DC-DC双向变换器
双向dcdc变换器 (2)
双向 DC-DC 变换器简介双向 DC-DC 变换器是一种可以实现能量在两个方向上传输的电路，能够将能量从一个电源转移到另一个电源。
它在电动车、太阳能系统、电池储能系统等应用中得到广泛应用。
本文将介绍双向 DC-DC 变换器的原理、工作模式和应用。
原理双向 DC-DC 变换器通过两个独立的电感和开关器件实现能量的双向传输。
其拓扑结构常见的有升降压式和升压式两种。
在升降压式拓扑中，输入电源可以比输出电源的电压高或低；而在升压式拓扑中，输入电源的电压必须比输出电源的电压高。
下面介绍升降压式和升压式拓扑的工作原理：升降压式拓扑升降压式拓扑常用的桥式电感拓扑是最常见的升降压式拓扑。
其电路图和工作原理如下：升降压式拓扑升降压式拓扑在升降压式拓扑中，当开关 SW1 和 SW2 关闭时，电感 L1 储存电能；当 SW1和 SW2 开启时，通过二极管 D1 转移到电容 C1 上。
同样，当开关 SW3 和 SW4 关闭时，电感 L2 储存电能；当 SW3 和 SW4 开启时，通过二极管 D2 转移到电容 C2 上。
升压式拓扑升压式拓扑常用的桶式电感拓扑是最常见的升压式拓扑。
其电路图和工作原理如下：升压式拓扑升压式拓扑在升压式拓扑中，当开关 S1 关闭时，电感 L1 储存电能；当 S1 开启时，通过二极管 D1 转移到电感 L2 上。
此时，电容 C1 上的电压逐渐升高，最终达到所需的输出电压。
工作模式双向 DC-DC 变换器有三种工作模式：降压模式、升压模式和反向电流保护模式。
降压模式降压模式是指输入电压高于输出电压的情况。
在此模式下，开关器件周期性地开启和关闭，以维持输出电压在设定范围内。
当开关器件关闭时，电感和电容储存能量；而当开关器件打开时，能量从电感和电容中释放，通过二极管传递到输出端。
这个过程会不断循环，以保持输出电压稳定。
升压模式升压模式是指输入电压低于输出电压的情况。
在此模式下，开关器件周期性地开启和关闭，以提供所需的输出电压。
双向DCDC变换器的分析研究
双向DCDC变换器的分析研究双向DC-DC变换器是一种电力电子器件，用于将直流电能从一个电源转换为另一个电源。
它具有很多应用领域，例如光伏发电系统、电动车充电系统等。
本文将对双向DC-DC变换器进行分析研究，包括工作原理、拓扑结构和性能分析。
双向DC-DC变换器的工作原理如下：当输入电压大于输出电压时，变换器工作在升压模式下，将输入电压提升到输出电压。
当输入电压小于输出电压时，变换器工作在降压模式下，将输入电压降低到输出电压。
变换器通过开关管和电感实现电能的传输和控制。
在升压模式下，开关管导通，将电能储存在电感中，然后关断开关管，使储存的电能通过二极管传递到输出端。
在降压模式下，开关管关断，电感中储存的电能通过二极管传输到输出端。
双向DC-DC变换器有多种拓扑结构，常见的有双边激磁变换器、双边换流电感变换器、双边开关电流变换器等。
其中，双边激磁变换器是一种常用的结构，其工作原理如下：当开关管Q1导通时，输入电源通过L1传导到电容C1和负载，此时输出电压上升；当开关管Q2导通时，L2向负载提供能量，同时电容C2对电流进行平滑滤波。
要对双向DC-DC变换器进行分析研究，需要考虑以下几个关键因素。
首先是效率。
双向DC-DC变换器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
高效率的变换器可以减少能量的损耗，提高系统的能量利用率。
影响效率的因素主要包括开关管的导通损耗、电感和电容元件的损耗以及输出负载的功率损耗。
研究如何提高变换器的效率，可以通过优化开关管的驱动方式、选择合适的电感和电容元件以及优化输出负载的设计来实现。
其次是稳定性。
双向DC-DC变换器的稳定性是指输出电压稳定在期望值附近的能力。
稳定性的分析主要包括输出电压的波动范围，以及对输入电压和输出负载变化的响应能力。
实际应用中，稳定性是非常重要的，因为电子系统对电压的稳定性要求很高。
研究如何提高变换器的稳定性，可以通过选择合适的控制策略和设计均衡电压环路来实现。
DCDC直流变换器
