CN101404840A - 一种二线制可调光led控制器 - Google Patents

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CN101404840A CNA2008100738829A CN200810073882A CN101404840A CN 101404840 A CN101404840 A CN 101404840A CN A2008100738829 A CNA2008100738829 A CN A2008100738829A CN 200810073882 A CN200810073882 A CN 200810073882A CN 101404840 A CN101404840 A CN 101404840A
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Abstract

本发明公开了一种二线制可调光LED控制器，它包括：电子假负载，调光取样电路，电源和调光信号驱动电路，PWM输出电路和可调光二线制LED灯体中的整流电路、调光信号与电源分离电路、LED驱动恒流源及LED光源；PWM信号经电源和调光信号驱动电路去调制电源，把LED供电电源和调光信号合并成含有调光信息的电源，送可调光二线制LED灯体，灯体内的整流电路把含有调光信息的电源进行极性变换，变换后含有调光信息的电源经调光信号与电源分离电路对调光信号和电源进行分离，分离出的调光信号送LED驱动恒流源的调光端，而分离出的电源送LED驱动恒流源供电。在二线制LED调光方面有很大的应用前景。

Description

一种二线制可调光LED控制器
所属技术领域
本发明涉及一种调光控制器，更具体，特别涉及一种二线制可调光LED控制器。
背景技术
目前，灯光的调光对像一般是白炽灯或卤素灯，它们的调光方式是在其的前端加一个可控硅调光器对其进行调光的，是一种直接的高电压二线制调光，是一种比较传统的调光方法。随着低功耗节能LED的出现，LED具有低电压节能，光谱性好、色纯、光效高，无紫外线辐射等等，LED这些诸多优点使得其得到了积极的推广，现在在商用照明已开始逐步取代普通的光源。由于现在LED照明还是一个过度的照明产品，它的驱动方式都是用恒流驱动的，这使LED的调光不能用调节它两端电压大小的方式来调光，所以在电路的控制方面还无法与现在的接线完全兼容。目前LED的调光都是通过调节频率比较高的PWM脉冲调光的，所以LED照明的光源除了有两根电源线外，还有一根调光端口，而传统的白炽灯泡、卤素灯是在其电源线前串联一个可控硅调光器，通过前切相或后切相调光的，是调节负载的有效电压值进行调光的，所以传统的调光线路无法与LED的调光方式兼容而直接安装；由于LED照明是低电压供电，除了LED灯体内有恒流源外，外面还有AC-DC变换电源，如果做成有调光功能的LED调光系统，就得从LED灯体内引出两根电源线和一根调光线，这样的操作是很不方便的，市面上还没有出现这样的照明灯体，如MR16就是只有两个接头的灯体，而且具有调光功能，LED能做成像MR16一样只有两个接线端且具有调光的功能将成为LED照明发展的必走之路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二线制可调光LED控制器，沿用传统的调光接线方式，通过PWM调光信号去调制LED的供电电源，使经PWM调制的LED供电电源能实现对LED供电的同时，又可以从经PWM调光信号调制的LED供电电源取出调光信号，实现对LED的调光，经PWM调光信号调制LED的供电电源，它是LED所要的供电电源，又是LED调光的PWM调光信号，通过分离技术，对电源和调光信号的分离，能实现像传统的两线调光接线方式实现对两线供电的LED照明的调光。
本发明的技术方案是：
所述一种二线制可调光LED控制器，它包括：可控硅调光器(1)，电子假负载(2)，电源(3)，整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)，电源和调光信号驱动电路(8)，PWM输出电路(9)，调光取样电路(10)，
其中可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)；
其连接关系：市电(11)经可控硅调光器(1)的输出分三路，第一路接电子假负载(2)，第二路接调光取样电路(10)，第三路接电源(3)，调光取样电路(10)输出1-10V的调光电压与PWM输出电路(9)相连，PWM输出电路(9)输出占空比等比于1-10V的PWM调光信号与电源和调光信号驱动电路(8)连接，把电源(3)调制成与PWM调光信号一致的脉冲电流后和电源(3)的正极同时连接到可调光二线制LED灯体(12)上，与PWM调光信号一致的脉冲电流进入可调光二线制LED灯体(12)后，连接到可调光二线制LED灯体(12)内的整流电路(4)上，整流电路(4)的输出和调光信号与电源分离电路(5)连接，经调光信号与电源分离电路(5)分离后，输出分两路，一路作为LED光源的供电电源与LED驱动恒流源(6)相连，输出直通LED光源(7)，另一路，作为PWM调光信号连接到LED驱动恒流源(6)的调光端上；
控制步骤为：
