太阳城集团

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应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN200910198329.2

申请日:

2009.11.05

公开号:

CN102053194B

公开日:

2015.01.14

当前法律状态:

有效性:

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20091105|||公开
IPC分类号: G01R19/00; H02M3/24 主分类号: G01R19/00
申请人: 上海立隆微电子有限公司
发明人: 林梓诚
地址: 201203 上海市浦东新区祖冲之路1077号2102室
优先权:
专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 王宝筠
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法律状态
申请(专利)号:

CN200910198329.2

授权太阳城集团号:

102053194B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.14|||2012.11.07|||2011.05.11

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置,所述转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流,其特征在于所述输出电流感测装置包括:取样及维持电路;检测器;缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器,根据所述第二信号及第三信号产生第四信号,所述第四信号的周期及工作太阳城集团与所述第三信号相同,且峰值由所述第二信号决定;以及低通滤波器连接所述缓冲器,滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。本发明的应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法具有无需在二次侧使用电流感测电路来感测输出电流而可节省成本的优点。

权利要求书

1: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一次 侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次 侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测装置包括 : 取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值产生第二信 号; 检测器, 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于 所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ; 缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器, 根据所述第二信号及第三信号产生第四 信号, 所述第四信号的周期及工作太阳城集团与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及 低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流 相关的感测信号。
2: 如权利要求 1 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述取样及维持电路包括 : 输入端, 接收所述第一信号 ; 电容 ; 开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充 电而产生所述第二信号。
3: 如权利要求 1 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 更包括一辅助线圈耦接所述 一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
4: 如权利要求 1 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述检测器包括 : 拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 正反器连接所述拐点电路, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决 定第六信号 ; 比较器连接所述辅助线圈, 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及 与门连接所述正反器及比较器, 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
5: 如权利要求 3 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述检测器包括 : 拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 以及 正反器连接所述拐点电路, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决 定所述第三信号。
6: 如权利要求 1 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述缓冲器包括 : 放大器连接所述取样及维持电路, 放大所述第二信号产生第五信号 ; 第一开关连接在所述放大器及所述缓冲器的输出端之间 ; 以及 第二开关连接在所述缓冲器的输出端及地端之间 ; 其中, 所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述 第四信号。
7: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一次 侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次 侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤 : (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ; 2 (B) 取样所述第一信号的峰值产生第二信号 ; (C) 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于所述 控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ; (D) 根据所述第二信号及第三信号产生第四信号, 所述第四信号的周期及工作太阳城集团与 所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及 (E) 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
8: 如权利要求 7 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 B 包括藉由所述控制 信号控制所述第一信号对电容的充电以得到所述第二信号。
9: 如权利要求 7 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 C 包括根据所述控制 信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
10: 如权利要求 9 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 C 包括 : 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ; 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
11: 如权利要求 9 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 C 包括 : 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
12: 如权利要求 7 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 D 包括 : 放大所述第二信号产生第五信号 ; 以及 根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关, 以在所述开关的另一端产生所 述第四信号。
13: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换, 其特征在于所述输出电 流感测装置包括 : 第一取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值 ; 第二取样及维持电路, 取样所述第一信号的谷值 ; 加法器连接所述第一及第二取样及维持电路, 结合所述峰值及谷值产生第二信号 ; 缓冲器连接所述加法器, 根据所述第二信号及控制信号产生第三信号, 所述第三信号 的周期与所述控制信号相同, 工作太阳城集团与所述控制信号的非工作太阳城集团相同, 且峰值由所述 第二信号决定 ; 以及 低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流 相关的感测信号。