第一章绪论本章介绍了双向DC/DC变换器（Bi-directionalDC/DCConverter，BDC)的基本原理概述、研究背景和应用前景，并指出了目前双向直流变换器在应用中遇到的主要问题。
1.1双向DC/DC变换器概述所谓双向DC/DC变换器就是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据具体需要改变电流的方向，实现双象限运行的双向直流/直流变换器。
相比于我们所熟悉的单向DC/DC变换器实现了能量的双向传输。
实际上，要实现能量的双向传输，也可以通过将两台单向DC/DC变换器反并联连接，由于单向变换器主功率传输通路上一般都需要二极管，因此单个变换器能量的流通方向仍是单向的，且这样的连接方式会使系统体积和重量庞大，效率低下，且成本高。
所以，最好的方式就是通过一台变换器来实现能量的双向流动，BDC就是通过将单向开关和二极管改为双向开关，再加上合理的控制来实现能量的双向流动。
1.2双向直流变换器的研究背景在20世纪80年代初期，由于人造卫星太阳能电源系统的体积和重量很大，美国学者提出了用双向Buck/Boost直流变换器来代替原有的充、放电器，从而实现汇流条电压的稳定。
之后，发表了大量文章对人造卫星应用蓄电池调节器进行了系统的研究，并应用到了实体中。
1994年，香港大学陈清泉教授将双向直流变换器应用到了电动车上，同年，F.Caricchi等教授研制成功了用20kW水冷式双向直流变换器应用到电动车驱动，由于双向直流变换器的输入输出电压极性相反，不适合于电动车，所以他提出了一种Buck-Boost级联型双向直流变换器，其输入输出的负端共用。
1998年，美国弗吉尼亚大学李泽元教授开始研究双向直流变换器在燃料电池上的配套应用。
可见，航天电源和电动车辆的技术更新对双向直流变换器的发展应用具有很大的推动力，而开关直流变换器技术为双向DC/DC变换器的发展奠定了基础。
1994年，澳大利亚FelixA.Himmelstoss发表论文，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。
双向DCDC变换器
双向DCDC变换器1、什么是双向DCDC在储能系统、以及汽车动力系统中，存在既需要向负载供电，又存在给电池等放电的情况，我们也把这种电流反向馈入电源侧的模式称为馈电，也称这种能量可以双向流动的开关变换器为双向变换器（Bi_direactional DC/DC Converter）。
同样其也分为隔离与非隔离。
之前我们介绍的变换器均只有一个开关管，且只能实现电流的单一反向流动，所以其能量也是单相传递。
其实从理论上来说，比如buck电路正向来看是降压，反向看其实就是升压电路，所以我们只需要让该电路能够正向实现降压，反向实现升压就可以变成双向变换器。
比较简单一点的话就是用一个单向buck电路与boost电路进行并联，但是成本有点高。
下面我们就通过buck电路和boost电路合并成双向变换器:上图通过传统的buck电路和boost电路合成最终的双向buck电路，这个电路算是非常经典的双向DCDC电路了，并且在目前也是应用非常广泛的。
如果不进行同步整流情况下，buck模式打上管子储能，下管关闭，通过下管二极管实现续流，电流从左向右流动实现降压效果。
同样反向boost模式，下管导通使得电感储能，通过上管的反向二极管实现续流，所以两个开关管之间要留有足够的死区时间，避免短路直通，损坏器件。
然而其具体工作在buck模式还是boost模式需要根据占空比和两侧电压大小来确定，且对于双向buck电路电流没有断续模式，同样也是遵循电感的伏秒平衡和电容的安秒平衡。
其他双向电路也是由对应的单相升降压复合而成。
2、DCDC开环与闭环控制DCDC的开环控制就是通过输出固定的占空比，根据电压传输比例进行开环的电压电流输出模式。
而闭环控制是通过输出的电流电压反馈调节占空比，最终使得输出电压或者电流稳定在目标值附近。
DCDC常用的直接控制电压的单环和电压电流双闭环控制，而电压电流双闭环控制由于稳定性和抗干扰能力强被广泛使用，通常是电压作为外环，电流作为内环。
双向全桥dc-dc变换器建模与调制方法的研究
