CN112532221A - 开关电路和光伏空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关控制技术领域，具体涉及一种开关电路和光伏空调***，其中，开关电路的开关检测子电路的第一输入端采集半导体开关子电路输出的第一电参数，开关检测子电路的第二输入端采集外部电路的第二电参数。开关检测子电路根据第一电参数和第二电参数，确定半导体开关子电路的工作状态，若工作状态为异常，通过外部电路的控制端控制其输出端停止输出电流。本申请提供的技术方案，使用半导体开关替换了继电器，不需要判断继电器是否粘连，同时也避免了继电器在工作状态下发生粘连，无法检测，导致无法断开的问题，降低了控制的复杂度，一旦发生故障能够快速确定故障位置，进而实现快速有针对性的维修处理，提高了控制的可靠性。

Description

开关电路和光伏空调***
技术领域
本发明涉及开关控制技术领域，具体涉及一种开关电路和光伏空调***。
背景技术
继电器是应用非常广泛的电子控制器件。但是，在长时间使用的过程中，继电器的强电触点容易出现粘连而不能及时可靠地断开的情况，从而带来很多不稳定、不可控的因素。为了避免继电器的强电触点粘连导致不稳定的因素出现，需要设置另外的继电器检测电路，对继电器的工作状态进行检测。
例如，目前在光伏空调***中，市场均使用继电器作为网侧开关。图1所示的是目前普遍使用的一种继电器检测电路。其控制逻辑为先控制继电器RLY1闭合，保持继电器RLY2关断，通过电压采样分别求出R、S、T侧和U、V、W侧电压差的绝对值，然后将该绝对值与预设阈值进行对比，若该绝对值大于或者等于预设阈值，则判断继电器RLY2粘连，反之则继电器RLY2未粘连；同理，控制继电器RLY2闭合，保持继电器RLY1关断，通过电压采样分别求出R、S、T侧和U、V、W侧电压差的绝对值然后与预设阈值进行对比，若该绝对值大于或者等于预设阈值，则判断继电器RLY1粘连，反之则继电器RLY1未粘连。
采用这种继电器结合故障检测电路的方式，当继电器发生粘连故障时无法确定具体哪一路继电器发生粘连故障；而且，目前的继电器粘连检测都是在上电之前进行检测的，但若是继电器在工作状态下发生粘连，无法检测到粘连状态，在需要继电器断开的时候无法断开，带来较大的隐患。因此，继电器结合继电器故障检测电路的方式可靠性较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电路和光伏空调***，以克服目前继电器结合继电器故障检测电路的方式可靠性较低的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种开关电路，包括半导体开关子电路和开关检测子电路；
所述半导体开关子电路用于接入外部电路；所述半导体开关子电路的输入端用于与所述外部电路的输出端相连，所述半导体开关子电路的输出端用于与所述外部电路的负载端相连；
所述半导体开关子电路的信号端与所述开关检测子电路的第一输入端相连；所述开关检测子电路的第一输入端采集所述半导体开关子电路的信号端输出的第一电参数；所述开关检测子电路的第二输入端用于与所述外部电路的输出端相连，所述开关检测子电路的第二输入端采集所述外部电路的输出端的第二电参数；
所述开关检测子电路的输出端用于与所述外部电路的控制端相连，所述开关检测子电路根据所述第一电参数和所述第二电参数，确定所述开关检测子电路的工作状态，若所述开关检测子电路的工作状态为异常，通过所述外部电路的控制端控制所述外部电路的输出端停止电流输出。
进一步地，以上所述的开关电路，所述半导体开关子电路包括第一半导体开关、第二半导体开关和二极管；
所述第一半导体开关的第一端、所述第二半导体开关的第一端相连组成节点；所述第一半导体开关的第二端、所述第二半导体开关的第二端同时与所述二极管的阴极端相连，所述二极管的阳极端与所述节点相连；将所述节点作为所述半导体开关子电路的信号端；
所述第一半导体开关的第三端作为所述半导体开关子电路的输入端，所述第二半导体开关的第三端作为所述半导体开关子电路的输出端。
进一步地，以上所述的开关电路，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均包括IGBT器件。
进一步地，以上所述的开关电路，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均包括P沟道半导体开关；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第一端均为门极；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第二端均为发射极；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第三端均为集电极。
进一步地，以上所述的开关电路，所述开关检测子电路包括减法器、双限比较器和信号转换器；
