CN114336887B - 一种低成本高可靠性的供电电路 - Google Patents
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Abstract
本申请包括一种低成本高可靠性的供电电路,具体涉及电池供电电路技术领域。所述供电电路中包含供电芯片;所述供电芯片中包含供电引脚以及环路补偿引脚;所述供电芯片的环路补偿引脚通过RC补偿电路接地;所述供电芯片的环路补偿引脚还依次通过第一二极管以及第一电阻接地;所述供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管以及第一电阻接地。上述方案中,在不使用具有欠压锁存功能引脚的芯片的基础上,实现了对供电电路的欠压锁存功能,在降低电路成本的同时,保证了供电电路的高可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池供电电路技术领域,具体涉及一种低成本高可靠性的供电电路。
背景技术
现有技术中,输入的电源依次经过输入端、工频变压器、整流滤波电路和充电电路后,可以实现对电池负载进行充电。
如图1所示,本领域常见的电池充电电路结构为具有内置开关管的电源控制芯片。在电源控制芯片上存在多个引脚,其中,SW引脚为内置开关管的集电极,电感中的电流通过该内置的开关管流入大地;VIN引脚为芯片的供电引脚;FB引脚为外部反馈电阻的输入引脚;VC引脚用作环路补偿,连接RC串联电路到地。在电池充电电路的运行过程中,电源控制芯片控制电池充电电路运行,将VIN转换为Vout,并且电源控制芯片通过FB引脚,SW引脚与外部电路连接,保证电池充电电路的稳定运行。
上述方案中,仅依靠上述引脚无法实现对充电电路的欠压锁存等功能,因此,电池充电电路的安全可靠性较低,容易因为故障而损坏后端的电池负载;若使用具有更多引脚的芯片实现欠压锁存等功能,芯片的成本过高,难以在降低成本的同时保证供电电路的可靠性。
发明内容
本申请提供了一种低成本高可靠性的供电电路,提高了电池充电过程中的可靠性,该技术方案如下。
一方面,提供了一种低成本高可靠性的供电电路,所述供电电路中包含供电芯片;所述供电芯片中包含供电引脚以及环路补偿引脚;
所述供电芯片的环路补偿引脚通过RC补偿电路接地;
所述供电芯片的环路补偿引脚还依次通过第一二极管以及第一电阻接地;
所述供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管以及第一电阻接地。
在一种可能的实现方式中,所述RC补偿电路中包含第一电容、第二电容以及第二电阻;
所述第一电容与第二电阻串联后再与所述第二电容并联。
在一种可能的实现方式中,所述环路补偿引脚还通过第二二极管以及第一开关管接地;
所述第一开关管用于根据所述供电引脚的电压确定开关状态。
在一种可能的实现方式中,所述第一开关管为三极管;
所述供电引脚依次通过第二稳压二极管以及第三电阻,与所述第一开关管的基极连接;
所述第二二极管与所述第一开关管的集电极连接;
所述第一开关管的发射极接地。
在一种可能的实现方式中,所述第一开关管为MOS管;
所述供电引脚依次通过第二稳压二极管以及第三电阻,与所述第一开关管的栅极连接;
所述第二二极管与所述第一开关管的漏极连接;
所述第一开关管的源极接地。
在一种可能的实现方式中,所述供电引脚通过第四电阻与所述第一开关管的漏极连接。
在一种可能的实现方式中,所述供电引脚还通过第二稳压二极管以及第五电阻接地。
在一种可能的实现方式中,所述第二稳压二极管的反向击穿电压大于所述第一稳压二极管的反向击穿电压。
在一种可能的实现方式中,所述供电芯片的环路补偿引脚还通过第一二极管与RC缓冲电路连接,所述RC缓冲电路通过所述第一稳压二极管与所述供电引脚连接。
在一种可能的实现方式中,所述RC缓冲电路包括第六电阻和第三电容;