双向全桥dc-dc变换器建模与调制方法的研究全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：双向全桥DC-DC变换器是一种常见的功率电子拓扑结构，广泛应用于电力系统中的直流电-直流电转换。
它能实现双向能量流传输，具有高效率、高稳定性和快速响应的特点。
但是在实际应用中，由于电力系统的复杂性和双向全桥DC-DC变换器自身的非线性特性，其建模和调制方法一直是一个研究热点和挑战。
一、双向全桥DC-DC变换器的基本原理与结构双向全桥DC-DC变换器是由两个全桥逆变器和一个LC滤波器组成的，其基本结构如下图所示。
通过控制全桥逆变器的开关器件，可以实现能量的双向传输。
当需要从直流侧向交流负载供电时，将控制信号输入到逆变器，逆变器将直流电压转换成交流电压，并通过滤波器输出给负载；当需要将交流负载中的能量反馈到直流侧时，同样可以通过逆变器将交流电压转换成直流电压，再通过滤波器输出给直流侧。
1. 传统建模方法双向全桥DC-DC变换器的建模方法可以分为传统方法和基于深度学习的方法。
传统方法主要是基于电路方程的数学模型，包括控制部分和电气部分两个子系统。
电气部分的建模可以采用平均值模型、时域模型或频域模型等不同方法。
这些模型通常是基于理想元件和理想环境下的假设条件，不能完全准确地描述实际工作状况。
2. 深度学习建模方法近年来，随着深度学习技术的发展，基于深度学习的建模方法逐渐受到关注。
深度学习可以通过大量数据的学习和训练，构建出更为复杂和精确的模型，能够更好地拟合实际工作状况。
对于双向全桥DC-DC变换器建模而言，深度学习方法可以更好地处理其非线性特性和复杂动态响应，提高建模的准确性和适用性。
传统的双向全桥DC-DC变换器调制方法主要包括PWM调制和谐波消除调制。
PWM调制是通过调节逆变器的开关器件的占空比，控制输出波形的幅值和频率；谐波消除调制则是通过消除输出波形中的谐波成分，提高输出波形的质量。
基于深度学习的调制方法可以进一步提高双向全桥DC-DC变换器的调制精度和性能。
双向DCDC变换器研究
双向DCDC变换器研究
一、引言
随着能源和电力行业的发展，人们对电能质量和能源使用效率的要求
越来越高，对双向DCDC（双向低压直流-高压直流）变换器的研究也越来
越多。
双向DCDC变换器可以将低压直流电源转换为高压直流电源，或者
将高压直流电源转换为低压直流电源，有效提高电力系统的能源利用效率，减少能源损耗，从而满足电能质量改善和能源技术的发展需求。
二、双向DCDC变换器（Bidirectional DC/DC Converter）
双向DCDC变换器是将低压直流电源转换为高压直流电源的电子器件。
它利用半导体及其辅助电路来模拟正反变换过程，实现低压直流电源和高
压直流电源之间的互换。
它是一种双向转换器，可以同时完成正反转换，
主要用于电能质量技术方面的发展，如智能电网及新能源等应用。
三、双向DCDC变换器的调整
1、调节输出电压
调节输出电压的关键是控制反向电路的转换效率和输出电流，包括误
差放大器，比较器，调节电阻，芯片等等。
双向DCDC变换器的控制方法研究与设计
双向DCDC变换器的控制方法研究与设计双向DC-DC变换器（BDC）是一种能够将直流电能在两个方向上进行转换和传输的电力转换装置。
它可以将能量从一个电源送到另一个负载，同时还可以将能量反向传输。
因此，BDC在可再生能源系统、电动汽车和电网储能等领域具有广泛的应用前景。
BDC的控制方法研究与设计是实现高效能量转换和稳定输出的关键。
以下是一个基于脉宽调制（PWM）技术的BDC控制方法的研究与设计过程。
1.建立数学模型：根据BDC的电路结构，可以建立数学模型来描述其电压与电流之间的关系。
通过建立这个模型，可以分析系统的动态特性和稳态性能。
2.控制策略选择：根据应用需求和系统要求，选择适当的控制策略。
常见的控制策略包括PID控制、模糊控制和模型预测控制等。
需要考虑的因素包括系统的响应速度、稳态误差和鲁棒性等。
3.控制器设计：设计适当的控制器来实现所选控制策略。
控制器的作用是根据输出和参考输入之间的差异来调节脉宽调制信号，控制BDC的开关器件的开关状态。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器等，可以根据特定要求设计组合控制器。