所述减法器的第一输入端作为所述开关检测子电路的第一输入端，所述减法器的第二输入端作为所述开关检测子电路的第二输入端；
所述减法器的输出端与所述双限比较器的第一输入端相连，所述双限比较器的第二输入端用于输入第一阈值信号，所述双限比较器的第三输入端用于输入第二阈值信号；所述双限比较器的输出端与所述信号转换器的输入端相连；
所述信号转换器的输出端作为所述开关检测子电路的输出端。
进一步地，以上所述的开关电路，所述减法器的第一输入端包括负极输入端；
所述减法器的第二输入端包括正极输入端。
进一步地，以上所述的开关电路，所述双限比较器的第二输入端包括正极输入端；
所述双限比较器的第三输入端包括负极输入端。
进一步地，以上所述的开关电路，所述信号转换器包括DSP控制板。
进一步地，以上所述的开关电路，还包括开关指示子电路；
所述开关指示子电路与所述半导体开关子电路相连；
所述开关指示子电路用于指示所述半导体开关子电路的工作状态。
进一步地，以上所述的开关电路，所述开关指示子电路包括发光二极管。
本发明还提供了一种光伏空调***，包括光伏发电电路、整流逆变电路、整流电路、空调电路和以上任一项所述的开关电路；
所述开关电路包括半导体开关子电路和开关检测子电路；
所述光伏发电电路的输出端与所述整流电路的输入端相连，所述整流电路的输出端分别与所述整流逆变电路的输入端和所述空调电路相连；
所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端分别对应连接一个所述开关电路，并且，所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端分别和对应的开关电路中半导体开关子电路的输入端相连；所有所述半导体开关子电路的输出端并入电网；
所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端还和对应的开关电路中开关检测子电路的第二输入端相连；
所有所述开关检测子电路的输出端与所述整流逆变电路的控制端相连，所有所述开关检测子电路的输出端还与所述整流电路的控制端相连。
本发明的开关电路和光伏空调***，包括半导体开关子电路和开关检测子电路，开关检测子电路的第一输入端用于采集半导体开关子电路的信号端输出的第一电参数，开关检测子电路的第二输入端采集外部电路的输出端的第二电参数。开关检测子电路根据第一电参数和第二电参数，确定半导体开关子电路的工作状态，若工作状态为异常，通过外部电路的控制端控制其输出端停止输出电流。本申请提供的技术方案，使用半导体开关替换了继电器，不需要判断继电器是否粘连，同时也避免了继电器在工作状态下发生粘连，无法检测，导致无法断开的问题，降低了控制的复杂度，一旦发生故障能够快速确定故障位置，进而实现快速有针对性的维修处理，提高了控制的可靠性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中光伏空调***的继电器检测电路；
图2是本发明开关电路一种实施例提供的电路框图；
图3是本发明开关电路一种实施例提供的电路图；
图4是本发明光伏空调***一种实施例提供的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图2是本发明开关电路一种实施例提供的电路框图。
如图2所示，本实施例的开关电路，包括半导体开关子电路11和开关检测子电路12。半导体开关子电路11用于接入外部电路2，半导体开关子电路11的输入端用于与外部电路2的输出端相连，半导体开关子电路11的输出端用于与外部电路2的负载端相连。半导体开关子电路11的信号端与开关检测子电路12的第一输入端相连；开关检测子电路12的第二输入端用于与外部电路2的输出端相连。开关检测子电路12的输出端用于与外部电路2的控制端相连。
具体地，开关检测子电路12的第一输入端用于采集半导体开关子电路11的信号端输出的第一电参数，开关检测子电路12的第二输入端用于采集外部电路2的输出端的第二电参数。开关检测子电路12用于根据第一电参数和第二电参数，确定开关检测子电路12的工作状态，若开关检测子电路12的工作状态为异常，则可以确定该半导体开关子电路11出现故障，可以通过外部电路2的控制端控制外部电路2的输出端停止电流输出，避免外部电路2中的元器件受损。
本申请提供的技术方案，使用半导体开关替换了继电器，不需要判断继电器是否粘连，同时也避免了继电器在工作状态下发生粘连，无法检测，导致无法断开的问题，降低了控制的复杂度，一旦发生故障能够快速确定故障位置，进而实现快速有针对性的维修处理，提高了控制的可靠性。
基于一个总的发明构思，本发明还提供了一个实施例，以对开关电路的电路结构进行详细说明。
图3是本发明开关电路一种实施例提供的电路图。
