,也就是说拼命苦干是不会起很大作用的,重要的是高效的方法,如果以一套比较好的设计实战视频教程那会让你在电源技术路上少走太多的弯路,文章末尾有惊喜!在此给初学者奉献一些基础的学知识:1、开关电源的基本原理。2、开关电源中的各种元器件。3、变压器的计算。4、实例电源分析。5、EMI整改经验。6、开关电源经典书籍7、开关电源设计实战视频教程的(重点)
1、开关电源的各部分基本原理介绍
下面结了开关电源基本原理介绍及参数设计参考:一、 开关电源的电路组成
开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:
二、 输入电路的原理及常见电路1AC输入整流滤波电路原理:
① 防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
② 输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③ 整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。2DC输入滤波电路原理图:
① 输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
三、 功率变换电路1、MOS管的工作原理:目前应用广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管),是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态,所以输入电阻可以大大提高,高可达105欧姆,MOS管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的,从而控制漏极电流的大小。
2.常见MOS管的工作原理图:
3、工作原理:
R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力减少,EMI减少,不发生二次击穿。在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一起,能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制,因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时,UC3842停止工作,开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小,易引起振荡,电磁干扰也会很大;R1过大,会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时间越长,变压器所储存的能量也就越多;当Q1截止时,变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量,同时也达到了磁场复位的目的,为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小,从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4和R6为尖峰电压吸收回路。
4、推挽式功率变换电路:
Q1和Q2将轮流导通
5、有驱动变压器的功率变换电路:T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环。
四、 稳压环路原理
1、反馈电路原理图:
2、工作原理:
当输出U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平,使Q1导通,光耦OT1发光二极管发光,光电三极管导通,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低。当输出U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥脚输出占空比增大,U0降低。周而复始,从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。 反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会产生自激振荡,故障现象为:波形异常,空、满载振荡,输出电压不稳定等。五、短路保护电路
1、在输出端短路的情况下,PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内,它可以用多种方法来实现限流电路,当功率限流在短路时不起作用时,只有另增设一部分电路。
2、短路保护电路通常有两种,下图是小功率短路保护电路,其原理简述如下:

当输出电路短路,输出电压消失,光耦OT1不导通,UC3842①脚电压上升至5V左右,R1与R2的分压过TL431基准,使之导通,UC3842⑦脚VCC电位被拉低,IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失,TL431不导通UC3842⑦脚电位上升,UC3842重新启动,周而复始。当短路现象消失后,电路可以自动恢复成正常工作状态。
3、下图是中功率短路保护电路,其原理简述如下:

当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1 ③脚 电位高于②脚时,比较器翻转①脚输出高电位,给 C1充电,当C1两端电压过⑤脚基准电压时 U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842 停止工作,输出电压为0V,周而复始,当短路 消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数, 阻值不对时短路保护不起作用。
4、下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下:

当输出电路短路或过流,变压器原边电流增大,R3 两端电压降增大,③脚电压升高,UC3842⑥脚输出占空 比逐渐增大,③脚电压过1V时,UC3842关闭无输出。
5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路:

有着功耗小,但成本高和电路较为复杂,其工作原 理简述如下: 输出电路短路或电流过大,TR1次级线圈感 应的电压就越高,当UC3842③脚过1伏,UC3842 停止工作,周而复始,当短路或过载消失,电路自行恢复。
六、输出端限流保护

上图是常见的输出端限流保护电路,其工作原理简述如上图:当输出电流过大时,RS(锰铜丝)两端电压上升,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电压,Q1导通,光耦发生光电效应,UC3842①脚电压降低,输出电压降低,从而达到输出过载限流的目的。
七、输出过压保护电路的原理
输出过压保护电路的作用是:当输出电压过设计值时,把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用为普遍的过压保护电路有如下几种:
1、可控硅触发保护电路:

如上图,当Uo1输出升高,稳压管(Z3)击穿导通,可控硅(SCR1)的控制端得到触发电压,因此可控硅导通。Uo2电压对地短路,过流保护电路或短路保护电路就会工作,停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除,可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放,可控硅恢复断开状态。
2、光电耦合保护电路:

如上图,当Uo有过压现象时,稳压管击穿导通,经光耦(OT2)R6到地产生电流流过,光电耦合器的发光二极管发光,从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通, 3842的③脚电降低,使IC关闭,停止整个电源的工作,Uo为零,周而复始。
西门子电源 6ES7307-1EA01-0AA0 PS307 24 V/5 A
电源 PS307 24 V/5 A
line;">
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电源 PS307 24 V/5 A
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SIMATIC S7-300 调节型电源 PS307 输入:AC 120/230 V 输出:DC 24 V/5 A
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输入
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输入
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单相交流
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供电电压
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1 AC 时 额定值
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120 V
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2 AC 时 额定值
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230 V
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备注
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范围自适应
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输入电压
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1 AC 时
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85 ... 132 V
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2 AC 时
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170 ... 264 V
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广域输入
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不
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抗过压能力
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2.3 ×V额定输入 ,1.3ms
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Ia 额定时的断电桥接,小值
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20 ms; Vin = 93/187 V时
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电源频率额定值 1
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50 Hz
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电源频率额定值 2
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60 Hz
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Wertebereich
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47 ... 63 Hz
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输入电流
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输入电压额定值为 120 V 时
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2.3 A
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输入电压额定值为 230 V 时
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1.2 A
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接通电流限制 (+ 25 °C),大值
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20 A
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接通电流极限持续时间 25 °C 时
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大值
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3 ms
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I²t,大值
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1.2 A²·s
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已安装的输入保险丝
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T 3,15 A/250 V (不可用)
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电源线中的保护装置 (IEC 898)
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建议微型断路器:6A 特性曲线C
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输出
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输出
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调节后、零电位直流电压
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额定 DC 电压额定值 Ua
|
24 V
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容错,静态 ±
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3 %
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静态电网调节,约
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0.1 %
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|
静态负载调节,约
|
0.5 %
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剩余波纹度双重峰值,大值
|
50 mV
|
|
剩余波纹度双重峰值,典型值
|
10 mV
|
|
尖峰双重峰值,大值(频带宽带约 20 MHz)
|
150 mV
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|
尖峰双重峰值,典型值(频带宽带约 20 MHz)
|
20 mV
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产品功能 可调整输出电压
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不
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输出电压的设置
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-
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运行显示
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24 V 的绿色 LED 正常
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启动/关闭特性
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V输出无调(软启动)
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|
起动延迟,大值
|
2 s
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电压上升,典型值
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10 ms
|
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Ia 额定电流额定值
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5 A
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Wertebereich
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0 ... 5 A
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输出的有效功率 典型
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120 W
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瞬时过载电流
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启动期间短路 典型
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20 A
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运行期间短路 典型
|
20 A
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过电流持续过载时间
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|
|
启动期间短路
|
100 ms
|
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运行期间短路
|
100 ms
|
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用于提高功率的并联能力
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是的
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效率
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Ua 额定、Ia 额定时的效率,约
|
87 %
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Ua 额定、Ia 额定时的功耗,约
|
18 W
|
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闭环控制
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动态电网调节(Ue 额定 ±15 %),大值
|
0.1 %
|
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动态负载调节 (Ia: 50/100/50 %),Ua ± 典型值
|
1 %
|
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负载跃变 50 到 100 % 的调节时间,典型值
|
0.3 ms
|
|
负载跃变 100 到 50 % 的调节时间,典型值
|
0.3 ms
|
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保护和监测
|
|
输出过压保护
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附加控制回路,在 < 28.8 V 时关闭,自动重启
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|
Wertebereich
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5.5 ... 6.5 A
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输出的特性 短路保护
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是的
|
|
短路保护
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电子锁闭,自动重启
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持续短路电流 有效值
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大值
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7 A
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安全
|
|
初级/次级电位隔离
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是的
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电位隔离
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符合 EN 60950-1 和 EN 50178 的 SELV 输出电压
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防护类别
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Class I
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泄漏电流
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大值
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3.5 mA
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典型
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0.5 mA
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CE 标识
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是的
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UL/cUL (CSA) 许可
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cULus-Listed (UL 508, CSA C22.2 No. 142), 文件 E143289
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防爆
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ATEX (EX) II 3G Ex nA II T4; cULus (ANSI/ISA 12.12.01, CSA C22.2 No.213)Class I, Div. 2, Group ABCD, T4, File E330455
|
|
FM 许可
|
Class I, Div. 2, Group ABCD, T4
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CB 许可
|
不
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造船许可
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在 S7-300系统中
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防护等级 (EN 60529)
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IP20
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EMC
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发射干扰(辐射)
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EN 55022 Class B
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电网谐波限制
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EN 61000-3-2
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抗干扰能力(免疫)
|
EN 61000-6-2
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运行数据