4. 控制系统仿真：利用Matlab/Simulink等软件，将前面设计的数学模型和控制器进行仿真。
通过输入不同的电压、电流和负载条件，观察系统的响应和稳态性能。
根据仿真结果，优化控制器参数，满足设计要求。
5.硬件实现：根据仿真结果和优化的控制器参数，进行硬件实现。
选择适当的开关器件、电感和电容等元器件，设计BDC的电路。
由于BDC涉及高频开关和高电压等特殊要求，需要注意电路设计的可靠性和安全性。
6.实验验证：将设计的BDC系统进行实验验证。
输入不同的电压和负载条件，测试系统的响应和稳态性能。
根据实验结果，调整控制器参数和系统参数，进一步优化设计。
综上所述，双向DC-DC变换器的控制方法研究与设计是一个复杂的工程过程。
通过建立数学模型、选择适当的控制策略、设计控制器、进行仿真和实验验证，可以实现高效能量转换和稳定输出的目标。
双向DC-DC变换器研究
双向DC-DC变换器摘要：双向DC/DC变换器是一种可以实现“一机两用”的设备，可用其得到能量的双向传输，并且在有些需要能量双向流动的场合，双向DC/DC变换器可大幅度减轻系统的体积、重量以及成本价值，有着重要的研究意义。
首先介绍的是双向DC/DC变换器的概念、应用场合以及其研究现状，并在此基础上分析了电压—电流型双向全桥DC/DC变换器；Buck充电模式时，高压侧开关有驱动信号，低压侧开关管驱动信号封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电压型全桥结构；Boost放电模式时，低压侧开关管有驱动信号，高压侧开关管驱动信后封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电流型全桥结构。
然后，分别对buck充电模式和boost放电模式的工作原理进行了分析。
最后利用Proteus软件分别对buck充电模式和boost放电模式的开环和闭环进行了仿真，给出了各部分的波形图，最后得出的仿真结果和理论一致。
关键词：双向DC-DC变换器 Buck充电模式 Boost放电模式目录前言 (3)1.方案论证 (4)1.1方案一 (6)1.2 方案二 (6)1.3 方案选择 (7)2.电路设计和原理 (7)2.1 5V电压源电路设计 (7)2.2 0.1s (8)2.2.1 引脚及功能表 (9)2.2.2 (10)2.3 计数电路设计 (11)2.4电路设计 (13)2.5显示电路设计 (14)2.6控制电路设计 (15)3.软件仿真调试 (15)3.1 软件介绍 (15)3.2 调试步骤及方法 (16)4.故障分析及解决方法 (17)5.总结与体会 (18)附录： (20)A、总体电路图 (20)B、元器件清单 (20)C、元器件功能与管脚 (21)D、参考文献 (24)前言当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。
以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。
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2015年全国大学生电子设计竞赛 DC-DC双向变换器（A题）完成人：石永健（电子三班 201340602081）2015年8月14摘要本系统以同步整流升降压电路为主，采用MSP430F5525单片机为控制核心。
正向可以作为BUCK降压电路为电池充电，反向则可作为BOOST升压电路放电，经AD采样后由单片机调整PWM波输出，实现反馈控制。
实验结果表明：当输入在24~36V条件下，充电时，充电恒流值十分稳定，电流控制精度为0.5%，充电电流变化率不大于0.5%，效率可高达96%。
充电时，变换器效率高达97%。
此外本系统还有充电电流显示，过充保护，自动切换等功能。
