CN104871401A - 无线电力接收器及控制无线电力接收器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种无线电力接收器,用于从无线电力发送器无线地接收电力,所述无线电力接收器包括:接收线圈,用于通过磁场接收从所述无线电力发送器无线地发送的电力;频率检测单元,用于检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带;以及电感改变单元,用于根据所检测到的频带来改变所述接收线圈的电感。
Description
技术领域
本公开内容涉及无线电力传输技术。更具体地,本公开内容涉及能够无线地接收电力的无线电力接收器和控制该无线电力接收器的方法。
背景技术
无线电力传输或无线能量传递是指将电能无线地传递至期望装置的技术。在19世纪,已经广泛使用了采用电磁感应原理的电动机或变压器,并且然后提出了用于通过辐射电磁波(诸如无线电波或激光)来传输电能的方法。事实上,日常生活中频繁使用的电动牙刷或电动剃须刀基于电磁感应原理进行充电。电磁感应是指当导体周围磁场变化时感应出电压从而流过电流的现象。虽然电磁感应技术的商业化已经围绕着小型装置被迅速推进,但是其电力传输距离较短。
迄今为止,除了电磁感应以外,无线能量传输方案还包括基于磁共振的远程通讯技术和短波射频。
近来,在无线电力传输技术中,采用电磁感应和共振的能量传输方案已被广泛使用。
在采用电磁感应和共振的无线电力传输系统中,由于在发送器与接收器之间形成的电信号通过线圈无线传输,因而用户可以容易地在诸如便携式器具的电器中充电。
然而,在传统电力传输过程中,由于发送器中使用了各种频带,因而当发送器中使用的频率与接收器中使用的频率不同时,接收器可能不会被充分地充电。
另外,接收器必需使用多个线圈以涵盖发送器中使用的各种频带。
在题为“Variable inductor for integrated circuit and printed circuitboard(用于集成电路和印刷电路板的可变电感器)”的韩国未经审查的专利公布No.10-2006-0058735中公开了相关技术。
发明内容
技术问题
本公开内容提供了一种无线电力接收器以及控制该无线电力接收器的方法,该无线电力接收器能够通过根据无线电力发送器中使用的各种频带改变所使用的频带来提高电力传输效率。
问题的解决方案
一种无线电力接收器,用于从无线电力发送器无线地接收电力,所述无线电力接收器包括:接收线圈,用于接收通过磁场从所述无线电力发送器无线发送的电力;频率检测单元,用于检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带;以及电感改变单元,用于根据所检测到的频带来改变所述接收线圈的电感。
一种无线电力接收器,用于从无线电力发送器无线地接收电力,所述无线电力接收器包括:接收线圈,用于从所述无线电力发送器接收具有第一频带的电力;频率检测单元,用于检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带是否为第一频带;以及电感改变单元,在所检测到的频带在第一频带之外的情况下,所述电感改变单元改变所述接收线圈的电感。
发明的有益效果
如上所述,根据实施方式以及控制该无线电力接收器的方法,可以通过根据无线电力发送器中所使用的各种频带改变无线电力接收器的使用频带来有效地传输电力。
同时,将在下面对实施方式的描述中直接地以及隐含地描述任意其它各种效果。
附图说明
图1为示出根据一个实施方式的无线电力传输系统的结构的电路图。
图2为示出根据另一实施方式的无线电力传输系统的结构的电路图。
图3为根据一个实施方式的第一发送线圈的等效电路图。
图4为根据一个实施方式的电源装置和无线电力发送器的等效电路图。
图5为示出根据一个实施方式的无线电力接收器的等效电路图。
图6为示出根据又一实施方式的无线电力传输系统的框图。
图7为示出根据另一实施方式的无线电力接收器的结构的框图。
图8为说明在根据另一实施方式的无线电力接收器接收到具有第一频带的电力时电感改变单元的操作的框图。
图9为说明在根据另一实施方式的无线电力接收器接收到具有第二频带的电力时电感改变单元的操作的框图。
图10为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第一频带的电力并且接收线圈具有螺线结构(spiral structure)时电感改变单元的操作的视图。
图11为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第二频带的电力并且接收线圈具有螺线结构时电感改变单元的操作的视图。
图12为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第一频带的电力并且接收线圈具有螺旋结构(helical structure)时电感改变单元的操作的视图。
图13为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第二频带的电力并且接收线圈具有螺旋结构时电感改变单元的操作的视图。
图14为示出根据又一实施方式的无线电力接收器的结构的视图,在该无线电力接收器中,使用MEMS开关作为电感改变单元。
图15为示出根据一个实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的流程图。
图16为说明根据另一实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的流程图。
实现发明的最佳方式
在下文中,将参照附图详细描述各实施方式,使得本领域的技术人员可以容易地以各实施方式进行工作。
图1为示出根据一个实施方式的无线电力传输系统10的结构的电路图。
参照图1,无线电力传输系统10可以包括电源装置100、无线电力发送器200、无线电力接收器300以及负载400。
根据一个实施方式,电源装置100可以包括在无线电力发送器200中。
无线电力发送器200可以包括第一发送线圈210。
无线电力接收器300可以包括接收线圈310和整流单元330。
电源装置100的两个端子与第一发送线圈210的两个端子相连接。
接收线圈310的两个端子与整流单元330的两个端子相连接,负载400与整流单元330的两个端子相连接。根据一个实施方式,负载400可以包括在无线电力接收器300中。
从电源装置100生成的电力被传送至无线电力发送器200,并且无线电力发送器200中所接收的电力通过电磁感应被发送至无线电力接收器300。