PWM调光信号经电源和调光信号驱动电路去调制电源，把LED的供电电源和LED的调光信号合并成含有调光信息的电源，送可调光二线制的LED灯体，LED灯体内的整流电路把含有调光信息的电源进行极性变换，极性变换后含有调光信息的电源经调光信号与电源分离电路进行调光信号和LED供电电源进行分离，分离出的调光信号送LED驱动恒流源的调光端，分离出的电源经电容滤波后给LED驱动恒流源供电。
所述的PWM输出电路(9)，包括电阻R12～R22、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3、电压比较器IC21/2LM393和IC22/2LM393；
电压比较器IC21/2LM393与电阻R12～R19、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3连接组成三角波发生电路，R20～R21串联连接，串联后的公共点连接IC22/2LM393的同相输入端，从IC21/2LM393同相端输出的三角波连接到电压比较器IC22/2LM393的反相输入端，并与R20～R21串联所分压后平滑的调光电压比较，产生的PWM调光信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)上。
所述的PWM输出电路(9)还可以是MCU处理器或PWM输出振荡电路，通过MCU处理器或PWM输出振荡电路产生的PWM调光信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)MOS管Q4上，调光信号通过MOS管Q4把电源调制成含有调光信息的电流连接到可调光二线制LED灯体(12)上。
所述的调光取样电路(10)包括光电耦合器U1，电阻R5～R10，电容C2，稳压二极管ZD1～ZD2，电压比较器IC11/2LM393。
所述的电子假负载(2)包括电阻R0～R3、R1A～R6A，二极管D1，电容C1，MOS管Q1～Q2，三极管Q0，电压比较器IC12/2LM393。
所述可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)中的整流桥BRIDGE2、调光信号与电源分离电路(5)中的电阻R23～R24、电感L1、二极管D5，LED恒流源(6)中电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404，LED光源(7)中的LED1，LED2，LEDn；
整流桥BRIDGE2把调光脉冲电流进行极性变换后连接到调光信号与电源分离电路(5)上，调光信号与电源分离电路(5)输出一路经电阻R23～R24串联分压后输出调光信号连接到恒流芯片LM3404的调光端，另一路经电感L1，隔离二极管D5取出的电源经电容C4滤波后连接到LED驱动恒流源(6)的电源端上，由电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404组成的LED驱动恒流源(6)输出的恒定电流连接到LED光源(7)上，直接驱动LED1，LED2，LEDn。
发明的效果：
1、解决了LED照明在传统调光线路上的调光。
2、兼容1～10V的模拟调光模式。
3、调光控制线性好，不闪烁。
4、安装线路与现有的线路兼容。
5、在LED应用上实现了二线调光。
附图说明
图1是本发明电路原理框图。
图2是本发明调光模型电路原理图。
图3是本发明市电调光电路原理。
图4是本发明1-10V调光电路原理图。
图5是本发明由MCU微处理器控制的交流LED调光电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，是本发明电路原理框图，它包括：可控硅调光器(1)，电子假负载(2)，电源(3)，整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)，电源和调光信号驱动电路(8)，PWM输出电路(9)，调光取样电路(10)，可调光二线制LED灯体(12)；
其中可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)；
其连接关系：市电(11)经可控硅调光器(1)的输出分三路，第一路接电子假负载(2)，电子假负载起平滑交流电的作用，第二路接调光取样电路(10)，第三路接电源(3)，调光取样电路(10)输出1-10V的调光电压与PWM输出电路(9)相连，PWM输出电路(9)输出占空比等比于1-10V的PWM调光信号直通电源和调光信号驱动电路(8)，把电源(3)调制成与PWM调光信号一致的脉冲电流后，和电源(3)的正极同时连接到可调光二线制LED灯体(12)上，与PWM调光信号一致的脉冲电流进入可调光二线制LED灯体(12)后，连接到可调光二线制LED灯体(12)内的整流电路(4)上，整流电路(4)的输出和调光信号与电源分离电路(5)连接，经调光信号与电源分离电路(5)分离后，输出分两路，一路作为LED光源的供电电源与LED驱动恒流源(6)相连，输出直通LED光源(7)，另一路，作为PWM调光信号连接到LED驱动恒流源(6)的调光端上；
控制步骤为：