关键词：DC-DC双向变换；MSP430F5525；PWM反馈；恒流充电；同步整流目录1. 方案论证 (4)1．1双向变换电路的论证与选择 (4)1.2控制方案的论证与选择 (5)1.3驱动方案的论证与选择 (5)2．1电路的设计 (5)2.1.1系统总体框图 (5)2.1.2 电流检测子系统电路原理图 (6)2.1.3 驱动模块电路原理图 (6)2.2程序的设计 (7)2.2.1 程序功能描述 (7)2.2.2 程序流程图 (7)3. 系统理论分析与计算 (8)3.1主电路的分析 (8)3.1.1同步整流电路的分析 (8)3.1.2同步整流电路参数计算 (9)3.2恒流充电方案的分析 (9)4. 测试方案与测试结果 (10)4.1测试仪器 (10)4.2测试方案 (10)4.3测试结果及分析 (11)5．体会心得 (11)6．参考文献 (11)附录1：电路原理图 (12)双向DC-DC 变换器（A 题）【本科组】1. 方案论证1．1双向变换电路的论证与选择方案一：采用BUCK 与BOOST 电路分段组合，如图1-1-1和1-1-2。
当给电池充电时，采用BUCK 降压电路，为锂电池充电。
当电池放电时，采用BOOST 拓扑，实现升压，将放电电压稳定在30V 。
然而，由于该方案由多个电路组合，采样和控制比较复杂且效率低。
234432D 1L1C 1V p c+-V 0S+负载图1-1-1 BUCK 电路432L1D 1L2C 2C 1•V p c+-V 0S图 1-1-2 BOOST 电路方案二：采用同步整流拓扑，如图1-1-3。
该方案采用两个MOS 管交替导通，从正向看过去，该电路为降压电路，从反向看过去，该电路为升压电路。
因此，该拓扑无需切换电路即可实现充放电。
由于MOS 管导通电阻远小于二极管导通电阻，所以该拓扑效率可以达到很高。
图1-1-3同步整流电路基本拓扑电路综合以上两种方案，选择方案二。
1.2控制方案的论证与选择方案一利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。
此法较易实现，工作较稳定，但就本题而言，不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。
方案二利用单片机产生PWM控制信号。
让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。
这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。
但是系统调试比较复杂。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.3驱动方案的论证与选择方案一：采用单片机I/0输出直接驱动MOS管。
该方案较为简单，但是用单片机驱动G 极和S极电压达不到MOS管最低导通电压，并且单片机只有最高只有5V电平，用单片机驱动，MOS管导通速度会很慢，MOS管损耗大，造成效率降低。
方案二：采用专用的H桥驱动IR2110。
IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。
具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，输出的电源端电压范围10～20V,完全可以满足需求。
综合以上两种方案，选择方案二。
2. 电路与程序设计2．1电路的设计2.1.1系统总体框图图2-1-1系统总体框图2.1.2电流检测子系统电路原理图电流检测子系统电路如2-1-2，充电电流通过康铜丝电阻采样，经过INA282放大后，送入TLC2543采样，送入单片机处理。
图2-1-2 电流检测子系统电路2.1.3 驱动模块电路原理图驱动子系统电路如图2-1-3图2-1-3 驱动电路2.2程序的设计2.2.1 程序功能描述1)产生PWM波经过IR2110驱动MOS管，AD采样并反馈2)键盘实现功能：选择充放电模式，电流步进。
3)显示部分：显示充电电流，放电电压，工作模式。
2.2.2 程序流程图12-2-2-1主程序流程2）子程序流程图图 2 图2-2-2-4子程序流程33. 系统理论分析与计算3.1主电路的分析3.1.1同步整流电路的分析主电路如图3-1-1所示，HO和LO是驱动芯片输出信号，为频率相同相位相反的PWM 信号。