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环境温度
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运行期间
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0 ... 60 °C
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— 备注
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自然对流
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运输期间
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-40 ... +85 °C
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存放期间
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-40 ... +85 °C
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湿度等级符合 EN 60721
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气候类型为 3K3,无冷凝
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机械装置
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连接技术
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螺栓连接
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接口/电源输入
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L, N, PE: 每 0.5 ... 2.5 mm² 1个螺钉型端子 单芯/多股
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接口/输出
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L+, M: 每 0.5... 2.5 mm² 3个螺钉型端子
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接口/辅助触点
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-
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宽度 外壳的
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60 mm
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高度 外壳的
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125 mm
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深度 外壳的
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120 mm
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须遵守间距
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上
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40 mm
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下
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40 mm
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左
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0 mm
|
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右
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0 mm
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重量,大约
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0.6 kg
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产品特点 外壳的 可顺序排列的壳体
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是的
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安装
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可安装在S7 导轨上
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机械附件
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标准导轨安装适配器 (6EP1971-1BA00)
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平均故障间隔时间 (MTBF) 40 °C 时
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2 480 589 h
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其他说明
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在额定输入电压和环境温度25℃的参数(除非另有规定)
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西门子电源 6EP1935-6MD11 SITOP 电池模块 24 V/3.2 AH
模块 SITOP 电池模块 24 V/3.2 AH
line;">
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模块 SITOP 电池模块 24 V/3.2 AH
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SITOP 电池模块 24 V/3.2 Ah 带免维修的 封闭铅蓄电池,用于 SITOP DC-USV 模块 6 A 和 15 A
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充电电流 充电电压
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充电结束后电压 DC 时
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10 °C 时 建议
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27.8 V
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20 °C 时 建议
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27.3 V
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30 °C 时 建议
|
26.8 V
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40 °C 时 建议
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26.6 V
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50°C 时 建议
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26.3 V
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允许的大充电电流
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0.8 A
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额定 DC 电压额定值 Ua
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24 V
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保护
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短路保护
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电池保险丝 15 A/32 V(FKS 扁平保险丝 + 固定架)
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过载保护装置规格
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阀控制
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安全
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防护类别
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等级 III
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CE 标识
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是的
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UL/cUL (CSA) 许可
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cURus 认可 (UL 1778, CSA C22.2 No. 107.1),文件 E219627
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造船许可
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DNV GL, ABS
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防护等级 (EN 60529)
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IP00
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运行数据 备注
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运行数据 备注
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存放、安装和运行铅蓄电池时,必须注意相关的DIN/VDE规定或特有的规定(例如 VDE 0510 第 2 部分/EN50272-2)。必须确保电池所在地通风和排气通常。 距离火源必须至少 50 cm。
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环境温度
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运行期间
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-15 ... +50 °C
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运输期间
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-20 ... +50 °C
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存放期间
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-20 ... +50 °C
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相对的暂时电容损耗 20 °C 时 一个月中 典型
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3 %
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使用寿命
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蓄能器的寿命
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典型 备注
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降低至原电量的 50 %
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20 °C 时 典型
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4 y
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30 °C 时 典型
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2 y
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40 °C 时 典型
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1 y
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50°C 时 典型
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0.5 y
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环境温度 存放期间 备注
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除了存放和工作温度之外,例如存放时长和存放期间的电量,也是对使用寿命起决定性作用的因素。 因此,尽量短时间存放蓄电池,始终保持满电状态,存放温度为 0 至 +20 °C。
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机械装置
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连接技术
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弹簧连接
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电源单元的连接
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每个 1 连接端子 0.08 ... 2.5 mm² 适用于 + BATT 和 - BATT
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产品组件 包括在供货范围内
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带有 15 A FKS 保险丝的附件包
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宽度 外壳的
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190 mm
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高度 外壳的
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151 mm
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深度 外壳的
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82 mm
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安装宽度
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210 mm
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安装高度
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171 mm
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重量,大约
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3.2 kg
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安装
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可锁扣在标准型钢板上 EN 60715 35×7.5/15 或悬挂在 M4 螺栓内的锁眼固定
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单元数量
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12
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参考标示 符合 DIN EN 81346-2
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G
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其他说明
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在输入电压额定值和 +25 °C 环境温度下技术数据有效(如果没有特殊说明)
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