所述供电芯片的供电引脚依次通过第一稳压二极管、第六电阻以及第三电容接地;
所述供电芯片的引脚还依次通过第一稳压二极管、第六电阻与所述第一二极管的阴极连接。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果:
当需要通过供电电路进行供电时,在供电芯片的环路补偿引脚上设置RC补偿电路,并且将环路补偿引脚通过第一二极管以及第一电阻接地;再将供电引脚与第一稳压二极管以及第一电阻接地;此时供电引脚通过第一稳压二极管以及第一二极管连接;当供电引脚的电压大于第一稳压二极管的反向击穿电压时,供电引脚通过第一电阻接地,由于供电引脚电压较大,导致流经第一电阻电流较大,第一电阻上的电压较大,从而第一二极管被反向截止,环路补偿引脚的电压为正常工作电压,使供电电路正常运行;当供电引脚的电压低于第一稳压二极管的反向击穿电压时,环路补偿引脚直接通过第一二极管与第一电阻接地,导致环路补偿引脚电压较低,使供电电路锁存,从而在不使用具有欠压锁存功能引脚的芯片的基础上,实现了对供电电路的欠压锁存功能,在降低电路成本的同时,保证了供电电路的高可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,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示出了一种电池充电电路结构示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种低成本高可靠性的供电电路的结构示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种低成本高可靠性的供电电路的结构示意图。
图4是本申请实施例涉及的一种供电电路的过压关断功能结构示意图。
图5示出了本申请实施例涉及的一种供电电路的软启动复用功能的充电电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
应理解,在本申请的实施例中提到的“指示”可以是直接指示,也可以是间接指示,还可以是表示具有关联关系。举例说明,A指示B,可以表示A直接指示B,例如B可以通过A获取;也可以表示A间接指示B,例如A指示C,B可以通过C获取;还可以表示A和B之间具有关联关系。
在本申请实施例的描述中,术语“对应”可表示两者之间具有直接对应或间接对应的关系,也可以表示两者之间具有关联关系,也可以是指示与被指示、配置与被配置等关系。
本申请实施例中,“预定义”可以通过在设备(例如,包括终端设备和网络设备)中预先保存相应的代码、表格或其他可用于指示相关信息的方式来实现,本申请对于其具体的实现方式不做限定。
图2是根据一示例性实施例示出的一种低成本高可靠性的供电电路的结构示意图。如图2所示,该供电电路中包含供电芯片;该供电芯片中包含供电引脚VIN以及环路补偿引脚VC;
该供电芯片的环路补偿引脚通过RC补偿电路接地;
该供电芯片的环路补偿引脚还依次通过第一二极管D1以及第一电阻R1接地;
该供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管Z1以及第一电阻R1接地。
在该供电电路所构成的供电芯片中还集成有功率开关管,该功率开关管与供电芯片外部的电路共同构成斩波电路,以实现对电压的转换,而通过斩波电路转换得到的电压值输出,可以通过Vout端输出,作为该供电电路的输出电压(图2中未示出)。
该供电芯片的环路补偿引脚VC通过RC补偿电路接地,从而保证该供电芯片的正常运行。
在一种可能的实现方式中,该RC补偿电路中包含第一电容C1、第二电容C2以及第二电阻R2;该第一电容C1与第二电阻R2串联后再与该第二电容C2并联。