14: 如权利要求 13 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述第一取样及维持电路 包括 : 输入端, 接收所述第一信号 ; 电容 ; 以及 开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充 电而取得所述第一信号的峰值。 3
15: 如权利要求 13 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述第二取样及维持电路 包括 : 输入端, 接收所述第一信号 ; 电容 ; 以及 开关连接在所述输入端及电容之间, 因应第四信号使所述第一信号对所述电容充电而 取得所述第一信号的谷值。
16: 如权利要求 13 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述缓冲器包括 : 放大器连接所述加法器, 放大所述第二信号产生第四信号 ; 第一开关连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间 ; 以及 第二开关连接在缓冲器的输出端及地端之间 ; 其中, 所述第一及第二开关因应所述控制信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述 第三信号。
17: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换, 其特征在于所述输出电 流感测方法包括下列步骤 : (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ; (B) 取样所述第一信号的峰值及谷值 ; (C) 将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号 ; (D) 根据所述第二信号及控制信号产生第三信号, 所述第三信号的周期与所述控制信 号相同, 工作太阳城集团与所述控制信号的非工作太阳城集团相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及 (E) 滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
18: 如权利要求 17 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 B 包括 : 藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰 值; 延迟前缘遮蔽信号产生一第四信号 ; 以及 藉由所述第四信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
19: 如权利要求 17 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 D 包括 : 放大所述第二信号产生第四信号 ; 以及 根据所述控制信号切换一端接收所述第四信号的开关, 以在所述开关的另一端产生所 述第三信号。
20: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测装置包括 : 第一取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值 ; 第二取样及维持电路, 取样所述第一信号的谷值 ; 加法器连接所述第一及第二取样及维持电路, 结合所述峰值及谷值产生第二信号 ; 检测器, 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于 所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ; 缓冲器连接所述加法器以及检测器, 根据所述第二信号及第三信号产生第四信号, 所 4 述第四信号的周期及工作太阳城集团与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及 低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流 相关的感测信号。
21: 如权利要求 20 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述第一取样及维持电路 包括 : 输入端, 接收所述第一信号 ; 电容 ; 以及 开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充 电而取得所述第一信号的峰值。
22: 如权利要求 20 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述第二取样及维持电路 包括 : 输入端, 接收所述第一信号 ; 电容 ; 以及 开关连接在所述输入端及电容之间, 因应第五信号使所述第一信号对所述电容充电而 取得所述第一信号的谷值。
23: 如权利要求 20 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 更包括一辅助线圈耦接所 述一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
24: 如权利要求 23 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述检测器包括 : 拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 正反器, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ; 比较器连接所述辅助线圈, 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及 与门连接所述正反器及比较器, 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
25: 如权利要求 20 所述的输出电流感测装置, 其特征在于, 所述缓冲器包括 : 放大器连接所述加法器, 放大所述第二信号产生第五信号 ; 第一开关, 连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间 ; 以及 第二开关, 连接在缓冲器的输出端及地端之间 ; 其中, 所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述 第四信号。
26: 一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤 : (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ; (B) 取样所述第一信号的峰值及谷值 ; (C) 将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号 ; (D) 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于所述 控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ; (E) 根据所述第二信号及第三信号产生第四信号, 所述第四信号的周期及工作太阳城集团与 所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及 (F) 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。 5
27: 如权利要求 26 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 B 包括 : 藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰 值; 延迟前缘遮蔽信号产生一第五信号 ; 以及 藉由所述第五信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
28: 如权利要求 26 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 D 包括根据所述控 制信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
29: 如权利要求 28 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 D 包括 : 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ; 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
30: 如权利要求 26 所述的输出电流感测方法, 其特征在于, 所述步骤 E 包括 : 放大所述第二信号产生第五信号 ; 以及 根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关, 以在所述开关的另一端产生所 述第四信号。

