CN101345487A - 原边采样电流控制同步整流驱动电路 - Google Patents

原边采样电流控制同步整流驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原边采样电流控制同步整流驱动电路，包括电流采样电路、补偿信号电路、波形转换与整形电路、逻辑控制与功率驱动电路。本发明的发明的特点在于：首先电流采样电路采样变压器原边电流；其次，经过电流信号补偿后获有效电流信号经波形变换与整形电路得到驱动电压信号输出；然后，驱动电压信号经逻辑控制与功率驱动电路后驱动整流管。因此，本发明的电路相对简单、体积小、效率高，成本较低，实现容易，使用方便，非常有实用价值和经济效益。

Description

原边采样电流控制同步整流驱动电路
技术领域
本发明涉及一种同步整流驱动电路。更具体地说，本发明涉及一种原边采样电流控制同步整流驱动电路。
背景技术
随着信息技术的快速发展，各集成电路工作频率的提高，为了降低电路功耗，供电电压将进一步降低至1V以下，低压大电流供电越来越多。当输出电压降低时，由于二极管的导通压降较高(快恢复二极管FRD或超快恢复二极管SRD可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管，也会产生大约0.6V的压降，)，它将降低转换器的效率。同步整流技术的出现、同步整流器件和控制技术的发展，提高了电源的效率、热性能、功率密度、可制造性和可靠性，同步整流技术应用得到飞速发展。
一般电流型同步整流驱动是通过采样流过同步整流管的电流来获得驱动信号。当检测到有电流流过同步整流管的体二极管时，产生同步整流管的驱动信号，在电流下降到接近零时，同步整流管关断，使电流不能从同步管的漏极流向源极。这种工作方式下，同步整流管和二极管一样只能单向导通，可应用在各类变换器拓扑电路中，因此电流驱动同步整流器是十分有发展前景的。但现有电流驱动同步整流技术功率损耗大，电路复杂工作频率低，不易于控制等，影响了它的应用。
在现有技术中，如图1所示为具有能量回馈电流控制同步整流驱动电路(US.Patent NO.6597587 B1，On Jul，22，2003)，需要通过高频电流互感器采样变压器副边绕组中的电流，对于变压器副边采用中间抽头的全波整流方式，需两个电流互感器，而且在低压大电流输出时，由于变压器副边的高频大电流回路中串入电流互感器，从而增加电流回路的长度和复杂程度，增加了线上损耗，降低了效率；PCB(印刷电路板)布线困难，变压器输出线太粗，加工复杂，成本高。
发明内容
本发明所要克服现有技术中存在的不足，旨在提供一种高效电流控制同步整流驱动电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
原边采样电流控制同步整流驱动电路，包括电流采样电路、补偿信号电路、波形转换与整形电路、逻辑控制与功率驱动电路，其特征在于：
所述的电流采样电路将变压器原边电流信号检测出来并输出到波形转换与整形电路；
所述的补偿信号电路用于补偿变压器原边产生的无用电流信号；
所述的波形转换与整形电路将接收到的采样电流信号转换为电压信号并整形，然后输出到逻辑控制与功率驱动电路；
所述的逻辑控制与功率驱动电路将收到的整形电压信号经逻辑控制形成一个或多个驱动信号再经功率放大后驱动相应的同步整流管。
本发明的发明的特点在于：首先电流采样电路采样变压器原边电流；其次，经过信号补偿后获有效电流信号经波形变换与整形电路得到驱动电压信号输出；然后，驱动电压信号经逻辑控制与功率驱动电路后驱动整流管。因此，本发明的电路相对简单、体积小、效率高，成本较低，实现容易，使用方便，非常有实用价值和经济效益。
所述的电流采样电路包括电流互感器ST，所述的电流互感器ST至少包括一个用于检测变压器原边电流信号的一次侧采样绕组N1、一个补偿绕组N2和一个二次侧输出绕组N4。所述的电流补偿电路采用电感L1。
所述的驱动电路可以控制一个或多个同步整流管，一个优选的方式是所述的驱动电路形成两个驱动信号分别驱动两个同步整流管。所述的波形转换与整形电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、三极管Q7和三极管Q8，所述的二极管D1的阳极接二极管D2的阴极、电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、三极管Q7的基极、电阻R3和电阻R7的一端，二极管D1的阴极接电源正端VCC，二极管D2的阳极接电阻R3的另一端、电阻R4的一端、二极管D3的阳极、三极管Q7和三极管Q8的集电极，电阻R7的另一端接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极接三极管Q7的发射极，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、电阻R4的另一端、电阻R8的一端和三极管Q8的基极，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC。
变压器流过的电流信号和补偿电流信号经过电流互感器ST将信号检测出然后由电阻R3、电阻R4、二极管D2、二极管D3转换成驱动电压信号；然后由电阻R7、电阻R8、二极管D5、二极管D6、三极管Q7、三极管Q8整形成方波驱动电压波形，二极管D1和二极管D4将方波驱动电压钳位。
所述的电感L1和电流互感器的补偿绕组N2串联后并联在变压器的副边绕组S上。电流互感器的补偿绕组N2用来补偿变压器原边产生的无用电流信号(如励磁电流)，电感L1用来取得该无用电流信号，从而得到可用的电流信号。具体来说，电流互感器的补偿绕组N2通过与电流互感器的采样绕组N1的反向耦合，并按比例放大，使得两者产生的磁场方向相反部分抵消，从而电流互感器的二次侧取得有用电流信号。
所述的逻辑控制与功率驱动电路由两个相同结构的电路构成，分别控制两个同步整流管VR1和VR2。
