CN204035761U - 焊机引弧控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种焊机引弧控制电路,包括脉宽采样电路、比较误差放大电路、脉宽设置电路和脉宽恢复电路,所述脉宽采样电路,用于从焊机内的逆变驱动电路获取脉冲驱动信号,并生成脉宽采样信号;所述脉宽设置电路,用于生成脉宽设置信号;所述比较误差放大电路,用于将所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号进行比较,并将比较所得的误差信号进行放大后,拉低焊机内的脉宽控制电压;所述脉宽恢复电路,用于当焊机引弧成功后,使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压。通过降低焊机引弧时的脉冲驱动信号的脉冲宽度,能明显减小焊机引弧过程中的冲击电流,降低焊机起弧时对焊机内相关器件的冲击,提高了整机可靠性和寿命。

Description

焊机引弧控制电路
技术领域
本实用新型涉及焊接引弧控制技术领域,特别是涉及一种焊机引弧控制电路。
背景技术
焊机是生产加工领域中的重要设备,横跨了焊接工艺、电弧及电力电子等多个技术领域。随着逆变气体保护焊机电源技术的日益成熟,由于其相对于传统焊机体积小、重量轻且节能等诸多优点,其使用范围也越来越广。在逆变焊机引弧过程中,逆变焊机内的整个控制环路从开环到闭环有一个建立过程。在该建立过程当中,控制环路内容易出现电流过冲现象,从而对逆变焊机的功率器件,例如开关管、整流管等造成冲击,进而影响整机的可靠性和寿命。对此,目前尚未有很好的解决方法。
实用新型内容
基于此,有必要针对焊机引弧过程中的电流过冲问题,提供一种焊机引弧控制电路。
其技术方案如下。
一种焊机引弧控制电路,包括脉宽采样电路、比较误差放大电路、脉宽设置电路和脉宽恢复电路,所述脉宽采样电路、所述脉宽设置电路和所述脉宽恢复电路分别连接所述比较误差放大电路;
所述脉宽采样电路,用于从焊机内的逆变驱动电路获取脉冲驱动信号,并生成脉宽采样信号;其中,所述脉宽采样信号为直流电压信号,其电压值正比于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度;
所述脉宽设置电路,用于生成脉宽设置信号;其中,所述脉宽设置信号为直流电压信号;
所述比较误差放大电路,用于将所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号进行比较,并将比较所得的误差信号进行放大后,拉低焊机内的脉宽控制电压;其中,所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系;
所述脉宽恢复电路,用于当焊机引弧成功后,使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压。
在其中一个实施例中,还包括缓冲电路,所述缓冲电路连接所述脉宽采样电路,所述脉宽采样电路通过所述缓冲电路连接所述比较误差放大电路;
所述缓冲电路,用于对所述脉宽采样电路生成的所述脉宽采样信号进行隔离缓冲后,输出至所述比较误差放大电路。
在其中一个实施例中,还包括脉宽调节电路,所述脉宽调节电路连接所述比较误差放大电路;
所述脉宽调节电路,用于接收所述比较误差放大电路输出的电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
在其中一个实施例中,所述脉宽采样电路包括第二二极管、第二电阻、第三电阻和第一电容;
所述第二二极管的正极连接电焊机内的逆变驱动电路,用于获取所述脉冲驱动信号,所述第二二极管的负极连接所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端分别连接所述第三电阻的一端、所述第一电容的一端和所述比较误差放大电路,所述第三电阻的另一端和所述第一电容的另一端均接地。
在其中一个实施例中,所述脉宽设置电路包括第一直流电源、第一电阻、电位器、第五运算放大器和第十二电阻;
所述第一电阻的一端连接所述第一直流电源,所述第一电阻的另一端连接所述电位器的一个固定端,所述电位器的另一个固定端接地,所述电位器的滑动端连接所述第五运算放大器的同相输入端,所述第五运算放大器的反相输入端和输出端连接所述第十二电阻的一端,所述第十二电阻的另一端连接所述比较误差放大电路。
在其中一个实施例中,所述脉宽恢复电路包括第三运算放大器、第七电阻、第四运算放大器、第八电阻、第十电阻、第十三电阻、第二直流电源、第三电容、第五电阻和场效应管;