在下文中,将详细描述无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输过程。
电源装置100生成要传送至无线电力发送器200的具有预定频率的交流电力。
第一发送线圈210和接收线圈310彼此感应耦合。换言之,如果交流电流以从电源装置100提供的电力流过第一发送线圈210,则该交流电流通过电磁感应被感应到与第一发送线圈210物理地间隔开的接收线圈310中,使得交流电力可以被发送至接收线圈310。
根据一个实施方式,从第一发送线圈210发送至接收线圈310的电力的频带可以在110KHz至205KHz的范围内,但是实施方式不限于此。
此后,通过整流单元330对接收线圈310中所接收的电力进行整流,并且将其传送至负载400。
根据一个实施方式,第一发送线圈210和接收线圈310可以具有螺线结构和螺旋结构之一。
品质因数和耦合系数在无线电力传输中很重要。换言之,在品质因数和耦合系数代表较大值时,可以更加提高电力传输效率。
品质因数可以指:可以存储在无线电力发送器200或无线电力接收器300附近的能量的指标。
品质因数可以根据工作频率ω以及线圈的形状、尺寸和材料而改变。品质因数可以表达为下面的等式,Q=ω*L/R。在上面的等式中,L指代线圈的电感,以及R指代与线圈中引起的电力损耗的量相对应的电阻。
品质因数的值可以为0到无穷大。随着品质因数增大,无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输效率。
耦合系数代表发送线圈与接收线圈之间的磁耦合度,并且其值为0到1。
耦合系数可以根据发送线圈与接收线圈之间的相对位置和相对距离而变化。
图2为示出根据另一实施方式的无线电力传输系统20的结构的电路图。
参照图2,根据另一实施方式的无线电力传输系统20可以包括电源装置100、无线电力发送器200、无线电力接收器300以及负载400。
根据一个实施方式,电源装置100可以包括在无线电力发送器200中。
无线电力发送器200可以包括第一发送线圈210和第二发送线圈220。
第一发送线圈210的两个端子可以与电源装置100的两个端子相连接。
第二发送线圈220可以与第一发送线圈210间隔开预定距离。
无线电力接收器300可以包括接收线圈310和整流单元330。
接收线圈310的两个端子与整流单元330的两个端子相连接,负载400与整流单元330的两个端子相连接。根据一个实施方式,负载400可以包括在无线电力接收器300中。
从电源装置100生成的电力可以被传送至无线电力发送器200,并且无线电力发送器200中所接收的电力可以通过电磁感应或共振被发送至无线电力接收器300。
在下文中,将详细描述无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输过程。
电源装置100生成要传送至无线电力发送器200的具有预定频率的交流电力。可以通过电磁感应将第一发送线圈210中所接收到的交流电力发送至第二发送线圈220。换言之,第一发送线圈210和第二发送线圈220彼此感应耦合。换言之,如果交流电流以从电源装置100提供的电力流过第一发送线圈210,则交流电流通过电磁感应被感应到与第一发送线圈210物理地间隔开的第二发送线圈220中,使得交流电力可以被发送至第二发送线圈220。
第二发送线圈220可以通过共振或电磁感应将从第一发送线圈210内接收的交流电力发送至无线电力接收器300的接收线圈310。
当第二发送线圈220通过共振向接收线圈310发送电力时,第二发送线圈220和接收线圈310彼此共振耦合(resonance-coupled),使得第二发送线圈220和接收线圈310工作于共振频带。由于第二发送线圈220与接收线圈310之间的共振耦合,可以极大地提高无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输效率。
在第二发送线圈220通过共振向接收线圈310发送电力的情况下发送的电力的频带可能与在第二发送线圈220通过电磁感应向接收线圈310发送电力的情况下发送的电力的频带不同。
根据一个实施方式,当第二发送线圈220通过共振向接收线圈310发送电力时,发送的电力的频带可以为6.78MHz,但是实施方式不限于此。
根据一个实施方式,当第二发送线圈220通过电磁感应向接收线圈310发送电力时,发送的电力的频带可以在110MHz至205MHz范围内,但是实施方式不限于此。
如上所述,当第二发送线圈220通过共振或电磁感应向接收线圈310发送电力时,由于使用不同的频带进行电力传输,因而需要进行频带匹配工作,使得无线电力接收器300中使用的频带与第二发送线圈220中使用的频带匹配。下面将通过参照以下对图5至图16的描述来给出其细节。
图3为根据一个实施方式的第一发送线圈210的等效电路图。
如图3所示,第一发送线圈210可以包括电感器L1和电容器C1,以及由电感器L1和电容器C1配置的具有合适电感和合适电容的电路。
可以以如下等效电路的形式配置第一发送线圈210:在该等效电路中,电感器L1的两个端子与电容器C1的两个端子相连接。换言之,第一发送线圈210可以以等效线圈的形式进行配置,在该等效线圈中,电感器L1与电容器C1并联连接。
电容器C1可以包括可变电容器,并且当调节电容器C1的电容时,可以执行阻抗匹配。第二发送线圈220和接收线圈310的等效电路可以具有与图3所示的形式相同的形式。
图4为根据一个实施方式的电源装置100和无线电力发送器200的等效电路图。
如图4所示,第一发送线圈210和第二发送线圈220可以包括具有预定电感的电感器L1,L2以及具有预定电容的电容器C1,C2。
图5为示出根据一个实施方式的无线电力接收器300的等效电路图。
如图5所示,接收线圈310可以包括具有预定电感的电感器L3和具有预定电容的电容器C3。
整流单元330将从接收线圈310内接收的交流电力整流成直流电力,并且可以将经整流的直流电力传送至负载400。
详细地,整流单元330可以包括整流器和平滑电路。根据一个实施方式,整流器可以包括硅整流器,并且可以等效为二极管D1。
整流器可以将从接收感应线圈320内接收的交流电力转换成直流电力。
平滑电路可以通过从由整流器所转换的直流电力中去除交流分量来输出平滑的直流电力。根据一个实施方式,平滑电路可以包括如图4所示的整流电容器C5,但是实施方式不限于此。
负载400可以是需要直流电力的预定可再充电电池或装置。例如,负载400可以指代电池。