电池充电电路(即供电电路)的供电芯片中,为了保证环路控制的准确性,供电芯片通常包括用于环路补偿的VC引脚(也叫环路补偿引脚),该VC引脚就是通过外部设置电容C与电阻R组成的RC补偿电路调节芯片相位裕度来提高芯片闭环工作稳定性的引脚;其一般为内部误差放大器的输出引脚,与电源控制芯片工作的占空比直接相关,具体为,VC电压越小,芯片工作的占空比越小,VC电压越大,芯片工作的占空比越大。
此外,因为芯片有最小和最大输出占空比限制,所以此VC引脚一般正常电压从零点几伏至几伏不等,因芯片而异,具体为:VC引脚电压过低或过高会使芯片占空比过小或过大,由于芯片内部对占空比做了限制,故直接影响就是芯片内置开关管常关或者常开,即当VC引脚电压低于最小限制电压时,芯片内置开关管常关,常关状态可以理解为芯片处于“关机”状态,电路停止工作,当VC引脚电压高于最大限制电压时,芯片内置开关管常开,电池充电电路会进入不稳定的工作状态,因此,一般尽量避免芯片内置开关管处于常开的状态。
而通过本申请实施例所示方案,VIN引脚除了引入输入电压之外,还通过第一稳压二极管Z1、以及R1接地;并且通过第一稳压二极管Z1以及D1与VC引脚连接。
当VIN电压低于第一稳压二极管Z1的反向击穿电压时,第一稳压二极管Z1处于反向截止状态,因此,VC引脚的输出电流通过第一二极管D1和第一电阻R1流入大地,而此时由于VC引脚输出的电流能力为微安级别,因此,当第一电阻R1不是非常大时,第一电阻R1上的电压会非常小,此电压可以忽略不计,故VC引脚的电压被第一二极管D1与第一电阻R1钳位至第一二极管D1的正向导通压降VD1,故此时,因VC引脚电压过低而使得芯片“关机”;
当VIN电压高至第一稳压二极管Z1的反向击穿电压后,第一稳压二极管Z1反向击穿导通,此时若VIN电压继续升高,第一二极管D1会逐渐被反向截止,使得VIN电压不再影响VC引脚,从而实现欠压锁存功能,第一稳压二极管Z1的反向击穿电压即为欠压锁存的电压值。
综上所述,当需要通过供电电路进行供电时,在供电芯片的环路补偿引脚上设置RC补偿电路,并且将环路补偿引脚通过第一二极管以及第一电阻接地;再将供电引脚与第一稳压二极管以及第一电阻接地;此时供电引脚通过第一稳压二极管以及第一二极管连接;当供电引脚的电压大于第一稳压二极管的反向击穿电压时,供电引脚通过第一电阻接地,由于供电引脚电压较大,导致流经第一电阻电流较大,第一电阻上的电压较大,从而第一二极管被反向截止,环路补偿引脚的电压为正常工作电压,使供电电路正常运行;当供电引脚的电压低于第一稳压二极管的反向击穿电压时,环路补偿引脚直接通过第一二极管与第一电阻接地,导致环路补偿引脚电压较低,使供电电路锁存,从而在不使用具有欠压锁存功能引脚的芯片的基础上,实现了对供电电路的欠压锁存功能,在降低电路成本的同时,保证了供电电路的高可靠性。
图3是根据一示例性实施例示出的一种低成本高可靠性的供电电路的结构示意图。如图3所示,该供电电路中包含供电芯片IC;该供电芯片中包含供电引脚VIN以及环路补偿引脚VC;
该供电芯片的环路补偿引脚通过RC补偿电路接地;
该供电芯片的环路补偿引脚还依次通过第一二极管D1以及第一电阻R1接地;
该供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管Z1以及第一电阻R1接地。
在如图3所示的供电电路中,除了图2所示实施例示出的具有欠压锁存功能的供电电路结构之外,还存在实现过压关断以及软启动功能的电路结构,具体结构如下。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述环路补偿引脚还通过第二二极管D2以及第一开关管Q1接地;所述第一开关管Q1用于根据所述供电引脚的电压确定开关状态。