说明书


应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法

    技术领域 本发明涉及一种感测驰返式转换器的输出电流的装置及方法, 具体地说, 是一种 应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法。
     背景技术 在已知的离线切换式电压转换器中, 为了调节输出电压及输出电流, 在其二次侧 需要输出电压及电流传感器来获得与输出电压及电流相关的回授信号, 例如稳压器 (shunt regulator)、 电流感测电阻及光耦合器。图 1 为已知的驰返式切换式电压转换器, 其中变 压器 T1 具有一次侧线圈 Lp 连接在电压输入端 Vin 及功率开关 S1 之间、 二次侧线圈 Ls 经 二极管 Do 连接到电压输出端 Vo、 以及辅助线圈 Laux 连接到二极管 Daux, 脉宽调变 (Pulse Width Modulation ; PWM) 控制器 10 提供控制信号 Vgs 切换开关 S1 以将输入电压 Vin 转换 为输出电压 Vo 供应负载 RL, 以及电流感测电阻 Rcs、 光耦合器 12 及稳压器 14 的组合感测 输出电压 Vo 及输出电流 Io 而提供回授信号 Vfb 给 PWM 控制器 10 以供调节输出电压 Vo 及 输出电流 Io。此输出电流感测需要在二次侧增加额外的电流感测电阻 Rcs 及电路, 而且还 需要光耦合器 12 在一次侧及二次侧之间传递输出电流感测信号, 因此需要较高的成本。
     因此已知的输出电流感测存在着上述种种不便和问题。发明内容 本发明的目的, 在于提出一种低成本的输出电流感测装置。
     本发明的另一目的, 在于提出一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装 置及方法。
     为实现上述目的, 本发明的技术解决方案是 :
     一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测装置包括 :
     取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值产生第二 信号 ;
     检测器, 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期 等于所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ;
     缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器, 根据所述第二信号及第三信号产生 第四信号, 所述第四信号的周期及工作太阳城集团与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号 决定 ; 以及
     低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出 电流相关的感测信号。
     本发明的输出电流感测装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述取样及维持电路包括 :
     输入端, 接收所述第一信号 ;
     电容 ;
     开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电 容充电而产生所述第二信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电 压供所述检测器决定所述第三信号。
     所述检测器包括 :
     拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ;
     正反器连接所述拐点电路, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信 号决定第六信号 ;
     比较器连接所述辅助线圈, 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及
     与门连接所述正反器及比较器, 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述检测器包括 :
     拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ; 以 及 正反器连接所述拐点电路, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信 号决定所述第三信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述缓冲器包括 :
     放大器连接所述取样及维持电路, 放大所述第二信号产生第五信号 ;
     第一开关连接在所述放大器及所述缓冲器的输出端之间 ; 以及
     第二开关连接在所述缓冲器的输出端及地端之间 ;
     其中, 所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生 所述第四信号。
     一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤 :
     (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ;
     (B) 取样所述第一信号的峰值产生第二信号 ;
     (C) 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于 所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ;
     (D) 根据所述第二信号及第三信号产生第四信号, 所述第四信号的周期及工作时 间与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及