所述第三运算放大器的同相输入端连接焊机内的电流传感器,用于获取焊机电弧的电流信号,所述第三运算放大器的反相输入端和输出端连接所述第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端连接所述第四运算放大器的同相输入端,所述第四运算放大器的反相输入端分别连接所述第八电阻的一端、所述第三电容的一端、所述第十电阻的一端和所述第十三电阻的一端,所述第十三电阻的另一端连接所述第二直流电源,所述第十电阻的另一端接地,所述第三电容的另一端、所述第八电阻的另一端和所述第四运算放大器的输出端连接所述第五电阻的一端,所述第五电阻的另一端连接所述场效应管的栅极,所述场效应管的源极接地,所述场效应管的漏极连接所述比较误差放大电路。
在其中一个实施例中,所述比较误差放大电路包括第一运算放大器、第四电阻、第二电容、第六电阻和第一二极管;
所述第四电阻的一端连接所述脉宽采样电路,所述第四电阻的另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二电容的一端,所述第一运算放大器的同相输入端连接所述脉宽设置电路,所述第二电容的另一端连接所述第六电阻的一端,所述第六电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端和所述第一二极管的负极,所述第一二极管的正极用于输出电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
在其中一个实施例中,所述缓冲电路包括第二运算放大器;
所述第二运算放大器的同相输入端连接所述脉宽采样电路,所述第二运算放大器的反相输入端和输出端连接所述比较误差放大电路。
下面对本技术方案的优点或原理进行说明。
本技术方案提供了一种焊机引弧控制电路,该方案由脉冲宽度采样、脉冲宽度设置、比较器和误差放大器以及脉冲宽度恢复等部分构成。
当焊机启动并开始引弧时,焊机内的逆变驱动电路存在脉冲驱动信号,所述脉宽采样电路即可获取到脉冲驱动信号,同时生成电压值正比于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度的直流电压信号,也即脉宽采样信号。所述脉宽采样信号与所述脉宽设置电路生成的脉宽设置信号,共同进入所述比较误差放大电路进行比较。将比较得出的所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号之间的差值,也即误差信号进行放大,并输出一个低电平,将焊机内的脉宽控制电压拉低。由于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系,从而降低了焊机内脉冲驱动信号的脉冲宽度,进而减小了焊机内的电流。当焊机引弧成功后,进入正常焊接状态时,所述脉宽恢复电路使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压,也即停止对脉冲驱动信号的脉宽控制,以保证焊接过程稳定进行。
本技术方案通过降低焊机引弧时的脉冲驱动信号的脉冲宽度,能明显减小焊机引弧过程中的冲击电流,降低焊机起弧时对焊机内相关器件的冲击,提高了整机可靠性和寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述焊机引弧控制电路的结构示意图;
图2为本实用新型实施例所述焊机引弧控制电路的电路示意图。
附图标记说明:10、脉宽采样电路,20、比较误差放大电路,30、脉宽设置电路,40、脉宽恢复电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例进行详细的说明。
请参阅图1,为本实用新型实施例所述焊机引弧控制电路的结构示意图。
本实用新型焊机引弧控制电路,包括脉宽采样电路10、比较误差放大电路20、脉宽设置电路30和脉宽恢复电路40,所述脉宽采样电路10、所述脉宽设置电路30和所述脉宽恢复电路40分别连接所述比较误差放大电路20;
所述脉宽采样电路10,用于从焊机内的逆变驱动电路获取脉冲驱动信号,并生成脉宽采样信号;其中,所述脉宽采样信号为直流电压信号,其电压值正比于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度;
所述脉宽设置电路30,用于生成脉宽设置信号;其中,所述脉宽设置信号为直流电压信号;
所述比较误差放大电路20,用于将所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号进行比较,并将比较所得的误差信号进行放大后,拉低焊机内的脉宽控制电压;其中,所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系;
所述脉宽恢复电路40,用于当焊机引弧成功后,使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压。
优选的,所述脉宽设置信号的电压值可调。