无线电力接收器300可以嵌入诸如移动电话、鼠标和膝上型计算机的电器中。相应地,接收线圈310可以具有适合于电器形状的形状。
无线电力发送器200可以通过带内通信或带外通信与无线电力接收器300交换信息。
带内通信是指如下通信,该通信用于通过具有无线电力传输中所使用的频率的信号来在无线电力发送器200与无线电力接收器300之间交换信息。无线电力接收器300还可以包括开关,并且可以通过开关的切换操作来接收或不接收从无线电力发送器200发送的电力。相应地,无线电力发送器200可以通过检测无线电力发送器200中消耗的电力的量来识别无线电力接收器300的开启信号(on-signal)或关闭信号(off-signal)。
详细地,无线电力接收器300可以通过使用电阻器和开关调节电阻器中吸收的电量,来改变在无线电力发送器200中消耗的电力。无线电力发送器200可以通过检测电力消耗的变化来获取无线电力接收器300的状态信息。开关可以与电阻器串联连接。根据一个实施方式,无线电力接收器300的状态信息可以包括与无线电力接收器300中的当前电荷量和电荷量的变化相关的信息。
更详细地,如果开关断开,则电阻器中吸收的电力变为零,并且无线电力发送器200中消耗的电力减小。
如果开关被短路,则电阻器中吸收的电力变得大于0,并且在无线电力发送器200中消耗的电力增加。如果无线电力接收器重复上面的操作,则无线电力发送器200检测其中消耗的电力以与无线电力接收器300进行数字通信。
无线电力发送器200通过上面的操作来接收无线电力接收器300的状态信息,使得无线电力发送器200可以发送适当的电力。
相反,将电阻器和开关设置在无线电力发送器200一侧,使得无线电力发送器200的状态信息可以被发送至无线电力接收器300。根据一个实施方式,无线电力发送器200的状态信息可以包括关于如下项的信息:要从无线电力发送器200提供的最大电量;从无线电力发送器200接收电力的无线电力接收器300的数量;以及无线电力发送器200的可用电量。
以下,将描述带外通信。
带外通信是指通过除共振频带以外的特定频带执行的通信,从而交换电力传输所必需的信息。无线电力发送器200和无线电力接收器300可以装备有带外通信模块,以交换电力传输所必需的信息。带外通信模块可以安装在电源装置中。根据一个实施方式,带外通信模块可以使用诸如蓝牙、紫蜂(ZigBee)、无线局域网(WLAN)或近场通信(NFC)的短程通信技术,但是实施方式不限于此。
以下,将参照图6至图14来描述通过根据无线电力传输中使用的频带改变接收线圈的电感来匹配频率的方案。
图6为示出根据又一实施方式的无线电力传输系统的框图。
参照图6,根据又一实施方式的无线电力传输系统10可以包括电源装置100、无线电力发送器200、无线电力接收器300以及负载400。
电源装置100、无线电力发送器200以及负载400与参照图2至图5所描述的电源装置、无线电力发送器以及负载相同,将省略它们的细节。
无线电力接收器300可以包括接收线圈310、频率检测单元350、电感改变单元360、频率匹配单元370以及整流单元330。
接收线圈310可以从无线电力发送器200无线地接收电力。
当接收线圈310从无线电力发送器200无线地接收电力时,接收线圈310与设置在无线电力发送器200中的第二发送线圈220磁耦合,使得接收线圈310可以通过磁场从第二发送线圈220无线地接收电力。
当无线电力发送器200向接收线圈310无线地发送电力时,从无线电力发送器200发送至接收线圈310的电力可以具有各种频带。例如,根据一个实施方式,从无线电力发送器200发送至接收线圈310的电力可以具有三个频带。
第一频带可以在110KHz至205KHz的范围内,并且可以包括在无线充电联盟(Wireless Power Consortium,WPC)中使用的频带,其中WPC是通过电磁感应无线地传输电力的技术标准。在该情况下,接收线圈310的外直径可以为40mm,但是实施方式不限于此。
第二频带可以为6.78MHz,并且可以包括在无线电力联盟(Alliancefor Wireless Power,A4WP)中使用的频带,其中A4WP是通过共振无线地传输电力的技术标准。在该情况下,接收线圈310的外直径可以为20mm,但是实施方式不限于此。
第三频带可以在206KHz至300KHz的范围内,并且可以包括在电力事业联盟(Power Matters Alliance,PMA)中使用的频带,其中PMA是通过电磁感应无线地传输电力的技术标准。在该情况下,接收线圈310的外直径可以为35mm,但是实施方式不限于此。
然而,虽然提供了频带的数值,但是实施方式不限于此。
接收线圈310可以具有螺线结构和螺旋结构之一,但是实施方式不限于此。换言之,接收线圈310可以具有各种形状。
根据一个实施方式,当将无线电力接收器300安装在诸如移动电话的移动终端上时,接收线圈310可以具有螺线结构。
如果将接收线圈310实现为等效电路,则可以用包括具有适合电感的电感器的结构来表示接收线圈310。
频率检测单元350可以检测接收线圈310所接收的电力的频带。根据一个实施方式,频率检测单元350可以通过带内通信或带外通信检测接收线圈所接收的电力的频带。
根据一个实施方式,当无线电力接收器300从无线电力发送器200接收具有第一频带的电力时,无线电力接收器300可以通过带内通信与无线电力发送器200进行通信。在该情况下,频率检测单元350可以向无线电力发送器200发送ping信号并且可以基于针对ping信号的应答信号来检测频带。在该情况下,第一频带可以在110KHz至205KHz的范围内,并且可以是在无线充电联盟(Wireless Power Consortium,WPC)中使用的频带,其中WPC是通过电磁感应无线地传输电力的技术标准。
ping信号可以是用以确定无线电力接收器300是否从无线电力发送器200正常地接收到具有第一频带的电力的信号。
如果频率检测单元350没有接收到针对ping信号的应答信号,则频率检测单元350确定无线电力发送器100发送了具有第二频带的电力。因此,频率检测单元350可以确定频带是第一频带还是第二频带。在该情况下,第二频带可以为6.78MHz,并且可以为在A4WP(Alliance for WirelessPower)中使用的频带,其中A4WP是通过共振无线地传输电力的技术标准。
根据一个实施方式,当频率检测单元350没有接收到针对ping信号的应答信号时,频率检测单元350可以停止与无线电力发送器200的带内通信,并且可以通过带外通信来检测从无线电力发送器200发送的电力的频率。