     (E) 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 B 包括藉由所述控制信号控制所述第一 信号对电容的充电以得到所述第二信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 C 包括根据所述控制信号及一与所述一 次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 C 包括 :
     检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ;
     根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ;
     比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及
     根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 C 包括 :
     检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ;
     根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 D 包括 :
     放大所述第二信号产生第五信号 ; 以及
     根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关, 以在所述开关的另一端产 生所述第四信号。
     一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换, 其特征在于所述输出电 流感测装置包括 :
     第一取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值 ;
     第二取样及维持电路, 取样所述第一信号的谷值 ;
     加法器连接所述第一及第二取样及维持电路, 结合所述峰值及谷值产生第二信 号;
     缓冲器连接所述加法器, 根据所述第二信号及控制信号产生第三信号, 所述第三 信号的周期与所述控制信号相同, 工作太阳城集团与所述控制信号的非工作太阳城集团相同, 且峰值由 所述第二信号决定 ; 以及
     低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出 电流相关的感测信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述第一取样及维持电路包括 :
     输入端, 接收所述第一信号 ;
     电容 ; 以及
     开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电 容充电而取得所述第一信号的峰值。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述第二取样及维持电路包括 :
     输入端, 接收所述第一信号 ;
     电容 ; 以及
     开关连接在所述输入端及电容之间, 因应第四信号使所述第一信号对所述电容充 电而取得所述第一信号的谷值。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述缓冲器包括 :
     放大器连接所述加法器, 放大所述第二信号产生第四信号 ;
     第一开关连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间 ; 以及
     第二开关连接在缓冲器的输出端及地端之间 ;
     其中, 所述第一及第二开关因应所述控制信号切换以在所述缓冲器的输出端产生 所述第三信号。一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换, 其特征在于所述输出电 流感测方法包括下列步骤 :
     (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ;
     (B) 取样所述第一信号的峰值及谷值 ;
     (C) 将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号 ;
     (D) 根据所述第二信号及控制信号产生第三信号, 所述第三信号的周期与所述控 制信号相同, 工作太阳城集团与所述控制信号的非工作太阳城集团相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以 及
     (E) 滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 B 包括 :
     藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的 峰值 ;
     延迟前缘遮蔽信号产生一第四信号 ; 以及
     藉由所述第四信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的 谷值。 前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 D 包括 :
     放大所述第二信号产生第四信号 ; 以及
     根据所述控制信号切换一端接收所述第四信号的开关, 以在所述开关的另一端产 生所述第三信号。
     一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测装置包括 :
     第一取样及维持电路, 取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值 ;
     第二取样及维持电路, 取样所述第一信号的谷值 ;
     加法器连接所述第一及第二取样及维持电路, 结合所述峰值及谷值产生第二信 号;
     检测器, 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期 等于所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ;
