CN115276413A - 控制电路、电源模块和电子设备 - Google Patents

控制电路、电源模块和电子设备 Download PDF

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CN115276413A CN202210803575.1A CN202210803575A CN115276413A CN 115276413 A CN115276413 A CN 115276413A CN 202210803575 A CN202210803575 A CN 202210803575A CN 115276413 A CN115276413 A CN 115276413A
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Abstract

本申请提供一种控制电路、电源模块和电子设备，控制电路包括隔离采样电路，隔离采样电路包括锯齿波电路、比较器和隔离传输器件。锯齿波电路用于输出锯齿波信号给比较器，比较器用于采样副边电路的输出电压，并用于将输出电压与锯齿波信号进行比较，以输出方波信号给隔离传输器件。隔离传输器件用于将方波信号隔离传输到控制电路，控制电路用于根据隔离传输器件传输后的方波信号控制原边电路的功率管的导通或关断。采用本申请的实施例，可以降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，提升所述电源模块的安全稳定性，可以提升产品的竞争力。

Description

控制电路、电源模块和电子设备
技术领域
本申请涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种控制电路、电源模块和电子设备。
背景技术
适配器的输入电压和输出电压均具有一个很宽的范围，将会增加隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度。适配器可以根据输入电压调节输出电压的范围，例如，电源适配器可以采用原边调节的方法来调节输出电压的范围。
传统的原边调节方法中，通常采用辅助绕组的方法来检测输出电压Vo，但是在副边电路的电流为0时，采用辅助绕组无法检测到输出电压Vo，因此该场景下可能会导致适配器的工作异常。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种控制电路、电源模块和电子设备，可以实现将输出电压从副边传递至原边，并可以降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，提升电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
第一方面，本申请的实施例提供一种电源模块的控制电路，电源模块包括隔离式DC/DC电路，隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路。控制电路包括隔离采样电路，隔离采样电路包括锯齿波电路、比较器和隔离传输器件。锯齿波电路用于输出锯齿波信号给所述比较器。比较器用于采集副边电路的输出电压，并用于将输出电压与锯齿波信号进行比较，以输出方波信号给所述隔离传输器件。所述隔离传输器件用于将该方波信号隔离传输到控制电路，因此控制电路可以根据经隔离传输器件传输后的方波信号控制原边电路的功率管的导通或关断。
采用本申请的实施例，隔离采样电路可以从副边电路采样到的输出电压，并将输出电压与锯齿波信号进行比较，以输出方波信号，通过隔离传输器件将方波信号隔离传输给控制电路，因此控制电路可以根据经隔离传输器件传输后的方波信号控制原边电路中的功率管的导通或者关断，这样可以实现所述副边电路的输出电压的控制。本申请实施例的控制电路可以降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，提升电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
作为一种可选方案，控制电路包括输入电压采样电路，输入电压采样电路连接于所述原边电路，输入电压采样电路可以采样所述原边电路的输入电压。基于这样的设计，所述控制电路将该输入电压作为控制原边电路中的功率管的导通或者关断的依据，如此可以实现对输出电压的控制。
作为一种可选方案，输入电压采样电路还可以进一步对采样到的输入电压进行处理，并输出参考电压信号给控制电路。这样，控制电路可以根据参考电压信号和方波信号来控制所述原边电路的功率管的导通或关断，实现对输出电压的控制。
作为一种可选方案，所述隔离传输器件包括光电耦合器、变压器或者电容中的任意一种。
第二方面，本申请的实施例还提供一种电源模块的控制电路，电源模块包括隔离式DC/DC电路，隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路，控制电路包括隔离运放模块。隔离运放模块用于采样所述副边电路的输出电压，用于将所述输出电压隔离传输至控制电路。控制电路可以根据隔离运放模块输出的信号控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