当频率检测单元350通过带外通信来检测具有由接收线圈310所接收的电力的频带时,频率检测单元350可以包括用于蓝牙、紫蜂、无线局域网以及近场通信的短程通信模块当中的一个。
因为已经参照图5描述了带内通信和带外通信,所以将省略其细节。
电感改变单元360可以根据频率检测单元350所检测到的频带来改变接收线圈310的电感。详细地,在接收线圈310所接收到的电力的频带代表较低值时,电感改变单元360增大接收线圈310的电感。在接收线圈310所接收到的电力的频带代表较高值时,电感改变单元360可以减小接收线圈310的电感。下面将描述其细节。
在电感改变单元360根据所检测到的频带而改变了接收线圈310的电感之后,频率匹配单元370可以通过使用经改变的电感来匹配特定频率。在该情况下,特定频率可能是指频率检测单元350所检测到的频带。
换言之,频率匹配单元370使得能够与从无线电力发送器200发送的电力的频率更准确地匹配。
在使无线电力接收器300所使用的频带与从无线电力发送器200发送的电力的频带匹配之后,频率匹配单元370可以将处于匹配状态的交流电力输出至整流单元300。
整流单元330可以从频率匹配单元370接收处于匹配状态的交流电力,并且将处于匹配状态的交流电力整流成直流电力。
整流单元330可以将经整流的直流电力传送至负载400并且利用直流电力对负载400充电。
图7为示出根据另一实施方式的无线电力接收器的结构的框图,图8为用于说明在根据另一实施方式的无线电力接收器接收到具有第一频带的电力时电感改变单元的操作的框图。图9为用于说明在根据另一实施方式的无线电力接收器接收到具有第二频带的电力时电感改变单元的操作的框图。
参照图7,根据另一实施方式的无线电力接收器300可以包括接收线圈310、频率检测单元350、电感改变单元360、频率匹配单元370以及整流单元330。
电感改变单元360可以包括至少一个开关,并且每个开关可以将接收线圈310的一个端子与频率匹配单元370的一个端子相连接,以及将接收线圈310的相对端子与频率匹配单元330的相对端子相连接。虽然图7示出电感改变单元360包括两个开关,但是实施方式不限于此。
根据一个实施方式,电感改变单元360中所包括的开关可以包括MEMS(微电子机械系统)开关。MEMS技术是指基于半导体工艺技术来制造具有微米(μm)或毫米(mm)尺寸的超精密机器的技术。由于电感改变单元360中所包括的MEMS开关具有极小的尺寸,因而MEMS开关可应用于必须减小尺寸的无线电力接收器300。
在下文中,将在假设电感改变单元360包括第一开关361和第二开关363这两个开关的情况下描述电感改变单元360。
电感改变单元360可以根据由频率检测单元350检测到的、接收线圈310所接收到的电力的频带来改变电感。换言之,电感改变单元360可以通过根据所检测到的频带致动第一开关361和第二开关363,来改变接收线圈310的电感。
根据接收线圈310所接收到的电力的频带来改变接收线圈310的电感,使得具有各种频带的电力通过频率匹配被稳定地传输。这可以通过电磁波的传输中使用的频率与电感之间的关系等式来确认。换言之,频率f与接收线圈310的电感L之间的关系等式可以表达为等式1。
【等式1】
f=1/2π√LC
当频率f增大时,电感L必须相对地减小。当频率f减小时,电感L必须相对地增大。更具体地,当频率f增大时,波长h变短(f=c/h),因而需要较低的电感。当频率f减小时,波长h变长,因而需要较大的电感。
在电感改变单元360根据所检测到的频带而改变了接收线圈310的电感之后,频率匹配单元370可以通过使用经改变的电感匹配特定频率。在该情况下,特定频率可能是指频率检测单元350所检测到的频带。
换言之,频率匹配单元370使得能够与从无线电力发送器200发送的电力的频率更准确地匹配。
根据一个实施方式,频率匹配单元370可以包括与接收线圈310相连接的至少一个电容器。该电容器可以包括固定电容器或可变电容器。当使用可变电容器作为频率匹配单元370时,无线电力接收器300的控制单元(未示出)可以根据由电感改变单元360经改变的电感来调节电容器的电容,使得在每个频带处实现匹配。换言之,必需根据接收线圈310的经改变的电感来调节电容器的电容,使得在所发送的频带处实现匹配。
由于电容器的电容被调节,频率匹配单元370可以使从无线电力发送器200发送的电力的频带与无线电力接收器300的频带匹配。
根据实施方式的无线电力接收器300可以根据具有第一频带的电力被接收的情况以及具有第二频带的电力被接收的情况通过电感改变单元360的操作来改变接收线圈310的电感。因此,无线电力接收器300可以涵盖如下两种情况:无线电力发送器200发送具有第一频带的电力;以及无线电力发送器200发送具有第二频带的电力。因此,可以提高用户的便利性。将参照图8和图9更详细地描述其细节。
图8为说明用于在无线电力接收器300从无线电力发送器200无线地接收到具有第一频带的电力时改变接收线圈310的电感的过程的框图。图9为说明用于在无线电力接收器300从无线电力发送器200无线地接收到具有第二频带的电力时改变接收线圈310的电感的过程的框图。
参照图8,如果频率检测单元350所检测到的频带为110KHz至205KHz的第一频带,则电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第一端子A相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第一频带低于6.78MHz的第二频带,因而电感改变单元360可以如图8所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度增加以增大接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的电感表示为附图标记L3。根据一个实施方式,电感L3可以具有10uH至15uH的范围。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L3时,可以调节频率匹配单元370的电容器C6的电容,使得无线电力接收器300的频带与第一频带匹配。根据一个实施方式,电容器C6的电容可以为1.8nF,但是实施方式不限于此。另外,出于频率匹配的目的,可以在电容器C6的一个端子处设置附加电容器,其中附加电容器可与接收线圈310串联连接。附加电容器的电容可以为183nF,但是实施方式不限于此。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第一频带匹配。