用于控制同步整流管VR1的电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R11、二极管D9、二极管D11、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q5，所述电阻R1的一端接二极管D9的阴极和同步整流管VR1的漏极，电阻R1的另一端接二极管D9的阳极、电阻R2的一端和三极管Q1的基极，电阻R2的另一端接三极管Q1的发射极和地，三极管Q1的集电极接二极管D11的阴极，二极管D11的阳极接三极管Q7的发射极、三极管Q2和三极管Q5的基极，三极管Q2的集电极接电源正端VCC，三极管Q2和三极管Q5的发射极接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电阻R11的一端和同步整流管VR1的门极，电阻R11的另一端接三极管Q5的集电极和地。
其中，电阻R1、电阻R2、二极管D9、二极管D11和三极管Q1构成逻辑控制电路，将驱动电压信号进行逻辑控制选通然后分别由三极管Q2、三极管Q5、电阻R9和电阻R11推挽功率放大后驱动同步整流管VR1。
用于控制同步整流管VR2的电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R12、二极管D10、二极管D12、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q6，所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端接Q6的集电极和地。
同理，电阻R5、电阻R6、二极管D10、二极管D12和三极管Q4构成逻辑控制电路，将驱动电压信号进行逻辑控制选通然后分别由三极管Q3、三极管Q6、电阻R10和电阻R12推挽功率放大后驱动同步整流管VR2。
所述的驱动电路也可以驱动单个同步整流管，一个优选的实施方式是所述的波形转换与整形电路包括二极管D3、二极管D4、二极管D6、电阻R4、电阻R8和三极管Q8，所述的二极管D3的阳极接电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、电阻R4的一端、三极管Q8的集电极和地，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、三极管Q8的基极、电阻R4的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC；所述的逻辑控制与功率驱动电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R12、二极管D10、二极管D12、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q6，所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端和三极管Q6的集电极接地。
所述的电流采样电路也可以是串联在变压器原边绕组P上的霍尔传感器HL。所述的补偿信号电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C1和集成运放IC1，所述电阻R13一端接变压器副边绕组S的同名端，另一端接电阻R14的一端、电容C1的一端和集成运放IC1的输入负端，集成运放IC1的输入正端接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端接变压器副边绕组S的非同名端，电容C1接集成运放IC1的输出端。
与上述霍尔传感器HL及补偿电路相应的波形转换与整形电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和比较器IC2，所述电阻R16的一端接补偿信号电路的输出端，另一端接电阻R18的一端和比较器IC2的输入正端；电阻R18的另一端接霍尔传感器HL的输出端；比较器IC2的输入负端接地，输出端接电阻R17和电阻R19的一端，电阻R17和电阻R19的另一端接所述的逻辑控制与功率驱动电路。
附图说明
图1为现有技术中电流控制同步整流驱动电路图。
图2为本发明原边采样电流控制同步整流驱动电路框图。
图3为具体实施例1原边采样电流控制同步整流驱动电路图。
图4为具体实施例2原边采样电流控制同步整流驱动电路图。
图5为具体实施例3原边采样电流控制同步整流驱动电路图。
图6为具体实施例4原边采样电流控制单管同步整流驱动电路图。
图7为具体实施例5原边采样电流控制同步整流驱动电路图。
具体实施方式
参照图2，本发明的原边采样电流控制同步整流驱动电路，包括电流采样电路、电流补偿信号电路、波形转换与整形电路、逻辑控制与功率驱动电路。
参照图3，所述的电流采样电路包括电流互感器ST，所述的电流互感器ST包括一个用于检测变压器原边电流信号的一次侧采样绕组N1、一个补偿绕组N2和一个二次侧输出绕组N4。所述的电流补偿电路采用电感L1。
所述的波形转换与整形电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、三极管Q7和三极管Q8，所述的二极管D1的阳极接二极管D2的阴极、电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、三极管Q7的基极、电阻R3和电阻R7的一端，二极管D1的阴极接电源正端VCC，二极管D2的阳极接电阻R3的另一端、电阻R4的一端、二极管D3的阳极、三极管Q7和三极管Q8的集电极，电阻R7的另一端接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极接三极管Q7的发射极，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、电阻R4的另一端、电阻R8的一端和三极管Q8的基极，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC。