通过调节所述脉宽设置信号的电压值大小,可以改变其与所述脉宽采样信号之间的误差,进而改变焊机内的脉宽控制电压的电压值。所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系,也即所述脉宽控制电压的电压值大小决定了所述脉冲驱动信号的脉冲宽度。当所述脉宽控制电压的电压值减小时,所述脉冲驱动信号的脉冲宽度减小;当所述脉宽控制电压的电压值增大时,所述脉冲驱动信号的脉冲宽度增大。所述脉冲驱动信号的脉冲宽度决定了焊机内的工作电流或引弧电流,并且两者也具有正相关关系。所述脉宽设置信号的电压值可调,实现了将所述脉冲驱动信号的脉冲宽度设置在任意希望的大小,从而能够灵活地调节焊机内的工作电流或引弧电流。
优选的,所述比较误差放大电路用于将所述脉宽控制电压拉低至所述预设工作电压的10%~20%。
所述预设工作电压可以是在焊机引弧成功、进入正常焊接状态时的工作电压。可以将所述脉冲驱动信号的脉冲宽度设置在任意希望的大小,当将所述脉宽控制电压拉低至所述预设工作电压的10%~20%时,既保证了焊机在引弧过程中能够顺利起弧,又能够为焊机带来尽可能小的工作电流或引弧电流,更大限度地保护焊机内的功率器件。
本实用新型焊机引弧控制电路还包括缓冲电路,所述缓冲电路连接所述脉宽采样电路,所述脉宽采样电路通过所述缓冲电路连接所述比较误差放大电路;
所述缓冲电路,用于对所述脉宽采样电路生成的所述脉宽采样信号进行隔离缓冲后,输出至所述比较误差放大电路。
所述缓冲电路设置在所述脉宽采样电路和所述比较误差放大电路之间,对所述脉宽采样电路生成的所述脉宽采样信号进行隔离缓冲后,再输出至所述比较误差放大电路,保证了所述脉宽采样信号的稳定性,使本实用新型焊机引弧控制电路更加可靠。
本实用新型焊机引弧控制电路还包括脉宽调节电路,所述脉宽调节电路连接所述比较误差放大电路;
所述脉宽调节电路,用于接收所述比较误差放大电路输出的电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
所述脉宽调节电路可以包含脉宽控制端,所述脉宽控制端的电压即为所述脉宽控制电压。当焊机启动并开始引弧时,所述比较误差放大电路向所述脉宽调节电路中的脉宽控制端输出电压拉低信号,使得所述脉宽控制电压达到预设的大小。当引弧成功后,所述脉宽调节电路不再接收所述比较误差放大电路输出的电压拉低信号,从而恢复到正常工作电压,使得焊机进入正常焊接状态。
所述脉宽调节电路可以采用目前通用的芯片,当引弧成功后,对焊机进行正常调节。通过调节所述脉宽设置信号的电压值,可以将所述脉宽控制端的电压,也即所述脉宽控制电压设置在预设的大小。
具体地,请参详图2,为本实用新型实施例所述焊机引弧控制电路的电路示意图。
值得指出的是,图2中的标号未使用下标,但说明书中的各个标号与图2中的各个标号具有一一对应关系,例如说明书中的IC2B对应图2中的IC2B,说明书中的IC1对应图2中的IC1,而说明书中的R1对应图2中的R1,以此类推。在此,不再赘述。
所述缓冲电路包括第二运算放大器IC2B
所述第二运算放大器IC2B的同相输入端连接所述脉宽采样电路,所述第二运算放大器IC2B的反相输入端和输出端连接所述比较误差放大电路。
采用第二运算放大器IC2B对所述脉宽采样信号进行隔离缓冲后,再输出至所述比较误差放大电路,保证了所述脉宽采样信号的稳定性。同时,运算放大器硬件成本较低,且电气性能稳定,使得缓冲电路更易于实现。
所述脉宽调节电路包括IC1芯片和焊机闭环控制PI调节器。
IC3A、R11,C4,R9组成焊机闭环控制PI调节器,IC1可以采用UC3846型PWM(脉冲宽度调制)控制器,所述比较误差放大电路输出的电压拉低信号通过D1直接控制IC1的第5脚EA+端,IC1第5脚的电压正比于驱动脉冲(也即脉冲驱动信号)的宽度,因此能实现脉冲宽度的任意设置。
所述脉宽采样电路包括第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1
所述第二二极管D2的正极连接电焊机内的逆变驱动电路,用于获取所述脉冲驱动信号,所述第二二极管D2的负极连接所述第二电阻R2的一端,所述第二电阻R2的另一端分别连接所述第三电阻R3的一端、所述第一电容C1的一端和所述比较误差放大电路,所述第三电阻R3的另一端和所述第一电容C1的另一端均接地。
通过从逆变驱动电路取得的驱动信号,从二极管D2正极输入到脉冲宽度采样器(也即所述脉宽采样电路),产生输出正比于脉冲宽度的直流电平信号。由第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1构成的脉冲宽度采样器硬件实现简单,并且能够输出准确的正比于脉冲宽度的直流电平信号。
所述脉宽设置电路包括第一直流电源+15V、第一电阻R1、电位器VR1、第五运算放大器IC3B和第十二电阻R12
所述第一电阻R1的一端连接所述第一直流电源+15V,所述第一电阻R1的另一端连接所述电位器VR1的一个固定端,所述电位器VR1的另一个固定端接地,所述电位器VR1的滑动端连接所述第五运算放大器IC3B的同相输入端,所述第五运算放大器IC3B的反相输入端和输出端连接所述第十二电阻R12的一端,所述第十二电阻R12的另一端连接所述比较误差放大电路。