从正向看，由于Q1和Q2导通的时间相反，即Q1导通Q2关闭，Q2导通，Q1关闭，所以该电路等效于一个BUCK电路，Q2相当于BUCK电路的续流二极管，U1为输入，U2为输出，C1为输出电容。
同理，从反向看过去，该电路等效于BOOST电路，U2为输入电压，U1为输出电压，C1为BOOST电路的输出电容。
图 3-1-1主电路3.1.2同步整流电路参数计算1）电感值的计算：()22OO IN O IN B fU mI U U U L -= （公式3-1-21） 其中，m 是脉动电流与平均电流之比取为0.25，开关频率f=40 kHz,输出电压为36V 时，L B =530μH ，取600μH 。
2）电感线径的计算：最大电流I L 取2.5A ，电流密度J 取4 A/mm 2，线径为d,则由L I d J =22*）（π （公式3-1-22 ）得d=0.892 mm,工作频率为40kHz,需考虑趋肤效应，制作中采取多线并绕方式，既不过流使用，又避免了趋肤效应导致漆包线有效面积的减小。
3）电容的参数计算 OO IN O O B U f U U U I C ∆-=）（ （公式3-1-23） 其中，ΔU O 为负载电压变化量，取20 mV ，f=40kHz,U O =36V 时,C B =1465μF,取为2000μF ，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的串联等效电阻（ESR ），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。
3.2恒流充电方案的分析由于随着充电的进行，电池的电压逐渐升高，所以，要想保持恒流充电，需要不断提高充电电源，从而保证电流不变。
本设计通过串联康铜丝电阻，采集康铜丝上的电压，反馈回单片机通过PI 算法调节PWM 波的占空比，从而保证流过康铜丝上的电流恒定，进而实现了恒流充电。
4. 测试方案与测试结果4.1测试仪器VONTEK可编程直流稳压电源安捷伦五位半数字万用表滑动变阻器最大承重5KG电子称4.2测试方案1)电流控制精度测试保持其他条件不变，在U2=30V条件下，测量充电电流在1A到2A范围步进的输出电流。
测试三次，如表1所示。
2)电流变化率测试保持其他条件不变，设定电流I1=2A，调整直流稳压电源输出电压，测量U224~36V变化时的充电电流，如表2所示。
3) 测量精度测试改变充电电流，记录实际电流和显示电流。
测试五次，如表4所示。
4）自动切换功能测试调整直流稳压电源输出电压，测量Us 在32V到38V范围内变化时的U2，见表55）重量测试重量=408g。
4.3测试结果及分析经过计算分析得：实验结果表明：当输入在24~36V条件下对电池实现恒流充电，充电电流在1到2A 范围内步进可调，步进值为0.05，电流控制精度高达0.5%，当输入为24到36V变化时，充电电流变化率不大于0.5%。
充电时，变换器效率高达97%，实现了充电电流显示，过充保护等功能。
并且变换器具有恒压放电功能，可自动切换工作模式，保持变换器一侧电压为30V ±0.1，重量低于500g’综上所述，本设计得基本要求和发挥部分的设计要求全部达到。
5．体会心得这次比赛比的不仅仅是我们的动手能力、编程能力、更比的是我们的创新能力、团队合作力，还有最重要的是毅力，不放弃。
比赛过程中，遇到了很多困难，但在较上作品的瞬间就深知，收获最多的不是结果，而是解决问题的过程。
经过这四天三夜的奋斗，我们三个人都坚信，这次比赛没有任何遗憾。
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北京：高等教育出版社 2000 年 1 月[2] 《单片机原理及实用技术——凌阳 16 位单片机原理及应用》. 雷思孝，李伯成，雷向丽.。
西安：西安电子科技大学出版社，2005 年[3] 《C 语言程序设计》（第二版）谭浩强。
北京：清华大学出版社[4] 《微型计算机控制技术》于海生等。
北京：清华大学出版社[5] 《电工技术与电子技术.》王鸿明。
北京：清华大学出版社附录1：电路原理图同步整流电路IR2110驱动电路电流采样电路过充保护电路。