     缓冲器连接所述加法器以及检测器, 根据所述第二信号及第三信号产生第四信 号, 所述第四信号的周期及工作太阳城集团与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以 及
     低通滤波器连接所述缓冲器, 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出 电流相关的感测信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述第一取样及维持电路包括 :
     输入端, 接收所述第一信号 ;
     电容 ; 以及
     开关连接在所述输入端及电容之间, 因应所述控制信号使所述第一信号对所述电 容充电而取得所述第一信号的峰值。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述第二取样及维持电路包括 :
     输入端, 接收所述第一信号 ;
     电容 ; 以及
     开关连接在所述输入端及电容之间, 因应第五信号使所述第一信号对所述电容充 电而取得所述第一信号的谷值。
     前述的输出电流感测装置, 其中更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电 压供所述检测器决定所述第三信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述检测器包括 :
     拐点电路连接所述辅助线圈, 检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ;
     正反器, 根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ;
     比较器连接所述辅助线圈, 比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及
     与门连接所述正反器及比较器, 根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
     前述的输出电流感测装置, 其中所述缓冲器包括 :
     放大器连接所述加法器, 放大所述第二信号产生第五信号 ; 第一开关, 连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间 ; 以及
     第二开关, 连接在缓冲器的输出端及地端之间 ;
     其中, 所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生 所述第四信号。
     一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法, 所述驰返式转换器包括一 次侧线圈、 二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二 次侧线圈产生感应电流, 其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤 :
     (A) 感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号 ;
     (B) 取样所述第一信号的峰值及谷值 ;
     (C) 将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号 ;
     (D) 检测所述感应电流的重置持续太阳城集团产生第三信号, 所述第三信号的周期等于 所述控制信号的周期, 且工作太阳城集团等于所述感应电流的重置持续太阳城集团 ;
     (E) 根据所述第二信号及第三信号产生第四信号, 所述第四信号的周期及工作时 间与所述第三信号相同, 且峰值由所述第二信号决定 ; 以及
     (F) 滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 B 包括 :
     藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的 峰值 ;
     延迟前缘遮蔽信号产生一第五信号 ; 以及
     藉由所述第五信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的 谷值。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 D 包括根据所述控制信号及一与所述一 次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 D 包括 :
     检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号 ;
     根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号 ;
     比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号 ; 以及
     根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
     前述的输出电流感测方法, 其中所述步骤 E 包括 :
     放大所述第二信号产生第五信号 ; 以及
     根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关, 以在所述开关的另一端产 生所述第四信号。
     采用上述技术方案后, 本发明的应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置 及方法具有无需在二次侧使用电流感测电路来感测输出电流而可节省成本的优点。 附图说明
     图 1 为已知的驰返式切换式电压转换器的示意图 ; 图 2 为驰返式转换器的示意图 ; 图 3 为图 2 的驰返式转换器操作在 DCM 的波形图 ;图 4 为本发明的第一实施例的示意图 ;
     图 5 为图 4 的电路的波形图 ;
     图 6 为图 2 的驰返式转换器操作在 CCM 的波形图 ;