如图3所示，本实施例的开关电路中，半导体开关子电路11包括第一半导体开关T1、第二半导体开关T2和二极管D。第一半导体开关T1的第一端、第二半导体开关T2的第一端相连，交点组成节点A，第一半导体开关T1的第二端、第二半导体开关T2的第二端同时与二极管D的阴极端相连，二极管D的阳极端与节点A相连，将节点A作为半导体开关子电路11的信号端，第一半导体开关T1的第三端作为半导体开关子电路11的输入端，第二半导体开关T2的第三端作为半导体开关子电路11的输出端。
此外，本实施例的第一半导体开关T1和第二半导体开关T2可以采用IGBT或MOSFET器件等。在一种具体地实施方式中，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2均采用IGBT器件。使用IGBT器件体积更小，因此可以极大的节省PCB板的体积。同时半导体开关成本非常低，且没有使用次数的限制，选择低开关频率、低导通压降的IGBT器件既延长了整体的使用寿命，也降低了其损耗。
在一种具体地实施方式中，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2均为P沟道半导体开关。其中，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2的第一端均为门极，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2的第二端均为发射极，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2的第三端均为集电极。
需要说明的是，本实施例并没有限定第一半导体开关T1和第二半导体开关T2只能为P沟道半导体开关，第一半导体开关T1和第二半导体开关T2也可以采用N沟道半导体开关，基于本实施例说明书中和图3中记载的内容，本领域的技术人员可以在不耗费创造性的前提下得到第一半导体开关T1和第二半导体开关T2采用N沟道半导体开关的电路图，此处不做赘述。
具体地，在正常工作状态下，可以通过控制第一半导体开关T1和第二半导体开关T2，控制外部电路2的通断，以调节外部电路2的工作状态。相对于继电器开关来说，本实施例的半导体开关属于半导体器件，使用过程中没有次数限制，使用寿命更长。
此时，若将电压值作为电参数，开关检测子电路12的第一输入端采集的第一电压值和开关检测子电路12的第二输入端采集的第二电压值为不同的电压数据。当第一半导体开关T1和/或第二半导体开关T2出现故障时，故障的半导体开关的门极、发射极、集电极全部导通，故障的半导体开关的门极和集电极的电压基本相等。
进一步地，本实施例的开关电路，开关检测子电路12包括减法器U1、双限比较器U2和信号转换器U3。
如图3所示，减法器U1的第一输入端作为开关检测子电路12的第一输入端与半导体开关子电路11的信号端相连，减法器U1的第二输入端作为开关检测子电路12的第二输入端与外部电路2的输出端相连。减法器U1的输出端与双限比较器U2的第一输入端相连，双限比较器U2的第二输入端用于输入第一阈值信号u1，双限比较器U2的第三输入端用于输入第二阈值信号u2；双限比较器U2的输出端与信号转换器U3的输入端相连。信号转换器U3的输出端作为开关检测子电路12的输出端与外部电路2的控制端相连。
在一种具体地实施方式中，减法器U1的第一输入端包括负极输入端，减法器U1的第二输入端包括正极输入端。双限比较器U2的第二输入端包括正极输入端，双限比较器U2的第三输入端包括负极输入端。
具体地，减法器U1为运算放大器，减法器U1可以计算第一电参数和第二电参数的差值，若将电压值作为电参数，减法器U1用于计算第一电压值和第二电压值的差值，将第一电压值和第二电压值的差值发送给双限比较器U2。
在一种具体地实施方式中，双限比较器U2包括两个运算放大器和两个电阻，分别为第一运算放大器S1、第二运算放大器S2、第一电阻R1和第二电阻R2，第一运算放大器S1、第二运算放大器S2、第一电阻R1和第二电阻R2的连接关系如图3所示，本实施例不做赘述。
由于电压本身就会出现波动，本领域的技术人员可以根据实际情况设定第一阈值信号u1和第二阈值信号u2，将第一阈值信号u1输入减法器U1的第二输入端，将第二阈值信号u2输入减法器U1的第三输入端。在一种具体地实施方式中，第一阈值信号u1为正数，第二阈值信号u2为负数。当第一电压值和第二电压值的差值为正数且小于或等于第一阈值信号u1时，或者，当第一电压值和第二电压值的差值为负数且大于或等于第二阈值信号u2时，则表示对应的第一半导体开关T1和/或第二半导体开关T2出现故障，开关检测子电路12的第一输入端采集的第一电压值和开关检测子电路12的第二输入端采集的第二电压值处于基本相同的状态。
此时，双限比较器U2可以向信号转换器U3输出控制信号，信号转换器U3输出PWM控制信号，通过外部电路2的控制端控制外部电路2的输出端停止电流输出，避免外部电路2中的元器件受损。
在一种具体地实施方式中，信号转换器U3包括DSP控制板。