PWM调光信号经电源和调光信号驱动电路(8)去调制电源，把LED的供电电源和LED的调光信号合并成含有调光信息的电源，送可调光二线制的LED灯体，LED灯体内的整流电路把含有调光信息的电源进行极性变换，极性变换后含有调光信息的电源经调光信号与电源分离电路(5)对调光信号和LED供电电源进行分离，分离出的调光信号送LED驱动恒流源的调光端，分离出的电源经电容滤波后给LED驱动恒流源供电。
图2是本发明调光模型电路原理图。
如图所示，它主要包括：电源(3)，整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)，电源和调光信号驱动电路(8)，PWM输出电路(9)；
其中可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)；
图中，PWM输出电路(9)可以用MCU处理器产生的调光信号，也可以用PWM输出振荡电路产生的调光信号，通过MCU处理器或PWM输出振荡电路产生的PWM调光信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)MOS管Q4的G极上，调光信号通过MOS管Q4把电源调制成含有调光信息的脉冲电流连接到可调光二线制LED灯体(12)上；
可调光二线制LED灯体(12)包括的整流电路(4)中的整流桥BRIDGE2、调光信号与电源分离电路(5)中的电阻R23～R24、电感L1、二极管D5，LED恒流源(6)中电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404，LED光源(7)中的LED1，LED2，LEDn；
整流桥BRIDGE2把含有调光信息的电流进行极性变换后连接到调光信号与电源分离电路(5)上，调光信号与电源分离电路(5)输出一路经电阻R23～R24串联分压后输出的调光信号连接到恒流芯片LM3404的调光端，另一路经电感L1，隔离二极管D5取出的电源经电容C4滤波后连接到LED驱动恒流源(6)的电源端上，由电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404组成的LED驱动恒流源(6)输出的恒定电流连接到LED光源(7)上，直接驱动LED1，LED2，LEDn。
图3是本发明市电调光电路原理。
工作原理：市电经可控硅调光器(1)输出后，再经整流桥BRIDGE1整流输出，第一路流向电子假负载(2)，以平滑市电，为调光取样做准备，另一路经调光取样电路(10)处理，把50或60HZ的市电频率变为1～10V的调光电压，第三路经二极管D2使电子假负载(2)、调光取样电路(10)与电源(3)隔离，隔离后通向电源(3)，电源(3)输出相应的组电压为系统供电。调光取样电路(10)输出1～10V的调光电压经PWM输出电路(9)产生与1～10V对应占空比的PWM调光信号，电压越高，输出的PWM调光信号占空比越大，反之电压越低，输出的PWM调光信号占空比越小，PWM输出电路(9)输出的调光PWM信号经电源和调光信号驱动电路(8)的MOS管Q4驱动后，把供给可调光二线制LED灯体(12)的供电电压调制成含有调光信息的脉冲电流再输送给可调光二线制LED灯体(12)。所述的电子假负载(2)包括电阻R0～R3、R1A～R6A，二极管D1，电容C1，MOS管Q1～Q2，三极管Q0，电压比较器IC12/2LM393；其中电阻R0～R3，电容C1，二极管D1，三极管Q0，MOS管Q1组成调光电压全程调整的电子假负载，而电压比较器IC12/2LM393，电阻R1A～R6A，MOS管Q1组成调光电压半程调整的电子假负载；由于经可控硅调光器(1)输出的电压是切相的，当负载很轻时，可控硅调光器(1)输出的电压波形是畸形，如果没有电子假负载(2)，调光取样电路(10)无法正常取出调光电压，因此，在此引入了电子假负载。可是电子假负载将白白消耗电能，这与设计思想是矛盾的，为了减小电子假负载所消耗的电能，在电子假负载处理方法上分为全程调整的电子假负载和半程调整的电子假负载。由于市电是正弦波，在调光过程中，调光电压是切相的，当电压在零伏到某段电压值时，全程调整的电子假负载所消耗功耗很低，不能平滑市电，通过调整半程调整的电子假负载的工作点，让半程调整的电子假负载也能在调光电压从零伏到某段电压值时工作，从而在低端电压实现平滑市电；当电压从某段电压值到最大时，仅全程调整的电子假负载工作，这样实现平滑市电的同时又能达到减小能耗的目的。所述的调光取样电路(10)包括光电耦合器U1，电阻R5～R10，电容C2，稳压二极管ZD1～ZD2，电压比较器IC11/2LM393；平滑的调光市电从电阻R4进入，经电阻R5分压，输出接到稳压二极管ZD1上，从串联的稳压二极管ZD1～ZD2的公共点取出与切相市电一致变化的调光信号，再连接到电压比较器IC11/2LM393的反相输入端，电阻R6～R7分压为电压比较器IC11/2LM393的同相输入端提供比较基准电压，输出的调光脉冲经电阻R8，光电耦合器U1隔离送到光电耦合器U1的另一端，再经由电阻R9～R10，电容C2组成RC滤波电路滤波后得到1～10V的调光电压，这是低频率的F→V(频率电压)变换。50HZ或60HZ的市电经整流后分别为100HZ或120HZ，经调光取样后也为100HZ或120HZ的占空比变化的方波，但这100HZ或120HZ方波抖动比较大，不适合用作LED调光，所以把它转成1～10V的电压。