即当供电引脚的电压大于阈值时,第一开关管打开,此时环路补偿引脚直接通过第二二极管D2以及第一开关管Q1接地,环路补偿引脚上的电压被拉低,从而实现当供电引脚的电压大于阈值时,供电芯片关断。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述第一开关管Q1为三极管;所述供电引脚VIN依次通过第二稳压二极管Z2以及第三电阻R3,与所述第一开关管Q1的基极连接;所述第二二极管D2与所述第一开关管Q1的集电极连接;所述第一开关管Q1的发射极接地。
当第一开关管Q1为三极管时,供电引脚VIN依次通过第二稳压二极管Z2以及第三电阻R3与第一开关管Q1的基极连接,此时当VIN上的电压大于第二稳压二极管的反向击穿电压时,此时第二稳压二极管被击穿,从而使得第一开关管Q1的基极电压升高,第一开关管Q1打开,环路补偿引脚上的电压被拉低,供电芯片关断。
相应的,基于与三极管类似的电路特征,第一开关管也可以通过MOS管实现,因此在本申请实施例的另一种可能的实现方式中,所述第一开关管为MOS管;所述供电引脚依次通过第二稳压二极管以及第三电阻,与所述第一开关管的栅极连接;所述第二二极管与所述第一开关管的漏极连接;所述第一开关管的源极接地。
当第一开关管Q1为MOS管时,供电芯片过压关断的原理与第一开关管Q1为三极管的方案类似,此处不再赘述。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述供电引脚VIN通过第四电阻R4与所述第一开关管Q1的漏极连接。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述供电引脚VIN还通过第二稳压二极管Z2以及第五电阻R5接地。
为了便于理解,基于本申请实施例中涉及的供电电路的过压关断功能所涉及的电路结构,对过压关断功能的执行过程进行原理描述。
请参考图4,其示出了本申请实施例涉及的一种供电电路的过压关断功能结构示意图。
当芯片正常工作时,VIN电压低于第一稳压二极管Z1的反向击穿电压,第一开关管Q1的基极电压为低,因此,第一开关管Q1处于关断状态,此时其集电极电压被第四电阻R4拉高,第二二极管D2反向截止从而不对VC引脚造成任何影响;
当VIN电压过高,并达到第二稳压二极管Z2的反向击穿电压时,第二稳压二极管Z2反向击穿导通,此时第五电阻R5两端的电压使第一开关管Q1导通,从而使得VC引脚通过第二二极管D2和第一开关管Q1接地,因此,VC引脚会被拉低而使芯片“关机”,实现过压关断功能;第二稳压二极管Z2的反向击穿电压即为过压关断的电压值。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述供电芯片的环路补偿引脚还通过第一二极管与RC缓冲电路连接,所述RC缓冲电路通过所述第一稳压二极管与所述供电引脚连接。
如图3所示,在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述RC缓冲电路包括第六电阻R6和第三电容C3;所述供电芯片的供电引脚依次通过第一稳压二极管Z1、第六电阻R6以及第三电容C3接地;所述供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管Z1、第六电阻R6与所述第一二极管D1的阴极连接。
为了便于理解,以下基于本申请实施例中涉及的供电电路的软启动功能所涉及的电路结构,对软启动功能的执行过程进行原理描述。
请参考图5,其示出了本申请实施例涉及的一种供电电路的软启动复用功能的充电电路结构示意图。
如图5所示,在第一二极管D1的阴极加入由第六电阻R6和第三电容C3构成的RC缓冲电路,通过高电平电压和RC时间常数来设置软起动,由于VC引脚电压与占空比直接相关,二极管阴极电压在RC时间常数下逐渐上升,且VC引脚与二极管阳极相连,故此时VC引脚电压也会逐步上升到正常工作电压,之后二极管反向截止,电池充电电路(供电电路)进入正常工作状态;