由第一直流电源+15V、第一电阻R1、电位器VR1、第五运算放大器IC3B和第十二电阻R12构成的脉宽设置电路产生电压比较信号(也即脉宽设置信号)Vref,通过调节电位器VR1,可以把脉冲宽度设置在任意希望的大小。
所述比较误差放大电路包括第一运算放大器IC2A、第四电阻R4、第二电容C2、第六电阻R6和第一二极管D1
所述第四电阻R4的一端连接所述脉宽采样电路,所述第四电阻R4的另一端连接所述第一运算放大器IC2A的反相输入端和所述第二电容C2的一端,所述第一运算放大器IC2A的同相输入端连接所述脉宽设置电路,所述第二电容C2的另一端连接所述第六电阻R6的一端,所述第六电阻R6的另一端连接所述第一运算放大器IC2A的输出端和所述第一二极管D1的负极,所述第一二极管D1的正极用于输出电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
脉宽采样信号通过第四电阻R4加到比较误差放大电路,而脉宽设置信号Vref通过电阻第十二R12加到比较误差放大电路中IC2A的第3脚,参与误差比较放大,通过第一二极管D1输出电压拉低信号。
所述脉宽恢复电路包括第三运算放大器IC2C、第七电阻R7、第四运算放大器IC2D、第八电阻R8、第十电阻R10、第十三电阻R13、第二直流电源+15V、第三电容C3、第五电阻R5和场效应管Q1
所述第三运算放大器IC2C的同相输入端连接焊机内的电流传感器,用于获取焊机电弧的电流信号,所述第三运算放大器IC2C的反相输入端和输出端连接所述第七电阻R7的一端,所述第七电阻R7的另一端连接所述第四运算放大器IC2D的同相输入端,所述第四运算放大器IC2D的反相输入端分别连接所述第八电阻R8的一端、所述第三电容C3的一端、所述第十电阻R10的一端和所述第十三电阻R13的一端,所述第十三电阻R13的另一端连接所述第二直流电源+15V,所述第十电阻R10的另一端接地,所述第三电容C3的另一端、所述第八电阻R8的另一端和所述第四运算放大器IC2D的输出端连接所述第五电阻R5的一端,所述第五电阻R5的另一端连接所述场效应管Q1的栅极,所述场效应管Q1的源极接地,所述场效应管Q1的漏极连接所述比较误差放大电路。
所述脉宽恢复电路接收来自焊机内的电流传感器的电流信号,电流信号通过IC2C第10个脚注入,经过IC2C隔离缓冲,通过电阻R7加到IC2D构成的比较放大电路,电流信号经放大后,驱动场效应管Q1将IC2A的第2脚电位拉低,此时第3脚的电压高于第2脚的电压,第1脚的输出从低电平转为高电平,使得第一二极管D1截止,这时IC1的第5脚EA+端仅接收来自焊机闭环控制PI调节器中的R9的电压信号,也即脉宽控制电压恢复到预设工作电压(或正常工作电压),使得焊机进入正常焊接状态,从而实现去除脉冲宽度设置功能。设置“脉宽设置去除电路”(也即所述脉宽恢复电路)的目的是:在焊机引弧成功、进入正常焊接状态时,该电路要停止对驱动脉冲的控制,以保证焊接过程稳定进行。
优选的,图2中IC1芯片的型号可以是UC3846(或KA3846),IC2A,IC2B,IC2C,IC2D型号可以是LM324(或TL084),IC3A,IC3B型号可以是LM358,Q1的型号可以是L0060T。
下面对本实用新型的优点或原理进行说明。
本技术方案提供了一种焊机引弧控制电路,该方案由脉冲宽度采样、脉冲宽度设置、比较器和误差放大器以及脉冲宽度恢复等部分构成。
当焊机启动并开始引弧时,焊机内的逆变驱动电路存在脉冲驱动信号,所述脉宽采样电路即可获取到脉冲驱动信号,同时生成电压值正比于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度的直流电压信号,也即脉宽采样信号。所述脉宽采样信号与所述脉宽设置电路生成的脉宽设置信号,共同进入所述比较误差放大电路进行比较。将比较得出的所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号之间的差值,也即误差信号进行放大,并输出一个低电平,将焊机内的脉宽控制电压拉低。由于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系,从而降低了焊机内脉冲驱动信号的脉冲宽度,进而减小了焊机内的电流。当焊机引弧成功后,进入正常焊接状态时,所述脉宽恢复电路使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压,也即停止对脉冲驱动信号的脉宽控制,以保证焊接过程稳定进行。