     图 7 为本发明的输出电流感测装置的第二实施例的示意图 ;
     图 8 为本发明的输出电流感测装置的第三实施例的示意图 ;
     图 9 为利用本发明的输出电流感测装置实现过载保护的实施例的示意图 ;
     图 10 为利用本发明的输出电流感测装置实现定电流控制的实施例的示意图 ;
     图 11 为切换频率与感测信号 Io_signal 的关系曲线图 ;
     图 12 为利用本发明的输出电流感测装置实现前端转换器电压调节的实施例的示 意图 ; 以及
     图 13 为利用本发明的输出电流感测装置实现负载状态指示器的实施例的示意 图。
     图中, 10、 PWM 控制器 12、 光耦合器 14、 稳压器 20、 PWM 控制器 22、 电压 Vds 的波形 24、 控制信号 Vgs 的波形 26、 电压 Vaux 的波形 28、 电流 Ids 的波形 30、 感应电流 I_Do 的波 形 32、 前缘遮蔽信号 LEB 的波形 40、 取样及维持电路 42、 缓冲器 44、 低通滤波器 46、 重置持 续太阳城集团检测器 48、 放大器 50、 缓冲器的输出端 52、 拐点电路 54、 正反器 56、 比较器 58、 与门 60、 反相器 62、 信号 Vgs_B 的波形 64、 拐点信号 SK 的波形 66、 信号 Sc1 的波形 68、 信号 Sc2 的波形 70、 信号 Sc3 的波形 72、 信号 Sc5 的波形 80、 控制信号 Vgs 的波形 81、 电压 Vaux 的 波形 82、 感应电流 I_Do 的波形 84、 前缘遮蔽信号 LEB 的波形 86、 信号 LEB_D 的波形 88、 信 号 Sc5 的波形 90、 感测信号 Io_signal 的波形 92、 延迟器 94、 取样及维持电路 96、 加法器 98、 二阶低通滤波器 100、 比较 102、 延迟器 104、 定电流回路 106、 定电压回路 108、 前端转换 器 110、 等效电阻 112、 比较器 114、 延迟器。具体实施方式
     以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
     现请参阅图 2, 图 2 为驰返式转换器的示意图。 如图所示, 所述变压器 T1 具有一次 侧线圈 Lp 连接在电压输入端 Vin 及功率开关 S1 之间、 二次侧线圈 Ls 经二极管 Do 连接到 电压输出端 Vo、 以及辅助线圈 Laux 连接到二极管 Daux, 一次侧线圈 Lp、 二次侧线圈 Ls 及 辅助线圈 Laux 的匝数比为 Np ∶ Ns ∶ Naux, PWM 控制器 20 具有控制端 Gate 提供控制信号 Vgs 切换功率开关 S1、 检测端 Vdet 检测辅助线圈 Laux 上的电压 Vaux、 以及感测端 CS 感测 电阻 R1 上的电压 Vcs 来感测功率开关 S1 的电流 Ids。图 3 为图 2 的驰返式转换器操作在 不连续电流模式 (Discontinuous CurrentMode ; DCM) 的波形图, 其中波形 22 为功率开关 S1 上的电压 Vds, 波形 24 为控制信号 Vgs, 波形 26 为辅助线圈 Laux 上的电压 Vaux, 波形 28 为功率开关 S1 的电流 Ids, 波形 30 为通过二极管 Do 的感应电流 I_Do, 波形 32 为前缘遮蔽 信号 LEB。在太阳城集团 t1 时, 如波形 24 及 28 所示, 控制信号 Vgs 转为高准位而打开 (turn on) 功率开关 S1, 故电流 Ids 上升。在功率开关 S1 刚打开时, 电流 Ids 可能出现突波, 因此使用 前缘遮蔽信号 LEB 遮蔽可能的突波, 以避免因突波而产生误动作。在太阳城集团 t2 时, 控制信号 Vgs 转为低准位而关闭 (turn off) 功率开关 S1, 此时电流 Ids 降为 0, 而二次侧线圈 Ls 产 生感应电流 I_Do 通过二极管 Do, 感应电流 I_Do 由峰值 I_Do_pk 开始下降。当感应电流 I_ Do 降至 0 时, 如太阳城集团 t4 所示, 电压 Vds 将因激磁电感 Lm 及离散电容 Ceq 而产生弦波振荡, 如波形 22 所示。在 DCM 模式下, 驰返式转换器的输出电流
     Io = Ids_pk×Np/Ns×0.5×Toff/Ts, 公式 1
     其中 Ids_pk 为电流 Ids 的峰值, Ts 为控制信号 Vgs 的周期, Toff 为感应电流 I_ Do 的重置持续太阳城集团 (resetting duration)。由于 Np 及 Ns 为定值, 因此公式 1 可改写为
     Io = K1×Ids_pk×Toff/Ts, 公式 2
     其中 K1 = Np/Ns×0.5。
     图 4 为本发明的输出电流感测装置的第一实施例, 其应用在 DCM 驰返式转换器。 此 输出电流感测装置包括取样及维持电路 40 取样感测端 CS 电压 Vcs 的峰值产生信号 Vcs_ pk, 重置持续太阳城集团检测器 46 检测重置持续太阳城集团 Toff 产生信号 Sc3 及 Sc4, 缓冲器 42 根据 信号 Vcs_pk、 Sc3 及 Sc4 产生信号 Sc5, 以及低通滤波器 44 滤波信号 Sc5 产生与输出电流 Io 相关的感测信号 Io_signal。在取样及维持电路 40 中, 开关 S2 连接在感测端 CS 及电容 Csh1 之间, 控制信号 Vgs 控制开关 S2 的切换以取样电压 Vcs 的峰值。为了避免因功率开关 S1 刚打开时的突波对取样结果造成影响, 开关 S3 与电容 Csh1 并联, 并以前缘遮蔽信号 LEB 切换开关 S3。检测在 DCM 操作的感应电流 I_Do 的重置持续太阳城集团 Toff 的方式有很多, 较常 见的方法是藉由检测辅助线圈 Laux 上的电压 Vaux 的拐点来取得, 如图 3 的波形 26 所示。 重置持续太阳城集团检测器 46 包括拐点电路 52 检测电压 Vaux 的拐点产生拐点信号 SK, 正反器 54 根据控制信号 Vgs 的反相信号 Vgs_B 及拐点信号 SK 决定信号 Sc1, 比较器 56 比较电压 Vaux 及默认值 Vref1 产生信号 Sc2, 与门 58 根据信号 Sc1 及 Sc2 产生信号 Sc3, 反相器 60 根据信号 Sc3 产生信号 Sc4。