在VC引脚电压逐渐上升的过程中,占空比由小到大直到正常工作占空比,故此时输出功率和电压都是逐步上升到正常工作状态,从而实现软起动功能。
在本申请实施例中,图4以及图5所示结构,可以分别与如图2所示实施例中示出的供电电路结构结合,从而在实现欠压锁存功能的基础上,分别实现过压关断和软起动的功能。而当图4与图5所示结构同时与如图2所示实施例中示出的供电电路结构结合时,即构成了如图3所示的供电电路。
并且在本申请实施例的一种可能的实现方式中,所述第二稳压二极管的反向击穿电压大于所述第一稳压二极管的反向击穿电压。
在如图3所示的电路结构中,由于第一稳压二极管所起到的作用是,检测VIN是否高于第一稳压二极管的击穿电压,当VIN高于第一稳压二极管的击穿电压时,使供电芯片正常运行;而第二稳压二极管所起到的作用是,检测VIN是否低于第二稳压二极管的击穿电压,当VIN低于第二稳压二极管的击穿电压时,使供电芯片正常运行。
因此在如图3所示的电路结构中,为了保证供电芯片的正常运行,可以设置第一稳压二极管的反向击穿电压以及第二稳压二极管的反向击穿电压,以保证供电芯片在接收到的VIN处于设置好的电压区间内时正常运行,提高了供电芯片及供电电路的运行稳定性。
在本申请实施例中,假设将第一稳压二极管Z1的反向击穿电压设计为5V,且将第二稳压二极管Z2的反向击穿电压设计为15V,此时,电路工作过程如下:
电池充电电路(供电电路)起动时,输入电压VIN输入到芯片中,当输入电压VIN增大到超过5V时,第一稳压二极管Z1反向击穿导通,此时,第一二极管D1的阴极电压(V1点的电压)在由第六电阻R6和第三电容C3构成的RC缓冲电路的RC时间常数下逐渐上升,此时VC引脚电压也会逐步上升到正常工作电压,在VC引脚电压逐渐上升的过程中,占空比由小到大直到正常工作占空比,故此时输出功率和电压都是逐步上升到正常状态,从而实现软起动功能;
在电池充电电路正常工作后,通过在VC引脚设置第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2,实现环路补偿功能;
同时,在电池充电电路(供电电路)正常工作时,输入电压VIN电压低于第二稳压二极管Z2的反向击穿电压,第一开关管Q1的基极电压为低,因此,第一开关管Q1处于关断状态,此时其集电极被第四电阻R4拉高(V2点的电压),第二二极管D2反向截止从而不对VC引脚造成任何影响;
当电池充电电路的输入电压VIN低于5V时,第一稳压二极管Z1处于反向截止状态,因VC引脚电压过低而使得芯片“关机”;当输入电压VIN高至5V后,第一稳压二极管Z1反向击穿导通,输入电压VIN通过第一稳压二极管Z1和第一电阻R1接地,此时若输入电压VIN继续升高,第一二极管D1的阴极电压也逐渐升高,当第一二极管D1的阴极电压升高到超过VC引脚的电压(0.7V-2V之间,因电池充电电路的具体工作状态和具体芯片类型而异)后,第一二极管D1被反向截止,使得输入电压VIN不再影响VC引脚,从而实现欠压锁存功能;
当电池充电电路(供电电路)输入电压VIN电压超过15V时,第二稳压二极管Z2反向击穿导通,此时第五电阻R5两端的电压使第一开关管Q1导通,从而使得VC引脚通过第二二极管D2和第一开关管Q1接地,因此,VC引脚会被拉低而使芯片“关机”,实现过压关断功能。
综上所述,当需要通过供电电路进行供电时,在供电芯片的环路补偿引脚上设置RC补偿电路,并且将环路补偿引脚通过第一二极管以及第一电阻接地;再将供电引脚与第一稳压二极管以及第一电阻接地;此时供电引脚通过第一稳压二极管以及第一二极管连接;当供电引脚的电压大于第一稳压二极管的反向击穿电压时,供电引脚通过第一电阻接地,由于供电引脚电压较大,导致流经第一电阻电流较大,第一电阻上的电压较大,从而第一二极管被反向截止,环路补偿引脚的电压为正常工作电压,使供电电路正常运行;当供电引脚的电压低于第一稳压二极管的反向击穿电压时,环路补偿引脚直接通过第一二极管与第一电阻接地,导致环路补偿引脚电压较低,使供电电路锁存,从而在不使用具有欠压锁存功能引脚的芯片的基础上,实现了对供电电路的欠压锁存功能,在降低电路成本的同时,保证了供电电路的高可靠性。