所述的PWM输出电路(9)，包括电阻R12～R22、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3、电压比较器IC21/2LM393和IC22/2LM393，组成PWM输出振荡电路；其中电压比较器IC21/2LM393与电阻R12～R19、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3连接组成三角波发生电路，电阻R20～R21串联连接，1～10V的调光电压从电阻R20的一端进入，电阻R20～R21串联后的公共点连接IC22/2LM393的同相输入端，从IC21/2LM393同相端输出的三角波连接到电压比较器IC22/2LM393的反相输入端，并与电阻R20～R21分压后平滑的调光电压比较，产生的PWM调光信号，1～10V的调光电压产生的PWM调光信号对应的占空比为0～100％，PWM调光信号输出连接到电源和调光信号驱动电路(8)上。所述的电源和调光信号驱动电路(8)包括MOS管Q4，从PWM输出电路(9)输出的PWM调光信号与MOS管Q4的G极相连，进而通过MOS管Q4控制可调光二线制LED灯体(12)的供电电源，从而把可调光二线制LED灯体(12)的供电电源调制成含有调光信息的电流给它供电。通过调制后含有调光信息的脉冲电流经两线接到可调光二线制LED灯体(12)上。所述可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)。所述整流电路(4)包括整流桥BRIDGE2，所述调光信号与电源分离电路(5)包括电阻R23～R24、电感L1、二极管D5，所述LED恒流源(6)包括电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404，所述LED光源(7)包括LED1，LED2，LEDn；通过调制后含有调光信息的脉冲电流经二线接到可调光二线制LED灯体(12)后，经整流桥BRIDGE2把含有调光信息的电流进行极性变换后连接到调光信号与电源分离电路(5)上，调光信号与电源分离电路(5)输出一路经电阻R23～R24串联分压后输出的调光信号连接到恒流芯片LM3404的调光端上，另一路经电感L1，隔离二极管D5取出的电源经电容C4滤波后连接到LED驱动恒流源(6)的电源端上，由电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404组成的LED驱动恒流源(6)依调光信号，送相应的脉冲电流直接驱动LED光源(7)，从而实现LED的调光。
图4是本发明1～10V调光电路原理图。
如图所示，1～10V模拟调光器的“+”端接电源VDD，输出端接电阻R20，旋转1～10V模拟调光器的调光旋扭，1～10V模拟调光器的“-”端输出1～10V的调光电压，此电压经PWM输出振荡电路也就是PWM输出电路(9)内的电阻R20和R21分压作为电压比较器IC22/2LM393同相端的比较电压，并与电压比较器IC22/2LM393的反相输入端的三角波比较，输出不同占空比的PWM调光信号，此调光信号经电源和调光信号驱动电路(8)的MOS管Q4调制后含有调光信息的电源送可调光二线制LED灯体(12)，从而实现1～10V的模拟调光。
图5是本发明由MCU微处理器控制的交流LED调光电路原理图。
如图所示：市电经可控硅调光器(1)进入整流桥BRIDGE1，经整流桥BRIDGE1整流后分三路，第一路连接到电子假负载(2)，第二路经隔离二极管D2与电源(3)相连，第三路接电阻R27的一端，电阻R27的另一端与电阻R28串联组成分压电路，R28的两端并联接上电容C8，电阻R27～R28、电容C8组成RC滤波电路，调节可控硅调光器(1)，电阻R27、R28的公共点输出1～10V的调光电压，1～10V的调光电压经PWM输出电路(9)产生与1～10V对应占空比的PWM信号，与1～10V对应占空比的PWM信号经电阻R29连接到光电耦合器U2上，经光电耦合器U2的隔离后再经由电阻R30～R31，电容C9组成的F-V变换(频率-电压)电路变换后，得到0-5V的模拟调光电压，0-5V的模拟调光电压送MCU微处理器Attiny13的AD端，经MCU微处理器Attiny13进行模数转换后，MCU微处理器Attiny13送出与0-5V模拟调光电压对应占空比的PWM调光信号，此信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)上，经MOS管Q4调制后含有调光信息的电源送可调光二线制LED灯体(12)，从而实现MCU微处理器作为PWM输出电路的调光。
本发明特别适用于商场、酒店、家用等场合调光使用。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当清楚的认识到以上的实施例仅仅是本发明的说明优例，应理解其中可作各变化和修改而在方义上没有脱离本发明，所以并非作为本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施的变化变形或修改都将落入本发明权利的要求的保护范围。

Claims (7)