采用本申请的实施例，隔离运放模块可以从副边电路采样到的输出电压，并隔离传输到控制电路，这样可以实现对所述副边电路的输出电压的控制。本申请实施例的控制电路还可以降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，提升电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
作为一种可选方案，控制电路包括输入电压采样电路，输入电压采样电路连接于所述原边电路，输入电压采样电路可以采样所述原边电路的输入电压。基于这样的设计，所述控制电路将该输入电压作为控制原边电路中的功率管的导通或者关断的依据，如此可以实现对输出电压的控制。
作为一种可选方案，输入电压采样电路还可以进一步对采样到的输入电压进行处理，并输出参考电压信号给控制电路。这样，控制电路可以根据参考电压信号及隔离运放模块输出的信号控制所述原边电路的功率管的导通或关断，进而可以实现对输出电压的控制。
作为一种可选方案，功率管可以为金属氧化物半导体场效应管、绝缘栅双极型晶体管、晶闸管、双极型功率晶体管或宽禁带半导体场效应管中的任意一种。
第三方面，本申请的实施例还提供一种电源模块，包括隔离式DC/DC电路和上述所述的控制电路；所述隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路；所述控制电路可以控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
第四方面，本申请的实施例还提供一种电子设备，包括如上述所述的电源模块或者如上述所述的控制电路。
本申请实施例提供的控制电路、电源模块和电子设备，可以采样副边电路的输出电压，并调节副边的输出电压，降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，还可以在副边电路的电流为0时可以检测到输出电压，可以避免由于辅助绕组无法检测到输出电压而导致电源模块的工作异常的问题，提升所述电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
附图说明
图1为一种电源模块的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种电源模块的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种控制电路的结构示意图。
图4为副边的输出电压、锯齿波信号、隔离采样电路的方波信号及滤波电路的电压信号的波形图。
图5为本申请实施例提供的控制电路的另一结构示意图。
图6为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的电子设备的另一结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
适配器可以根据输入电压调节输出电压的范围，例如，适配器可以采用原边调节的方法来调节输出电压的范围。
在一些可能的场景下，通常采用辅助绕组的方法来检测输出电压Vo。举例说明，图1示出一种电源模块300的示意图。如图1所示，所述电源模块300可以包括控制电路301、整流电路303、辅助绕组304以及整流电路305和直流变换电路。
其中，所述控制电路301与所述直流变换电路连接，用于控制所述直流变换电路的运行。所述直流变换电路包括变压器3021和功率管Q1，所述控制电路301可以用于控制所述功率管Q1的导通和关断。所述变压器3021包括原边绕组3023和副边绕组3024。所述变压器3021的原边绕组3023和副边绕组3024可以通过磁芯耦合。
所述原边绕组3023与输入电源连接并接收输入电压Vin。其中，输入电压Vin为直流电。所述功率管Q1与所述原边绕组3023以及所述控制电路301连接。所述整流电路303的输入端与所述变压器3021的副边绕组3024连接，所述整流电路303的输出端可以提供输出电压Vout。所述辅助绕组304通过变压器3021的磁芯与所述原边绕组3023耦合，并可以输出电压VAUX，并通过所述整流电路305后输出电压VDD。所述整流电路303包括二极管D1和电容C1，所述二极管D1的阳极连接所述副边绕组3024的第一端，所述二极管D1的阴极连接所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端连接所述副边绕组3024的第二端。所述二极管D1的阴极还连接于电阻R1的第一端以及第一输出端V1+。所述电容C1的第二端还连接所述电阻R1的第二端以及第二输出端V1-。所述整流电路305包括二极管D2和电容C2，所述二极管D2的阳极连接于所述辅助绕组304的一端，所述二极管D2的阴极连接所述电容C2的第一端以及第三输出端V2+，所述电容C2的第二端连接所述辅助绕组304的第二端以及第四输出端V2-。
所述控制电路301包括采样保持电路3011、比较器3012、调制控制电路3013、锁存器3014、运算放大器3015和驱动器3016。