     图 5 为图 4 的电路的波形图, 其中波形 62 为信号 Vgs_B, 波形 64 为拐点信号 SK, 波形 66 为信号 Sc1, 波形 68 为信号 Sc2, 波形 70 为信号 Sc3, 波形 72 为信号 Sc5。参照图 4 及图 5, 在太阳城集团 t5 时, 如波形 62 及 66 所示, 信号 Vgs_B 转为高准位, 故正反器 52 输出端Q 的信号 Sc1 也转为高准位。在太阳城集团 t7 时, 如波形 64 及 66 所示, 拐点电路 50 检测到电压 Vaux 的拐点, 因而产生拐点信号 SK 给正反器 52 的重置端 C 而重置信号 Sc1。一般来说, 感 应电流 I_Do 的重置持续太阳城集团 Toff 是从峰值 I_Do_pk 降至 0 的太阳城集团。然而, 如图 3 的太阳城集团 t2 至 t3 所示, 在控制信号 Vgs 转为低准位后, 还需要一段太阳城集团感应电流 I_Do 才由峰值 I_ Do_pk 开始下降。 因此, 为了得到较正确的重置持续太阳城集团 Toff, 重置持续太阳城集团检测器 46 利用 比较器 54 比较电压 Vaux 及默认值 Vref1。在此实施例中, 默认值 Vref1 为 0, 当电压 Vaux 大于 0 时, 如图 5 的太阳城集团 t6 所示, 信号 Sc2 转为高准位, 在太阳城集团 t8 时, 电压 Vaux 小于 0, 因 此信号 Sc2 转为低准位, 如波形 68 所示。最后再利用与门 58 根据信号 Sc1 及 Sc2 产生信 号 Sc3, 如波形 70 所示, 信号 Sc3 的周期为 Ts, 信号 Sc3 的工作太阳城集团几乎等于重置持续太阳城集团 Toff。事实上太阳城集团 t2 至 t3 是相当短的, 几可忽略不计, 因此也可以省略重置持续太阳城集团检测 器 46 中的比较器 54 跟与门 56。
     参照图 4 及图 5, 在缓冲 42 中, 放大器 48 将来自取样及维持电路 40 的信号 Vcs_ pk 放大 K2 倍, 开关 S4 连接在放大器 48 及缓冲器 42 的输出端 50 之间, 开关 S5 连接在缓冲 42 的输出端 50 及地端 GND 之间, 来自重置持续太阳城集团检测器 46 的信号 Sc3 及 Sc4 分别切换 开关 S4 及 S5, 因而在缓冲器 42 的输出端 50 产生信号 Sc5, 如波形 72 所示。信号 Sc5 的峰 值为 K2×Vcs_pk, 周期为 Ts, 工作太阳城集团为 Toff。低通滤波器 44 滤波信号 Sc5 产生感测信号
     Io_signal = K2×Vcs_pk×Toff/Ts。 公式 3
     从图 2 可看出, 信号 Vcs_pk = Ids_pk×R1, 故公式 3 可改写为
     Io_signal = K3×Ids_pk×Toff/Ts, 公式 4
     其中 K3 = K2×R1。从公式 2 及公式 4 可知, 感测信号 Io_signal 与输出电流 Io 具有比例关系, 因此可以藉由感测信号 Io_signal 得知输出电流 Io 的变化。
     图 6 为图 2 的驰返式转换器操作在连续电流模式 (Continuous CurrentMode ; CCM) 的波形图, 其中波形 80 为控制信号 Vgs, 波形 81 为电压 Vaux, 波形 82 为通过二极管 Do 的 感应电流 I_Do, 波形 84 为前缘遮蔽信号 LEB, 波形 86 为信号 LEB_D, 波形 88 为缓冲器输出 端 50 的信号 Sc5, 波形 90 为感测信号 Io_signal。由波形 82 可知, 操作在 CCM 的驰返式转 换器的输出电流
     Io = 0.5×(Ids_pk+Ids_valley)×Np/Ns×Toff/Ts, 公式 5
     其中 Ids_valley 为电流 Ids 的谷值。由于 Np 及 Ns 为定值, 因此公式 5 可改写为
     Io = K1×(Ids_pk+Ids_valley)×Toff/Ts。 公式 6
     如波形 80 及 82 所示, 当驰返式转换器操作在 CCM 时, 感应电流 I_Do 的重置持续时 间 Toff 几乎等于控制信号 Vgs 的非工作太阳城集团, 因此可以直接用控制信号 Vgs 取得太阳城集团 Toff。
     图 7 为本发明的输出电流感测装置的第二实施例, 其应用在 CCM 驰返式转换器。 图 7 的输出电流感测装置与图 4 的电路同样包括取样及维持电路 40 以及缓冲器 42, 此外其还 包括延迟器 92、 取样及维持电路 94、 加法 96 及二阶低通滤波器 98。在取样及维持电路 94 中, 开关 S6 的一端经开关 S2 连接到感测端 CS, 而另一端则连接到电容 Csh2, 信号 LEB_D 控 制开关 S6 切换以取样电压 Vcs 的谷值产生信号 Vcs_valley。如前所述, 在功率开关 S1 刚 打开时, 电压 Vcs 可能产生突波, 为了避免取样及维持电路 94 因突波而出现不正确的取样 结果, 利用延迟器 92 延迟前缘遮蔽信号 LEB 产生信号 LEB_D, 使取样及维持电路 94 在前缘 遮蔽信号 LEB 结束后才对电压 Vcs 取样, 如图 6 的波形 84 及 86 所示。加法器 96 结合信号Vcs_pk 及 Vcs_valley 产生信号 Vadd。在缓冲器 42 中, 放大器 48 将信号 Vadd 放大 K2 倍, 开关 S4 及 S5 分别因应控制信号 Vgs 及其反相信号 Vgs_B 而切换, 因而在缓冲器 42 的输出 端 50 产生信号 Sc5, 如波形 88 所示。信号 Sc5 的峰值为 K2×(Vcs_pk+Vcs_valley), 周期 为 Ts, 工作太阳城集团为 Toff。二阶低通滤波器 98 滤波信号 Sc5 产生感测信号
     Io_signal = K2×(Vcs_pk+Vcs_valley)×Toff/Ts。 公式 7
     由于信号 Vcs_pk = Ids_pk×R1, 而信号 Vcs_valley = Ids_valley×R1, 故公式 7 可改写为
     Io_signal = K3×(Ids_pk+Ids_valley)×Toff/Ts。 公式 8