参照图9,当频率检测单元350所检测到的频带为6.78MHz的第二频带时,电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第二端子B相连接并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第二频带高于第一频带,因而电感改变单元360可以如图9所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度变短以减小接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的电感表示为附图标记L4。根据一个实施方式,电感L4可以具有1.5uH至2uH的范围。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L4时,可以调节频率匹配单元370的电容器C7的电容,使得无线电力接收器300的频带与第二频带匹配。根据一个实施方式,电容器C7的电容可以为470pF,但是实施方式不限于此。另外,出于频率匹配的目的,可以在电容器C7的一个端子处设置附加电容器,其中附加电容器可与接收线圈310串联连接。附加电容器的电容可以为360pF,但是实施方式不限于此。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第二频带匹配。
根据一个实施方式,当频率检测单元350所检测到的频带为205KHz至300KHz的第三频带时,频率检测单元360可以将第一开关361与接收线圈310的第一端子A相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第二端子B相连接。换言之,由于第三频带高于第一频带并且低于第二频带,因而电感改变单元360可以控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的电感具有L3与L4之间的中间值。在该情况下,电感L4可以为4uH至5uH的范围。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L3与L4之间的中间值时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第三频带匹配。根据一个实施方式,电容器的电容可以为5nF,但是实施方式不限于此。另外,出于频率匹配的目的,可以在电容器的一个端子处设置附加电容器,其中附加电容器可与接收线圈310串联连接。附加电容器的电容可以为120nF,但是实施方式不限于此。如图7至图9所示,根据实施方式的无线电力接收器300可以根据从无线电力发送器200发送的电力的频带来改变接收线圈310的电感。
因此,虽然无线电力发送器200在电力传输中使用各种频带,但是无线电力接收器300可以涵盖各种频带。因此,当用户对装备有无线电力接收器300的终端充电时,用户可以方便地对终端充电,而不管无线电力发送器200中使用的频带如何。
该终端可以包括移动电话、MP3和智能器具之一,但是实施方式不限于此。该终端可适用于可以被无线充电的所有电器。
在下文中,将参照图10至图13来描述根据接收线圈的形状的实施方式应用。
首先,将参照图10和图11给出关于如下示例的描述:在接收线圈310具有螺线结构时改变接收线圈310的电感。
图10为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第一频带的电力并且接收线圈具有螺线结构时电感改变单元的操作的视图。图11为说明在根据实施方式的无线电力接收器接收到具有第二频带的电力并且接收线圈具有螺线结构时电感改变单元的操作的视图。
参照图10和图11,与参照图6描述的无线电力接收器300的结构类似,无线电力接收器300可以包括接收线圈310、频率检测单元350、电感改变单元360、频率匹配单元370以及整流单元330。
参照图10,接收线圈310具有螺线结构,在该螺线结构中,一根导线在平面上具有螺线形状。
在具有螺线结构的接收线圈310中,厚度T1为100μm,线宽W1为600μm以及间距S1为100μm。虽然提供了上面的数值,但是实施方式不限于此。
在图10中,当频率检测单元350所检测到的频带为110KHz至205KHz的第一频带时,电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第一端子A相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第一频带低于第二频带,因而电感改变单元360可以如图10所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度变长以增大接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的经改变的电感表示为L3,并且第一开关361和第二开关363可以包括MEMS开关并且可以由外部电力进行操作。
此外,当接收线圈310的电感被改变成L3时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第一频带匹配。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第一频带匹配。
在图11中,当频率检测单元350所检测到的频带为6.78MHz的第二频带时,电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第二端子B相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第二频带高于通过电磁感应发送的电力的频带,因而电感改变单元360可以如图11所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度变短以减小接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的经改变的电感表示为L4,并且L4小于L3。
换言之,如图11所示,由于接收线圈310的长度因电感改变单元360的切换操作而被设置成从第二端子B至第三端子C,因而接收线圈310的长度变短。另外,接收线圈310的长度被缩短了从接收线圈310的第一端子A至第二端子B的长度,使得可以减小接收线圈310的电感。