所述采样保持电路3011通过电阻R2接收电压VAUX，并通过电阻R3接地，以采样电压VAUX进行分压后的电压，所述采样保持电路3011可以连接所述比较器3012的第一输入端，所述比较器3012的第二输入端接收参考电压VREF，所述比较器3012的输出端连接所述调制控制电路3013。所述比较器3012可以将所述采样保持电路3011所采样的电压与参考电压VREF进行比较，进而输出信号给调制控制电路3013。所述调制控制电路3013连接所述锁存器3014的输入端S。所述运算放大器3015的第一输入端通过电阻R4接地，所述运算放大器3015的第二输入端接收电压VPEAK，所述运算放大器3015的第一输入端还可以连接所述功率管Q1的第三端。所述运算放大器3015的输出端连接所述锁存器3014的输入端R。所述锁存器3014的输出端Q连接所述驱动器3016，所述驱动器3016连接所述功率管Q1的第一端，所述功率管Q1的第二端连接所述原边绕组3023。所述调制控制电路3013用于根据所述比较器3012输出的信号产生脉冲信号。所述调制控制电路3013的输出经所述驱动器3016传输到所述功率管Q1的第一端，以控制所述功率管Q1的导通和关断。
可以理解，在上述图1示出的实施例中，当所述变压器3021的副边电路的电流为0时，采用辅助绕组无法检测到输出电压VAUX，因此可能会导致适配器的工作出现异常的情况。
针对上述提及的问题，本申请的一个实施例提供一种控制电路、电源模块和电子设备，可以实现将输出电压从副边传递至原边，并可以根据原边的输入电压来调节副边的输出电压，降低隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，还可以在副边电路的电流为0时可以检测到输出电压，避免由于辅助绕组无法检测到输出电压而导致电源模块的工作异常的问题，提升所述电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
下面将对电源模块的内部结构进行详细介绍。请参阅图2，为本申请的一个实施例提供的一种电源模块100的结构示意图。
如图2所示，所述电源模块100可以包括直流电源电路10、隔离式DC/DC电路20和控制电路30。
所述隔离式DC/DC电路20连接于所述直流电源电路10。可以理解，本实施例中的所述直流电源电路10可以接收外部交流电源的交流电压，并可以将该交流电压转换为直流电压。
例如，所述直流电源电路10可以连接于电网，该电网通常为居民使用的市电的供电网络。因此，所述直流电源电路10可以用于为所述电源模块100中的其他电子元件提供直流电压。
例如，在一个实施例中，所述直流电源10可以为所述隔离式DC/DC电路20提供直流电压。
在一种可能的实现方式中，所述隔离式DC/DC电路20可以包括原边电路21、原边绕组22、副边电路23和副边绕组24。
所述原边电路21可以接收输入电压。在具体的实现过程中，所述原边电路21可以连接于所述直流电源电路10与所述原边绕组22之间。所述控制电路30可以连接于所述原边电路21。
可以理解，本实施例中，所述原边电路21可以包括功率管S1。所述功率管S1的第一端可以连接所述控制电路30，所述功率管S1的第二端可以连接所述原边绕组22，所述功率管S1的第三端可以通过电阻R5接地。其中，所述功率管S1的第一端可以作为所述功率管S1的控制端。所述控制电路30可以输出信号给所述功率管S1的第一端来控制所述功率管S1的状态。所述控制电路30还可以用于对输入电压Vin进行采样。
所述副边绕组23可以连接于所述副边电路23。可以理解，本实施例中，所述原边绕组22与所述副边绕组24可以耦合为变压器25。所述控制电路30可以连接于所述副边电路23。
所述副边电路23可以包括整流滤波电路26。在一个实施例中，所述整流滤波电路26可以连接于所述副边绕组24。
由此，所述整流滤波电路26可以用于接收所述变压器25输出的电压，并可以对所述变压器25输出的电压进行整流滤波后输出。可以理解，本实施例中，所述整流滤波电路26输出的电压可以作为所述副边电路24的输出电压Vo，该输出电压Vo可以用于为负载供电。
可以理解，原边绕组是指放置于变压器初级负责输入电压电流的绕组，副边绕组是指放置于变压器次级负责输出电压电流的绕组。辅助绕组是指与变压器耦合并为控制装置供电的绕组等。
本申请的实施例中，所述控制电路30可以用于对所述副边电路23的输出电压Vo进行采样。
可以理解，所述控制电路30可以根据采样到的所述输入电压Vin和所述输出电压Vo，控制所述原边电路21的功率管S1的导通或关断。例如，所述控制电路30可以调节输出的脉冲信号的占空比，进而控制所述功率管S1以达到稳定输出电压的目的。
需要说明的是，在本申请实施例中，所述功率管S1可以是金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，晶闸管、双极型功率晶体管(bipolarpower transistor)或宽禁带半导体场效应管。
可以理解，本领域技术人员对隔离式DC/DC电路20的其他结构不做过多限定，本领域人员应当了解。
请参阅图3，图3所示为本申请的一个实施方式提供的控制电路30的结构示意图。