所述的电感L1和电流互感器的补偿绕组N2串联后并联在变压器的副边绕组S上。
所述的逻辑控制与功率驱动电路由两个相同结构的电路构成，分别控制两个同步整流管VR1和VR2。
用于控制同步整流管VR1的电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R9、电阻R11、二极管D9、二极管D11、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q5，所述电阻R1的一端接二极管D9的阴极和同步整流管VR1的漏极，电阻R1的另一端接二极管D9的阳极、电阻R2的一端和三极管Q1的基极，电阻R2的另一端接三极管Q1的发射极和地，三极管Q1的集电极接二极管D11的阴极，二极管D11的阳极接三极管Q7的发射极、三极管Q2和三极管Q5的基极，三极管Q2的集电极接电源正端VCC，三极管Q2和三极管Q5的发射极接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电阻R11的一端和同步整流管VR1的门极，电阻R11的另一端接Q5的集电极和地。
其中，电阻R1、电阻R2、二极管D9、二极管D11和三极管Q1构成逻辑控制电路，将驱动电压信号进行逻辑控制选通然后分别由三极管Q2、三极管Q5、电阻R9和电阻R11推挽功率放大后驱动同步整流管VR1。
用于控制同步整流管VR2的电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R12、二极管D10、二极管D12、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q6，所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端和电阻R11的一端接输出地。
同理，电阻R5、电阻R6、二极管D10、二极管D12和三极管Q4构成逻辑控制电路，将驱动电压信号进行逻辑控制选通然后分别由三极管Q3、三极管Q6、电阻R10和电阻R12推挽功率放大后驱动同步整流管VR2，电阻R12的另一端接Q6的集电极和地。
参照图4，本发明的又一实施方式，与图3实施方式不同之处在于电感L1只跨接在变压器副边的一组输出绕组上，其余结构与图3实施方式相同。
参照图5，本发明的又一实施方式，与图3实施方式不同之处在于所述的电流互感器还包括一个第二输出绕组N3。控制两个同步整流管VR1、VR2的波形转换与整形电路、逻辑控制与功率驱动电路分别与其对应的第一输出绕组N4和第二输出绕组N3连接，其余结构与图3实施方式相同。
参照图6，本发明的又一实施方式，与图3实施方式不同之处在于只驱动单个同步整流管VR2。所述的波形转换与整形电路包括所述的波形转换与整形电路包括二极管D3、二极管D4、二极管D6、电阻R4、电阻R8和三极管Q8，所述的二极管D3的阳极接电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、电阻R4的一端、三极管Q8的集电极和地，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、三极管Q8的基极、电阻R4的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC；所述的逻辑控制与功率驱动电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R12、二极管D10、二极管D12、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q6，所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端和三极管Q6的集电极接地。
参照图7，本发明的又一实施方式，与图3实施方式不同之处在于所述的电流采样电路是串联在变压器原边绕组P上的霍尔传感器HL。所述的补偿信号电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C1和集成运放IC1，所述电阻R13一端接变压器副边绕组S的同名端，另一端接电阻R14的一端、电容C1的一端和集成运放IC1的输入负端，集成运放IC1的输入正端接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端接变压器副边绕组S的非同名端，电容C1接集成运放IC1的输出端。
与上述霍尔传感器HL及补偿电路相应的波形转换与整形电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和比较器IC2，所述电阻R16的一端接补偿信号电路的输出端，另一端接电阻R18的一端和比较器IC2的输入正端；电阻R18的另一端接霍尔传感器HL的输出端；比较器IC2的输入负端接地，输出端接电阻R17和电阻R19的一端，电阻R17和电阻R19的另一端接所述的逻辑控制与功率驱动电路。
所述的逻辑控制与功率驱动电路结构与图3实施方式相同。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、原边采样电流控制同步整流驱动电路，包括电流采样电路、补偿信号电路、波形转换与整形电路、逻辑控制与功率驱动电路，其特征在于：
所述的电流采样电路将变压器原边电流信号检测出来并输出到波形转换与整形电路；
所述的补偿信号电路用于补偿变压器原边产生的无用电流信号；
所述的波形转换与整形电路将接收到的采样电流信号转换为电压信号并整形，然后输出到逻辑控制与功率驱动电路；
所述的逻辑控制与功率驱动电路将收到的整形电压信号经逻辑控制形成一个或多个驱动信号再经功率放大后驱动相应的同步整流管。