此外,当接收线圈310的电感被改变成L4时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第二频带匹配。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第二频带匹配。
根据一个实施方式,虽然可以将接收线圈310的被断开的第一端子A置于悬空状态,但是可以如图11所示通过第三开关365将接收线圈310的第一端子A接地。在该情况下,电感改变单元360还可以包括第三开关356。将接收线圈310的第一端子A接地,使得从第二端子B至第三端子C形成的接收线圈310回路与从第一端子A至第二端子B形成的接收线圈310回路电隔离,以防止频率干扰。
换言之,将接收线圈310的第一端子A接地,从而防止在从第二端子B至第三端子C形成的接收线圈310回路从无线电力发送器200接收电力的过程中可能发生的频率干扰。
根据一个实施方式,当频率检测单元350所检测到的频带为205KHz至300KHz的第三频带时,电感改变单元360可以将第一开关361连接至接收线圈310的第一端子A,并且将第二开关363连接至接收线圈310的第二端子B。换言之,由于第三频带高于第一频带并且低于第三频带,因而电感改变单元360可以控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的电感的值在L3与L4之间。另外,当接收线圈310的电感被改变成L3与L4之间的值时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第三频带匹配。
在下文中,将参照图12和图13给出关于如下示例的描述:在接收线圈310具有螺旋结构时改变接收线圈310的电感。
参照图12和图13,与参照图6描述的无线电力接收器300的结构类似,无线电力接收器300可以包括接收线圈310、频率检测单元350、电感改变单元360、频率匹配单元370以及整流单元330。
接收线圈310具有螺旋结构,在该螺旋结构中,一个导线具有三维螺线形状。
在具有螺旋结构的接收线圈310中,厚度T2为100μm,线宽W2为600μm以及间距S2为100μm。虽然提供了上面的数值,但是实施方式不限于此。
在图12中,当频率检测单元350所检测到的频带为110KHz至205KHz的第一频带时,电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第一端子A相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第一频带低于第二频带,因而电感改变单元360可以如图12所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度变长以增大接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的电感改变成L3。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L3时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第一频带匹配。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第一频带匹配。
在图13中,当频率检测单元350所检测到的频带为6.78MHz的第二频带时,电感改变单元360将第一开关361与接收线圈310的第二端子B相连接,并且将第二开关363与接收线圈310的第三端子C相连接。换言之,由于第二频带高于第一频带,因而电感改变单元360可以如图13所示地控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的长度变短以减小接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的电感改变成L4,并且L4小于L3。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L4时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第二频带匹配。
因此,可以使无线电力接收器300的频带与从无线电力发送器200发送的电力的第二频带匹配。
根据一个实施方式,虽然可以将接收线圈310的被断开的第一端子A置于悬空状态,但是可以如图13所示,通过第三开关365将接收线圈310的第一端子A接地。在该情况下,电感改变单元360还可以包括第三开关356。将接收线圈310的第一端子A接地,使得从第二端子B至第三端子C形成的接收线圈310回路与从第一端子A至第二端子B形成的接收线圈310回路电隔离,以防止频率干扰。
换言之,将接收线圈310的第一端子A接地,从而防止在从第二端子B至第三端子C形成的接收线圈310回路从无线电力发送器200接收电力的过程中可能发生的频率干扰。
根据一个实施方式,当频率检测单元350所检测到的频带为205KHz至300KHz的第三频带时,电感改变单元360可以将第一开关361连接至接收线圈310的第一端子A,并且将第二开关363连接至接收线圈310的第二端子B。换言之,由于第三频带高于第一频带并且低于第三频带,因而电感改变单元360可以控制第一开关361和第二开关363的操作,使得接收线圈310的电感的值在L3与L4之间。另外,当接收线圈310的电感被改变成L3与L4之间的值时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第三频带匹配。
图14为示出根据又一实施方式的无线电力接收器的结构的视图,在该无线电力接收器中,使用MEMS开关作为电感改变单元。
参照图14,根据又一实施方式的无线电力接收器300可以包括接收线圈310、频率检测单元350、电感改变单元360、频率匹配单元370以及整流单元330。
电感改变单元360可以包括至少一个MEMS开关。由于MEMS开关代表低插入损耗和高隔离特性、需要较低的成本并且具有极小的尺寸,因而MEMS开关可适用于必须减小尺寸的无线电力接收器300。
虽然图14示出电感改变单元360采用具有SPST(单刀单掷)类型的三个MEMS开关的情况,但是实施方式不限于此。电感改变单元360可以使用各种类型的MEMS开关以及不同数量的MEMS开关。
电感改变单元360可以包括三个MEMS开关,即,第一MEMS开关366、第二MEMS开关367以及第三MEMS开关368。