本实施例中，所述控制电路30可以包括隔离采样电路31、输入电压采样电路32和脉冲产生电路33。
可以理解，所述隔离采样电路31可以连接于所述副边电路23。所述脉冲产生电路33可以连接于所述功率管S1。所述脉冲产生电路33还可以连接于所述隔离采样电路31和所述输入电压采样电路32。
所述隔离采样电路31可以用于采样所述副边电路23的输出电压Vo。因此，所述控制电路30可以根据所述副边电路23的输出电压Vo来控制所述原边电路21的功率管S1的导通或者关断。
在具体的实现过程中，所述隔离采样电路31可以包括锯齿波电路301、比较器302和隔离传输器件303。
本实施例中，所述锯齿波电路301可以连接于所述比较器302的第一输入端，所述副边电路23的输出端可以连接于所述比较器302的第二输入端。所述比较器302的输出端可以连接于所述隔离传输器件303。
可以理解，所述锯齿波电路301可以用于产生锯齿波信号Vtr。本申请的实施例中，所述锯齿波电路301可以输出所述锯齿波信号Vtr给所述比较器302的第一输入端。
所述比较器302的第二输入端可以采集所述副边电路23的输出电压Vo，可以理解，本实施例中，所述比较器302可以用于将所述输出电压Vo与所述锯齿波信号Vtr进行比较。
请一并参阅图4，所述比较器302可以对所述输出电压Vo与所述锯齿波信号Vtr进行比较，并输出方波信号给所述隔离传输器件303。所述隔离传输器件303可以接收所述比较器302输出的方波信号。
基于这样的设计，本申请的实施例可以通过所述隔离传输器件303将该方波信号从所述副边电路23隔离传输到所述原边电路21。
在一些可能的实现方式中，所述隔离传输器件303可以包括光电耦合器、变压器或者电容中的任意一种。
可以理解，本申请的实施例中，所述控制电路30还可以包括滤波电路34，所述滤波电路34可以连接于所述隔离传输器件303。所述隔离传输器件303可以输出方波信号Vcoms给所述滤波电路34。
所述滤波电路34可以将该方波信号Vcoms进行滤波，并可以输出电压信号Vo’给所述脉冲产生电路33。可以理解，该滤波电路34输出的电压信号Vo’可以为直流电压信号。
本实施例中，所述输入电压采样电路32连接于所述原边电路21，所述输入电压采样电路32可以采样所述原边电路21的输入电压Vin，并可以对采样到的所述输入电压Vin进行处理，输出参考电压Vref给所述控制电路，所述输入电压采样电路32可以根据所述输入电压Vin的大小来改变参考电压Vref的大小。所述输入电压采样电路32可以将参考电压Vref输出给所述脉冲产生电路33。
作为一种可能的实现方式，所述脉冲产生电路33可以根据所述输入电压采样电路32输出的参考电压Vref和所述滤波电路34输出的电压信号Vo’，输出脉冲信号给所述原边电路21中的功率管S1。
基于上述图3所示出的实施例，所述控制电路30可以从所述副边电路采样到的输出电压Vo隔离传输到原边电路，由此所述控制电路可以根据原边输入电压和副边输出电压，进而控制原边电路中的功率管的导通或者关断，这样可以实现所述副边电路23的输出电压Vo的控制。
相较于传统的原边调节方法，采用如图3所示的实施例，所述控制电路30可以通过所述隔离采样电路31采样所述副边的输出电压Vo，并将所述输出电压Vo与锯齿波信号进行比较，从而可以通过隔离传输器件(例如光电耦合器)将该输出电压隔离传输至所述原边电路21。
基于这样的设计，在所述副边电路23的电流为0时，所述隔离采样电路31依然可以检测到所述副边电路23的输出电压Vo，这样可以避免由于辅助绕组无法检测到输出电压Vo而导致电源模块的工作异常的问题，提升所述电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
请参阅图5，图5所示为本申请的另一个实施方式提供的控制电路30的结构示意图。
与图3实施例示出的控制电路30的区别在于，如图5所示，本实施例中，所述控制电路30可以包括隔离运放模块35。
所述隔离运放模块35可以对所述副边电路23与所述原边电路21之间进行电气隔离。
具体地，所述隔离运放模块35可以连接于所述副边电路23与所述滤波电路34之间。所述隔离运放模块35用于采样所述副边电路23的输出电压Vo，并将采样到的所述输出电压Vo从所述副边电路23隔离传输到所述原边电路21，并经过所述滤波电路34的滤波后得到电压信号Vo’。所述脉冲产生电路33根据输入电压采样电路32输出的参考电压Vref和所述隔离采样电路31输出的电压信号Vo’，输出脉冲信号给所述原边电路21中的功率管S1。
基于上述图5所示出的实施例，所述控制电路30可以从所述副边电路23采样到的输出电压Vo隔离传输到原边电路21，由此所述控制电路30可以根据原边的输入电压和副边的输出电压，进而控制所述功率管S1的导通或者关断，这样可以实现所述副边电路23的输出电压Vo的控制。
采用如图5所示的实施例，所述控制电路30可以通过所述隔离运放模块35采样所述副边的输出电压Vo，并将该输出电压隔离传输至所述原边电路21。基于这样的设计，所述控制电路30可以在所述副边电路23的电流为0时，依然可以检测到所述副边电路23的输出电压Vo，这样可以避免由于辅助绕组无法检测到输出电压Vo而导致电源模块的工作异常的问题，提升所述电源模块的安全稳定性，进而可以提升产品的竞争力。