2、如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述的电流采样电路包括电流互感器ST，所述的电流互感器ST至少包括一个用于检测变压器原边电流信号的一次侧采样绕组N1、一个补偿绕组N2和一个二次侧输出绕组N4。
3、如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于所述的补偿信号电路包括一个电感L1。
4、如权利要求3所述的驱动电路，其特征在于所述的电感L1和电流互感器的补偿绕组N2串联后并联在变压器的副边绕组S上。
5、如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于所述的驱动电路形成两个驱动信号分别驱动两个同步整流管，所述的波形转换与整形电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、三极管Q7和三极管Q8，所述的二极管D1的阳极接二极管D2的阴极、电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、三极管Q7的基极、电阻R3和电阻R7的一端，二极管D1的阴极接电源正端VCC，二极管D2的阳极接电阻R3的另一端、电阻R4的一端、二极管D3的阳极、三极管Q7和三极管Q8的集电极，电阻R7的另一端接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极接三极管Q7的发射极，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、电阻R4的另一端、电阻R8的一端和三极管Q8的基极，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC；所述的逻辑控制与功率驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5和三极管Q6，所述电阻R1的一端接二极管D9的阴极和同步整流管VR1的漏极，电阻R1的另一端接二极管D9的阳极、电阻R2的一端和三极管Q1的基极，电阻R2的另一端接三极管Q1的发射极和地，三极管Q1的集电极接二极管D11的阴极，二极管D11的阳极接三极管Q7的发射极、三极管Q2和三极管Q5的基极，三极管Q2的集电极接电源正端VCC，三极管Q2和三极管Q5的发射极接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电阻R11的一端和同步整流管VR1的门极；所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端和电阻R11的一端接输出。
6、如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于所述的驱动电路驱动单个同步整流管，所述的波形转换与整形电路包括所述的波形转换与整形电路包括二极管D3、二极管D4、二极管D6、电阻R4、电阻R8和三极管Q8，所述的二极管D3的阳极接电流互感器ST的输出绕组N4的非同名端、电阻R4的一端、三极管Q8的集电极和地，二极管D3的阴极接电流互感器ST的输出绕组N4的同名端、二极管D4的阳极、三极管Q8的基极、电阻R4的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接三极管Q8的发射极，二极管D4的阴极接电源正端VCC；所述的逻辑控制与功率驱动电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R12、二极管D10、二极管D12、三极管Q3、三极管Q4和三极管Q6，所述电阻R6的一端接二极管D10的阴极和同步整流管VR2的漏极，电阻R6的另一端接二极管D10的阳极、电阻R5的一端和三极管Q4的基极，电阻R5的另一端接三极管Q4的发射极和地，三极管Q4的集电极接二极管D12的阴极，二极管D12的阳极接三极管Q8的发射极、三极管Q3和三极管Q6的基极，三极管Q3的集电极接电源正端VCC，三极管Q3和三极管Q6的发射极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R12的一端和同步整流管VR2的门极，电阻R12的另一端和三极管Q6的集电极接地。
7、如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于所述的电流互感器还包括一个第二输出绕组N3。
8、如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述的电流采样电路为串联在变压器原边绕组P上的霍尔传感器HL。
9、如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于所述的补偿信号电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C1和集成运放IC1，所述电阻R13一端接变压器副边绕组S的同名端，另一端接电阻R14的一端、电容C1的一端和集成运放IC1的输入正端，集成运放IC1的输入负端接电阻R14的另一端和电阻R15的一端，电阻R15的另一端接变压器副边绕组S的非同名端，电容C1的另一端接集成运放IC1的输出端。
10、如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于所述的波形转换与整形电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和比较器IC2，所述电阻R16的一端接补偿信号电路的输出端，另一端接电阻R18的一端和比较器IC2的输入正端；电阻R18的另一端接霍尔传感器HL的输出端；比较器IC2的输入负端接地，输出端接电阻R17和电阻R18的一端，电阻R17和电阻R18的另一端接所述的逻辑控制与功率驱动电路。
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