每个MEMS开关可以包括电源单元K、栅极端子G、源极端子S以及漏极端子D。
电源单元K可以与栅极端子G相连接,源极端子S可以与接收线圈310中的一个端子相连接,并且每个漏极端子D可以与频率匹配单元370相连接。
MEMS开关用作由电源单元K操作的开关。可以根据施加在MEMS开关的栅极端子G与源极端子S之间的电压来使MEMS开关导通或关断。也就是说,为了使MEMS开关导通,可以在栅极端子G与源极端子S之间施加5V的电压。为了使MEMS开关关断,可以在栅极端子G与源极端子S之间施加0V的电压。在该情况下,虽然提供了5V和0V的电压,但是实施方式不限于此。
具体地,当频率检测单元350所检测到的频带是在110KHz至205KHz范围内的第一频带时,电感改变单元360可以通过电源单元K使第一MEMS开关366导通,使第三MEMS开关368导通并且使第二MEMS开关367关断。换言之,由于第一频带低于6.78MHz的第二频带,因而电感改变单元360可以控制每个MEMS开关的操作,使得接收线圈310的长度变长以增大接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的经改变的电感表示为L3。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L3时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第一频带匹配。
如果频率检测单元350所检测到的频带为6.78MHz的第二频带,则电感改变单元360可以通过电源单元K使第一MEMS开关366关断,并且可以使第二MEMS开关367和第三MEMS开关368关断。换言之,由于第二频带高于6.78MHz的第一频带,因而电感改变单元360可以控制每个MEMS开关的操作,使得接收线圈310的长度变短以减小接收线圈310的电感。在该情况下,可以将接收线圈310的经改变的电感表示为L4。
另外,当接收线圈310的电感被改变成L4时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第二频带匹配。
如果频率检测单元350所检测到的频带为205KHz至300MHz的第三频带,则电感改变单元360可以通过电源单元K使第一MEMS开关366和第二MEMS开关367导通,并且可以使第三MEMS开关368关断。换言之,由于第三频带高于第一频带并且低于第二频带,因而电感改变单元360可以控制每个MEMS开关的操作,使得接收线圈310的电感的值在L3与L4之间。
此外,当接收线圈310的电感被改变成L3与L4之间的值时,可以调节频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第三频带匹配。
在下文中,将参照图15来描述根据一个实施方式的用于控制无线电力接收器的方法。
在下文中,将参照对图6至图14的描述来给出对于根据一个实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的描述。
图15为示出根据一个实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的流程图。
首先,无线电力接收器300的接收线圈310从无线电力发送器200无线地接收电力(步骤S101)。根据一个实施方式,可以将无线电力接收器300所接收到的电力的频带分类为两个频带。第一频带可以在110KHz至205KHz的范围内,以及第二频带可以为6.78MHz。
无线电力接收器300的频率检测单元350检测从无线电力发送器200发送的电力的频带(步骤S103)。根据一个实施方式,频率检测单元350可以通过带内通信或带外通信来检测从无线电力发送器200发送的电力的频带。
无线电力接收器300的频率检测单元350确定所检测到的频带是否为第一频带(步骤S105)。换言之,频率检测单元350可以确定所检测到的频带是第一频带还是第二频带。
如果所检测到的频带为第一频带,则无线电力接收器300的电感改变单元360通过切换操作来增大接收线圈310的电感,使得接收线圈310具有适合的电感(步骤S107)。由于基于电磁感应所使用的频带低于第二频带,因而电感改变单元360可以通过切换操作使接收线圈310的长度变长来增大电感。由于已经参照图8、图10和图12描述了电感的改变,因而将省略其细节。
无线电力接收器300的频率匹配单元370通过组合电容和接收线圈310的增大的电感来使无线电力接收器300的频率与第一频带匹配,并且将具有与第一频带匹配的频带的交流电力传送至整流单元330(步骤S109)。
无线电力接收器300的整流单元330将处于匹配状态的交流电力整流成直流电力,并且将直流电力传送至负载400(步骤S111)。
同时,如果所检测到的频带未被确定为第一频带,则频率检测单元350将所检测到的频带确定为第二频带(步骤S113)。
无线电力接收器300的电感改变单元360通过切换操作来使接收线圈310的电感减小,使得接收线圈310具有适合的电感(步骤S115)。由于第二频带高于第二频带,因而电感改变单元360可以通过切换操作使接收线圈310的长度变短来减小电感。由于已经参照图9、图11和图13描述了电感的改变,因而将省略其细节。
无线电力接收器300的频率匹配单元370通过组合电容和接收线圈310的减小的电感来使无线电力接收器300的频率与第二频带匹配,并且将具有与第二频带匹配的频带的交流电力传送至整流单元330(步骤S117)。
无线电力接收器300的整流单元330将处于匹配状态的交流电力整流成直流电力,并且将直流电力传送至负载400(步骤S119)。
图16为说明根据另一实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的流程图。
在下文中,将参照对图6至图14的描述来给出对于根据另一实施方式的用于控制无线电力接收器的方法的描述。
无线电力接收器300工作于第一频带(步骤S201)。换言之,可以在假设从无线电力发送器200发送的电力的频带为第一频带的情况下设置接收线圈310的电感。在该情况下,必须根据所设置的电感来设置频率匹配单元370的电容器的电容,使得无线电力接收器300的频带与第一频带匹配。
根据一个实施方式,第一频带可以在110KHz至205KHz的范围内,但是实施方式不限于此。