相较于传统的原边调节方法，本申请实施例提供的控制电路和电源模块，可以实现将输出电压Vo从副边传递至原边，并根据原边的输入电压Vin来调节副边的输出电压，降低了隔离DC/DC拓扑中的变压器的设计难度，结构更加简单，并且使得产品更具竞争力。
请参阅图6，本申请的实施例还提供一种电子设备200，所述电子设备200可以包括上述实施例中描述的电源模块100。
可以理解，在一些其他的实施例中，所述电子设备200也可以包括上述实施例中描述的控制电路30。
在一些实施例中，所述电子设备200可以为电源适配器。举例说明，在一种应用场景下，所述电子设备200的一端可以连接电网，另一端可以连接负载400，所述负载400可以是手机、平板电脑、笔记本电脑和可穿戴设备等。
在一些实施例中，所述电子设备200可以是移动电话、笔记本电脑、电脑机箱、电动汽车、智能音响或者可穿戴设备等用电设备。本申请实施例提供的电源模块可以应用于所述电子设备200中。举例说明，如图7所示，所述电子设备200可以包括电源模块100和负载400。所述电源模块100用于接收输入电压，并提供输出电压给负载400供电。
所述电子设备200的负载400可以包括用电装置、储能装置或外接设备中的一种或多种。在一种实施例中，所述负载400可以是所述电子设备200的用电装置，比如处理器、显示器等。在一种实施例中，所述负载400可以是电子设备200的储能装置，比如电池。在一种实施例中，所述负载400可以是电子设备200的外接设备，比如显示器、键盘等其他电子设备。
以上所述，仅是本申请的较佳实施方式而已，并非对本申请任何形式上的限制，虽然本申请已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电源模块的控制电路，所述电源模块包括隔离式DC/DC电路，所述隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路，其特征在于，所述控制电路包括隔离采样电路，所述隔离采样电路包括锯齿波电路、比较器和隔离传输器件；
所述锯齿波电路用于输出锯齿波信号给所述比较器；
所述比较器用于采集所述副边电路的输出电压，并用于将所述输出电压与所述锯齿波信号进行比较，以输出方波信号给所述隔离传输器件；
所述隔离传输器件用于将所述方波信号隔离传输至所述控制电路；
所述控制电路用于根据经所述隔离传输器件传输后的方波信号控制所述原边电路中的功率管的导通或关断。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括输入电压采样电路，所述输入电压采样电路用于采样所述原边电路的输入电压。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述输入电压采样电路用于对采样到的所述输入电压进行处理，输出参考电压信号给所述控制电路；
所述控制电路用于：
根据所述参考电压信号和所述方波信号控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
4.如权利要求1-3任意一项所述的控制电路，其特征在于，
所述隔离传输器件包括光电耦合器、变压器或者电容中的任意一种。
5.一种电源模块的控制电路，所述电源模块包括隔离式DC/DC电路，所述隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路，其特征在于，所述控制电路包括隔离运放模块；
所述隔离运放模块用于采样所述副边电路的输出电压，用于将所述输出电压隔离传输至控制电路；
所述控制电路用于根据所述隔离运放模块输出的信号控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，
所述控制电路还包括输入电压采样电路，所述输入电压采样用于采样所述原边电路的输入电压。
7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，
所述输入电压采样电路用于对采样到的所述输入电压进行处理，输出参考电压信号给所述控制电路；
所述控制电路还用于根据所述参考电压信号及所述隔离运放模块输出的信号控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
8.如权利要求5-7任意一项所述的控制电路，其特征在于，
所述功率管为金属氧化物半导体场效应管、绝缘栅双极型晶体管、晶闸管、双极型功率晶体管或宽禁带半导体场效应管中的任意一种。
9.一种电源模块，其特征在于，包括隔离式DC/DC电路和如权利要求1-4任意一项的控制电路或者权利要求5-8任意一项所述的控制电路；
所述隔离式DC/DC电路包括原边电路和副边电路；
所述控制电路用于控制所述原边电路的功率管的导通或关断。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的电源模块或者如权利要求1-4任意一项的控制电路或者如权利要求5-8任意一项所述的控制电路。
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