     从公式 6 及公式 8 可知, 感测信号 Io_signal 与输出电流 Io 具有比例关系, 因此 可以藉由感测信号 Io_signal 得知输出电流 Io 的变化。
     图 8 为本发明的输出电流感测装置的第三实施例, 其应用在可以操作在 DCM 及 CCM 的驰返式转换器。图 8 的输出电流感测装置除了包括图 4 的取样及维持电路 40、 缓冲器 42 及重置持续太阳城集团检测器 46 外, 还包括图 7 的延迟器 92、 取样及维持电路 94、 加法器 96 及二 阶低通滤波器 98。参照图 3 及图 8, 当驰返式转换器操作在 DCM 时, 由于电流 Ids 的谷值为 0, 如波形 28 所示, 因此电压 Vcs 的谷值亦为 0, 所以加法器 96 的输出 Vadd = Vcs_pk, 同时 重置持续太阳城集团检测器 46 藉由检测辅助线圈 Laux 上的电压 Vaux 取得周期为 Ts 且工作太阳城集团 等于重置持续太阳城集团 Toff 的信号 Sc3 及其反相信号 Sc4。缓冲器 42 根据信号 Vadd、 Sc3 及 Sc4 产生信号 Sc5。信号 Sc5 如图 5 的波形 72 所示, 其具有周期 Ts、 工作太阳城集团 Toff 以及峰 值 K2×Vcs_pk。最后二阶低通滤波器 98 滤波信 Sc5 产生与输出电流 Io 相关的感测信号 Io_signal, 如公式 4 所示。
     参照图 6 及图 8, 当驰返式转换器操作在 CCM 时, 取样及维持电路 40 及 94 分别取 样电压 Vcs 的峰值及谷值, 所以加法器 96 的输出 Vadd = Vcs_pk+Vcs_valley。如波形 81 所示, 由于电压 Vaux 没有谷值, 因此重置持续太阳城集团检测器 46 中正反器 54 的输出 Sc1 将维持 在高准位, 信号 Sc3 将由信号 Sc2 决定。假设比较器 56 反相输入的默认值 Vref1 为 0, 从波 形 81 及 82 可知信号 Sc2 的周期为 Ts 且工作太阳城集团几乎等于感应电流 I_Do 的重置持续太阳城集团 Toff, 因此信号 Sc3 的周期为 Ts 且工作太阳城集团为 Toff。缓冲器 42 根据信号 Vadd、 Sc3 及 Sc4 产生信号 Sc5, 如图 6 的波形 88 所示, 其具有周期 Ts、 工作太阳城集团 Toff 以及峰值 K2×(Vcs_ pk+Vcs_valley)。最后二阶低通滤波器 98 滤波信 Sc5 产生与输出电流 Io 相关的感测信号 Io_signal, 如公式 8 所示。
     本发明的输出电流感测装置可以更精确的感测负载状态, 其决定的感测信号 Io_ signal 可以用来实现许多应用, 例如, 过载保护、 定电流控制、 频率调节控制、 前端转换器的 电压调节以及负载状态指示器等。图 9 为利用本发明的输出电流感测装置实现过载保护的 实施例, 其包括比较器 100 比较感测信号 Io_signal 及默认值 Vref2, 以及延迟器 102 连接 比较器 100。当感测信号 Io_signal 持续大于默认值 Vref2 超过一段预期太阳城集团, 延迟器 102 送出故障信号 Fault 去关闭驰返式转换器。图 10 为利用本发明的输出电流感测装置实现 定电流控制的实施例, 其与图 2 的电路同样包含 PWM 控制器 20、 变压器 T1 及功率开关 S1, 此外还包括定电压回路 106 检测输出电压 Vo 产生回授信号给 PWM 控制器 20 的回授端 Vfb, 以及定电流回路 104 根据感测信号 Io_signal 调整回授端 Vfb 的回授信号以达成定电流控 制。在此实施例中, 定电流回路 104 包括电阻 Rcc1 及 Rcc2 分压感测信号 Io_signal 产生分压电压控制通过晶体管 Qcc 的电流, 进而调整回授端 Vfb 的回授信号。当感测信号 Io_ signal 上升时, 通过晶体管 Qcc 的电流增加, 因此回授端 Vfb 的回授信号下降以使输出电流 Io 下降 ; 相反的, 当感测信号 Io_signal 下降时, 回授端 Vfb 的回授信号上升以使输出电流 Io 上升。由于感测信号 Io_signal 与输出电流 Io 相关, 因此其与负载状态亦相关, 所以利 用感测信号 Io_signal 调节功率开关 S1 的切换频率, 可以在重载时提高切换频率以提高驰 返式转换器的效能, 并在轻载时减少切换频率以减少切换损失, 如图 11 中切换频率与感测 信号 Io_signal 的关系曲线所示。图 12 为利用本发明的输出电流感测装置实现前端转换 器电压调节的实施例, 其与图 2 的电路同样包括 PWM 控制器 20、 变压器 T1 及功率开关 S1。 在此驰返式转换器中是利用前端转换器 108 将交流电压 Vin_AC 转换为直流电压 Vin_Dc 供 给变压器 T1 的一次侧线圈 Lp, 电阻 R2 与由电阻 R3、 R4 及晶体管 Qv 组成的等效电阻 110 分 压电压 Vin_DC 产生回授信号 Vpfc_fb 给前端转换器 108 以调节电压 Vin_DC, 感测信号 Io_ signal 控制晶体管 Qv 的切换以改变等效电阻 110 的阻值, 进而调节电压 Vin_DC。参照图 12, 在 PWM 控制器 20 中包含负载状态指示器用以关闭前端转换器 108。负载状态指示器如 图 13 所示, 其包括比较器 112 比较感测信号 Io_signal 及默认值 Vref3, 并将比较结果送至 延迟器 114。当感测信号 Io_signal 持续大于默认值 Vref3 超过一段预期太阳城集团, 延迟器 114 送出负载状态信号 Status 以关闭前端转换器 108, 进而达成良好的绿色电源效能。 以上实施例仅供说明本发明之用, 而非对本发明的限制, 有关技术领域的技术人 员, 在不脱离本发明的精神和范围的情况下, 还可以作出各种变换或变化。因此, 所有等同 的技术方案也应该属于本发明的范畴, 应由各权利要求限定。
    

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应用于 驰返式 转换器 一次 输出 流感 装置 方法
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