并且在本申请实施例中,对电池充电电路(供电电路)的电源供电芯片(供电芯片)的VC引脚(环路补偿引脚)进行多种功能的复用,即仅利用VC引脚同时实现了环路补偿、欠压锁存、过压关断和软起动的功能,从而降低了电池充电电路的成本且提高了电池充电电路的可靠性。
同时,VC引脚可以同时复用欠压锁存、过压关断和软起动的功能,也可以根据实际需求,仅复用其中的某一个或某两个功能,实现电路的灵活配置。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种低成本高可靠性的供电电路,其特征在于,所述供电电路中包含供电芯片;所述供电芯片中包含供电引脚以及环路补偿引脚;
所述供电芯片的环路补偿引脚通过RC补偿电路接地;
所述供电芯片的环路补偿引脚还依次通过第一二极管以及第一电阻接地;
所述供电芯片的供电引脚还依次通过第一稳压二极管以及第一电阻接地;
当所述环路补偿引脚低于最小限制电压时,所述供电芯片关机,所述供电电路停止工作;所述最小限制电压为所述供电芯片处于最小限制占空比时,环路补偿引脚所对应的电压;
所述供电引脚还通过第一稳压二极管与环路补偿引脚连接;
当所述供电引脚上的电压低于第一稳压二极管的反向击穿电压时,第一稳压二极管处于反向截止状态,环路补偿引脚的电压被第一二极管与第一电阻钳位至第一二极管的正向导通压降,使环路补偿引脚电压过低而关机;
当所述供电引脚上的电压高至第一稳压二极管的反向击穿电压后,第一稳压二极管反向击穿,第一二极管逐渐被反向截止,以实现欠压锁存;所述第一稳压二极管的反向击穿电压即为欠压锁存的电压值。
2.根据权利要求1所述的供电电路,其特征在于,所述RC补偿电路中包含第一电容、第二电容以及第二电阻;
所述第一电容与第二电阻串联后再与所述第二电容并联。
3.根据权利要求2所述的供电电路,其特征在于,所述环路补偿引脚还通过第二二极管以及第一开关管接地;
所述第一开关管用于根据所述供电引脚的电压确定开关状态。
4.根据权利要求3所述的供电电路,其特征在于,所述第一开关管为三极管;
所述供电引脚依次通过第二稳压二极管以及第三电阻,与所述第一开关管的基极连接;
所述第二二极管与所述第一开关管的集电极连接;
所述第一开关管的发射极接地。
5.根据权利要求3所述的供电电路,其特征在于,所述第一开关管为MOS管;
所述供电引脚依次通过第二稳压二极管以及第三电阻,与所述第一开关管的栅极连接;
所述第二二极管与所述第一开关管的漏极连接;
所述第一开关管的源极接地。
6.根据权利要求5所述的供电电路,其特征在于,所述供电引脚通过第四电阻与所述第一开关管的漏极连接。
7.根据权利要求4或5所述的供电电路,其特征在于,所述供电引脚还通过第二稳压二极管以及第五电阻接地。
8.根据权利要求4或5所述的供电电路,其特征在于,所述第二稳压二极管的反向击穿电压大于所述第一稳压二极管的反向击穿电压。
9.根据权利要求1至5任一所述的供电电路,其特征在于,所述供电芯片的环路补偿引脚还通过第一二极管与RC缓冲电路连接,所述RC缓冲电路通过所述第一稳压二极管与所述供电引脚连接。
10.根据权利要求9所述的供电电路,其特征在于,所述RC缓冲电路包括第六电阻和第三电容;
所述供电芯片的供电引脚依次通过第一稳压二极管、第六电阻以及第三电容接地;
所述供电芯片的引脚还依次通过第一稳压二极管、第六电阻与所述第一二极管的阴极连接。
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