进一步地，如图2所示，本实施例的开关电路，还包括开关指示子电路13，开关指示子电路13与半导体开关子电路11相连，开关指示子电路13用于指示半导体开关子电路11的工作状态。
在一种具体地实施方式中，开关指示子电路3包括发光二极管。发光二极管可以分别与每个半导体开关的集电极和发射极相连，当半导体开关导通时，对应的发光二极管发光，当半导体开关关断时，对应的发光二极管也关断。开关指示子电路13能够指示半导体开关子电路11的工作状态，用户可以通过开关指示子电路13观察半导体开关子电路11是否工作。
本实施例的开关电路，包括半导体开关子电路11和开关检测子电路12，开关检测子电路12的第一输入端用于采集半导体开关子电路11输出的第一电参数，开关检测子电路12的第二输入端采集外部电路2的输出端的第二电参数。开关检测子电路12根据第一电参数和第二电参数，确定半导体开关子电路11的工作状态，若工作状态为异常，通过集外部电路2的控制端控制其输出端停止输出电流。本实施例提供的技术方案，使用半导体开关替换了继电器，不需要判断继电器是否粘连，同时也避免了继电器在工作状态下发生粘连，无法检测，导致无法断开的问题，降低了控制的复杂度，一旦发生故障能够快速确定故障位置，进而实现快速有针对性的维修处理，提高了控制的可靠性。
基于一个总的发明构思，本实施例还提供了一种光伏空调***。
图4是本发明光伏空调***一种实施例提供的电路图。
本实施例的光伏空调***，包括光伏发电电路31、整流逆变电路32、整流电路33、空调电路34和以上实施例的开关电路35。
如图4所示，本实施例的开关电路35包括半导体开关子电路11和开关检测子电路12。其中，光伏发电电路31的输出端与整流电路33的输入端相连，整流电路33的输出端分别与整流逆变电路32的输入端和空调电路34相连。光伏发电电路31即光伏板产生的直流电后经整流电路33升压后一部分供给空调电路34中直流的空调使用，一部分经整流逆变电路32逆变后经过开关电路35；当光伏产生的电不足以空调使用的时候，电网的电则通过开关电路35在经过整流逆变电路32整流后给空调供电。
具体地，本实施例整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端、整流逆变电路32的W相输出端分别对应连接一个开关电路35，并且整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端、整流逆变电路32的W相输出端分别和对应的开关电路35中半导体开关子电路11的输入端相连，所有半导体开关子电路11的输出端并入电网36，得到R、S、T。
半导体开关子电路11的信号端与开关检测子电路12的第一输入端相连；开关检测子电路12的第一输入端采集半导体开关子电路12输出的第一电参数；整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端和整流逆变电路32的W相输出端还和对应的开关电路35中开关检测子电路12的第二输入端相连，开关检测子电路12的第二输入端用于采集其所连接的整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端或整流逆变电路32的W相输出端的第二电参数。
所有开关检测子电路12的输出端与整流逆变电路32的控制端相连，所有开关检测子电路12的输出端还与整流电路33的控制端相连。
具体地，每个开关电路35用于根据其所在电路的第一电参数和第二电参数，确定对应的半导体开关子电路11工作状态，若开关检测子电路的工作状态为异常，确定异常位置，即确定故障的开关电路35，并通过整流逆变电路32的控制端和整流电路33的控制端控制整流逆变电路32、整流电路33停止工作。
本实施例中，三个开关电路35与整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端、整流逆变电路32的W相输出端是一对一的关系，即三个开关电路35输出的三组PWM控制信号与整流逆变电路32的U相输出端、整流逆变电路32的V相输出端、整流逆变电路32的W相输出端也是一对一的关系。因此，开关电路35出现故障时可以定位到具体是哪一路的开关电路35损坏。
一般的，整流逆变电路32的控制端为整流逆变电路32中的半导体器件，整流电路33的控制端为整流电路33中的半导体器件。
采用本实施例的技术方案，使用半导体开关替换了继电器，不需要判断继电器是否粘连，同时也避免了继电器在工作状态下发生粘连，无法检测，导致无法断开的问题，降低了控制的复杂度，一旦发生故障能够快速确定故障位置，进而实现快速有针对性的维修处理，提高了控制的可靠性。而且，降低了网侧控制开关的成本，减小了PCB板的面积，能够确定开关电路35故障的位置，便于维修。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种开关电路，其特征在于，包括半导体开关子电路和开关检测子电路；