1、一种二线制可调光LED控制器，它包括：可控硅调光器(1)，电子假负载(2)，电源(3)，整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)，电源和调光信号驱动电路(8)，PWM输出电路(9)，调光取样电路(10)；
其连接关系：市电(11)经可控硅调光器(1)的输出分三路，第一路接电子假负载(2)，第二路接调光取样电路(10)，第三路接电源(3)，调光取样电路(10)输出1-10V的调光电压与PWM输出电路(9)相连，PWM输出电路(9)输出占空比等比于1-10V的PWM调光信号与电源和调光信号驱动电路(8)连接，把电源(3)调制成与PWM调光信号一致的脉冲电流后和电源(3)的正极同时连接到可调光二线制LED灯体(12)上，与PWM调光信号一致的脉冲电流进入可调光二线制LED灯体(12)后，连接到可调光二线制LED灯体(12)内的整流电路(4)上，整流电路(4)的输出和调光信号与电源分离电路(5)连接，经调光信号与电源分离电路(5)分离后，输出分两路，一路作为LED光源的供电电源与LED驱动恒流源(6)相连，输出直通LED光源(7)，另一路，作为PWM调光信号连接到LED驱动恒流源(6)的调光端上；
控制步骤为：
PWM调光信号经电源和调光信号驱动电路去调制电源，把LED的供电电源和LED的调光信号合并成含有调光信息的电源，送可调光二线制的LED灯体，LED灯体内的整流电路把含有调光信息的电源进行极性变换，极性变换后含有调光信息的电源经调光信号与电源分离电路对调光信号和LED供电电源进行分离，分离出的调光信号送LED驱动恒流源的调光端，分离出的电源经电容滤波后给LED驱动恒流源供电。
2、根据权利要求1所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述的可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)，调光信号与电源分离电路(5)，LED驱动恒流源(6)，LED光源(7)。
3、根据权利要求1所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述的PWM输出电路(9)，包括电阻R12～R22、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3、电压比较器IC21/2LM393和IC22/2LM393；
电压比较器IC21/2LM393与电阻R12～R19、电容C3、二极管D3～D4、三极管Q3连接组成三角波发生电路，电阻R20～R21串联连接，串联后的公共点连接IC22/2LM393的同相输入端，从IC21/2LM393同相端输出的三角波连接到电压比较器IC22/2LM393的反相输入端，并与R20～R21串联所分压后平滑的调光电压比较，产生的PWM调光信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)上。
4、根据权利要求1所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述的PWM输出电路(9)还可以是MCU处理器或PWM输出振荡电路，通过MCU处理器或PWM输出振荡电路产生的PWM调光信号连接到电源和调光信号驱动电路(8)MOS管Q4上，调光信号通过MOS管Q4把电源调制成含有调光信息的电流连接到可调光二线制LED灯体(12)上。
5、根据权利要求1所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述的调光取样电路(10)包括光电耦合器U1，电阻R5～R10，电容C2，稳压二极管ZD1～ZD2，电压比较器IC1 1/2LM393。
6、根据权利要求1所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述的电子假负载(2)包括电阻R0～R3、R1A～R6A，二极管D1，电容C1，MOS管Q1～Q2，三极管Q0，电压比较器IC12/2LM393。
7、根据权利要求2所述的一种二线制可调光LED控制器，其特征在于：
所述可调光二线制LED灯体(12)包括整流电路(4)中的整流桥BR1DGE2、调光信号与电源分离电路(5)中的电阻R23～R24、电感L1、二极管D5，LED恒流源(6)中电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404，LED光源(7)中的LED1，LED2，LEDn；
整流桥BRIDGE2把调光脉冲电流进行极性变换后连接到调光信号与电源分离电路(5)上，调光信号与电源分离电路(5)输出一路经电阻R23～R24串联分压后输出调光信号连接到恒流芯片LM3404的调光端，另一路经电感L1，隔离二极管D5取出的电源经电容C4滤波后连接到LED驱动恒流源(6)的电源端上，由电阻R25～R26，电感L2，电容C5～C7，二极管D6，IC3LM3404组成的LED驱动恒流源(6)输出的恒定电流连接到LED光源(7)上，直接驱动LED1，LED2，LEDn。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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