本技术方案通过降低焊机引弧时的脉冲驱动信号的脉冲宽度,能明显减小焊机引弧过程中的冲击电流,降低焊机起弧时对焊机内相关器件的冲击,提高了整机可靠性和寿命。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种焊机引弧控制电路,其特征在于,包括脉宽采样电路、比较误差放大电路、脉宽设置电路和脉宽恢复电路,所述脉宽采样电路、所述脉宽设置电路和所述脉宽恢复电路分别连接所述比较误差放大电路;
所述脉宽采样电路,用于从焊机内的逆变驱动电路获取脉冲驱动信号,并生成脉宽采样信号;其中,所述脉宽采样信号为直流电压信号,其电压值正比于所述脉冲驱动信号的脉冲宽度;
所述脉宽设置电路,用于生成脉宽设置信号;其中,所述脉宽设置信号为直流电压信号;
所述比较误差放大电路,用于将所述脉宽采样信号与所述脉宽设置信号进行比较,并将比较所得的误差信号进行放大后,拉低焊机内的脉宽控制电压;其中,所述脉冲驱动信号的脉冲宽度与所述脉宽控制电压之间具有正相关关系;
所述脉宽恢复电路,用于当焊机引弧成功后,使所述脉宽控制电压恢复为预设工作电压。
2.根据权利要求1所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,还包括缓冲电路,所述缓冲电路连接所述脉宽采样电路,所述脉宽采样电路通过所述缓冲电路连接所述比较误差放大电路;
所述缓冲电路,用于对所述脉宽采样电路生成的所述脉宽采样信号进行隔离缓冲后,输出至所述比较误差放大电路。
3.根据权利要求1所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,还包括脉宽调节电路,所述脉宽调节电路连接所述比较误差放大电路;
所述脉宽调节电路,用于接收所述比较误差放大电路输出的电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,所述脉宽采样电路包括第二二极管、第二电阻、第三电阻和第一电容;
所述第二二极管的正极连接电焊机内的逆变驱动电路,用于获取所述脉冲驱动信号,所述第二二极管的负极连接所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端分别连接所述第三电阻的一端、所述第一电容的一端和所述比较误差放大电路,所述第三电阻的另一端和所述第一电容的另一端均接地。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,所述脉宽设置电路包括第一直流电源、第一电阻、电位器、第五运算放大器和第十二电阻;
所述第一电阻的一端连接所述第一直流电源,所述第一电阻的另一端连接所述电位器的一个固定端,所述电位器的另一个固定端接地,所述电位器的滑动端连接所述第五运算放大器的同相输入端,所述第五运算放大器的反相输入端和输出端连接所述第十二电阻的一端,所述第十二电阻的另一端连接所述比较误差放大电路。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,所述脉宽恢复电路包括第三运算放大器、第七电阻、第四运算放大器、第八电阻、第十电阻、第十三电阻、第二直流电源、第三电容、第五电阻和场效应管;
所述第三运算放大器的同相输入端连接焊机内的电流传感器,用于获取焊机电弧的电流信号,所述第三运算放大器的反相输入端和输出端连接所述第七电阻的一端,所述第七电阻的另一端连接所述第四运算放大器的同相输入端,所述第四运算放大器的反相输入端分别连接所述第八电阻的一端、所述第三电容的一端、所述第十电阻的一端和所述第十三电阻的一端,所述第十三电阻的另一端连接所述第二直流电源,所述第十电阻的另一端接地,所述第三电容的另一端、所述第八电阻的另一端和所述第四运算放大器的输出端连接所述第五电阻的一端,所述第五电阻的另一端连接所述场效应管的栅极,所述场效应管的源极接地,所述场效应管的漏极连接所述比较误差放大电路。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,所述比较误差放大电路包括第一运算放大器、第四电阻、第二电容、第六电阻和第一二极管;
所述第四电阻的一端连接所述脉宽采样电路,所述第四电阻的另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述第二电容的一端,所述第一运算放大器的同相输入端连接所述脉宽设置电路,所述第二电容的另一端连接所述第六电阻的一端,所述第六电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端和所述第一二极管的负极,所述第一二极管的正极用于输出电压拉低信号,拉低焊机内的所述脉宽控制电压。
8.根据权利要求2所述的焊机引弧控制电路,其特征在于,所述缓冲电路包括第二运算放大器;
所述第二运算放大器的同相输入端连接所述脉宽采样电路,所述第二运算放大器的反相输入端和输出端连接所述比较误差放大电路。
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