所述半导体开关子电路用于接入外部电路；所述半导体开关子电路的输入端用于与所述外部电路的输出端相连，所述半导体开关子电路的输出端用于与所述外部电路的负载端相连；
所述半导体开关子电路的信号端与所述开关检测子电路的第一输入端相连；所述开关检测子电路的的第一输入端采集所述半导体开关子电路信号端输出的第一电参数；所述开关检测子电路的第二输入端用于与所述外部电路的输出端相连，所述开关检测子电路的第二输入端采集所述外部电路的输出端的第二电参数；
所述开关检测子电路的输出端用于与所述外部电路的控制端相连，所述开关检测子电路根据所述第一电参数和所述第二电参数，确定所述开关检测子电路的工作状态，若所述开关检测子电路的工作状态为异常，通过所述外部电路的控制端控制所述外部电路的输出端停止电流输出。
2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述半导体开关子电路包括第一半导体开关、第二半导体开关和二极管；
所述第一半导体开关的第一端、所述第二半导体开关的第一端相连组成节点；所述第一半导体开关的第二端、所述第二半导体开关的第二端同时与所述二极管的阴极端相连，所述二极管的阳极端与所述节点相连；将所述节点作为所述半导体开关子电路的信号端；
所述第一半导体开关的第三端作为所述半导体开关子电路的输入端，所述第二半导体开关的第三端作为所述半导体开关子电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均包括IGBT器件。
4.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均包括P沟道半导体开关；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第一端均为门极；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第二端均为发射极；
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的第三端均为集电极。
5.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述开关检测子电路包括减法器、双限比较器和信号转换器；
所述减法器的第一输入端作为所述开关检测子电路的第一输入端，所述减法器的第二输入端作为所述开关检测子电路的第二输入端；
所述减法器的输出端与所述双限比较器的第一输入端相连，所述双限比较器的第二输入端用于输入第一阈值信号，所述双限比较器的第三输入端用于输入第二阈值信号；所述双限比较器的输出端与所述信号转换器的输入端相连；
所述信号转换器的输出端作为所述开关检测子电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述减法器的第一输入端包括负极输入端；
所述减法器的第二输入端包括正极输入端。
7.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述双限比较器的第二输入端包括正极输入端；
所述双限比较器的第三输入端包括负极输入端。
8.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述信号转换器包括DSP控制板。
9.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，还包括开关指示子电路；
所述开关指示子电路与所述半导体开关子电路相连；
所述开关指示子电路用于指示所述半导体开关子电路的工作状态。
10.根据权利要求9所述的开关电路，其特征在于，所述开关指示子电路包括发光二极管。
11.一种光伏空调***，其特征在于，包括光伏发电电路、整流逆变电路、整流电路、空调电路和权利要求1-10任一项所述的开关电路；
所述开关电路包括半导体开关子电路和开关检测子电路；
所述光伏发电电路的输出端与所述整流电路的输入端相连，所述整流电路的输出端分别与所述整流逆变电路的输入端和所述空调电路相连；
所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端分别对应连接一个所述开关电路，并且，所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端分别和对应的开关电路中半导体开关子电路的输入端相连；所有所述半导体开关子电路的输出端并入电网；
所述整流逆变电路的U相输出端、所述整流逆变电路的V相输出端和所述整流逆变电路的W相输出端还和对应的开关电路中开关检测子电路的第二输入端相连；
所有所述开关检测子电路的输出端与所述整流逆变电路的控制端相连，所有所述开关检测子电路的输出端还与所述整流电路的控制端相连。
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