无线电力接收器300的接收线圈310从无线电力发送器200接收具有第一频带的电力(步骤S203)。根据一个实施方式,接收线圈310可以通过电磁感应从无线电力发送器200的第二发送线圈220无线地接收具有第一频带的电力。
无线电力接收器300的频率检测单元350通过带内通信向无线电力发送器200发送电力信号(步骤S205)。带内通信方案是指如下通信方案,该方案通过使用无线电力传输中所使用的频带、经由开关和电阻器来发送信息,已参照图5描述了其细节。频率检测单元350可以通过带内通信周期性地向无线电力发送器200发送电力信号。根据一个实施方式,电力信号可以包括以下信号之一:由无线电力接收器300发送的、用以向无线电力发送器200通知无线电力接收器300正常地接收到电力的信号;以及由无线电力接收器300发送的、用以请求无线电力发送器200增大或减小电力传输的信号。
无线电力接收器300的频率检测单元350周期性地向无线电力发送器200发送电力信号,同时频率检测单元350确定无线电力接收器300是否没有正常地接收到电力,即电力接收状态异常(步骤S207)。
根据一个实施方式,频率检测单元350确定在向无线电力接收器300发送电力信号三次的过程中无线电力接收器300没有正常地接收到电力,即电力接收状态异常。否则,频率检测单元350确定电力接收状态正常。在该情况下,虽然提供了电力信号的三次发送,但是实施方式不限于此。
另外,如果电力接收状态异常,则从无线电力发送器200发送的电力的频带可能不是第一频带。
如果频率检测单元350确定电力接收状态异常,则无线电力接收器300的频率检测单元350激活带外通信模块的操作(步骤S209)。根据一个实施方式,可以将带外通信模块设置在频率检测单元350中。根据一个实施方式,带外通信模块可以采用诸如蓝牙、紫蜂、无线局域网以及近场通信的短程通信方案,但是实施方式不限于此。
同时,如果频率检测单元350确定电力接收状态是正常的,则过程返回至步骤S201。
无线电力接收器300的频率检测单元350通过带外通信模块来确定从无线电力发送器200发送的电力的频带为第二频带(步骤S211)。换言之,无线电力接收器300与无线电力发送器200进行带外通信,以确定从无线电力发送器200发送的电力的频带是否为第二频带。根据一个实施方式,第二频带可以为6.78MHz,但是实施方式不限于此。
如果从无线电力发送器200发送的电力的频带为第二频带,则无线电力接收器300的电感改变单元360改变接收线圈310的电感以减小接收线圈310的电感,从而使得无线电力接收器300的频带与第二频带匹配(步骤S213)。由于已参照图9、图11和图13描述了电感的改变,因而将省略其细节。
当接收线圈310的电感改变时,无线电力接收器300的频率匹配单元370通过电容器使无线电力接收器300的频带与第二频带更准确地匹配(步骤S215)。
无线电力接收器300的整流单元330将具有与第二频带相匹配的频带的交流电力整流成直流电力,并且将交流电力传送至负载400(步骤S217)。
同时,如果频率检测单元350确定从无线电力发送器200发送的电力的频带不是第二频带,则频率检测单元350确定从无线电力发送器200发送的电力的频带为第三频带(步骤S219)。根据一个实施方式,第三频带可以在206KHz至300KHz的范围内,但是实施方式不限于此。
无线电力接收器300的电感改变单元360改变接收线圈310的电感以减小接收线圈310的电感,从而使得无线电力接收器300的频带与第三频带匹配(步骤S221)。在该情况下,接收线圈310的经改变的电感小于步骤S201中的电感并且大于步骤S213中的电感。由于已参照图9、图11和图13描述了电感的改变,因而将省略其细节。
当接收线圈310的电感改变时,无线电力接收器300的频率匹配单元370通过电容器使无线电力接收器300的频带与第三频带更准确地匹配(步骤S223)。
无线电力接收器300的整流单元330将具有与第三频带相匹配的频带的交流电力整流成直流电力,并且将交流电力传送至负载400(步骤S225)。
可以将根据实施方式的控制无线电力接收器的方法准备为可由计算机执行并且被存储在计算机可读记录介质中的程序。计算机可读记录介质包括ROM、RAM、CD-ROM、磁台(magnetic table)、软盘和光数据存储装置,并且包括以载波(例如,因特网上的传输)的形式实现的装置。
计算机可读记录介质被分布在通过网络彼此连接的计算机系统中以通过分布方案存储计算机可读代码,使得计算机可读代码可以被执行。另外,用于实现该方法的功能程序、代码和代码段可以由本公开内容涉及的领域中的程序员容易地推导。
虽然已经出于说明的目的描述了本公开内容的优选实施方式,但是本领域的技术人员将认识到,在不偏离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下,各种修改、添加和替换是可行的。
根据实施方式,通过电磁感应传输电力的方案可以表示具有相对较低的Q值的紧耦合方案,以及通过共振传输电力的方案可以表示具有相对较高的Q值的松散耦合方案。
Claims (15)
1.一种无线电力接收器,用于从无线电力发送器无线地接收电力,所述无线电力接收器包括:
接收线圈,用于接收通过磁场从所述无线电力发送器无线发送的电力;
频率检测单元,用于检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带;以及
电感改变单元,用于根据所检测到的频带来改变所述接收线圈的电感。
2.根据权利要求1所述的无线电力接收器,其中,从所述无线电力发送器发送的电力的频带包括第一频带和第二频带,并且所述第一频带低于所述第二频带。
3.根据权利要求2所述的无线电力接收器,其中,所述频率检测单元通过经由带内通信确定所述无线电力接收器的电力接收状态,来检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带。
4.根据权利要求3所述的无线电力接收器,其中,如果所述无线电力接收器的电力接收状态异常,则所述频率检测单元通过带外通信来确定从所述无线电力发送器发送的电力的频带。
5.根据权利要求4所述的无线电力接收器,其中,如果所述频率检测单元确定从所述无线电力发送器发送的电力的频带为所述第二频带,则所述电感改变单元减小所述接收线圈的电感,使得所述无线电力接收器的使用频带与所述第二频带匹配。
6.根据权利要求5所述的无线电力接收器,其中,从所述无线电力发送器发送的电力的频带还包括第三频带,
所述第三频带被设置在所述第一频带与所述第二频带之间,以及
如果所述频率检测单元确定从所述无线电力发送器发送的电力的频带为所述第三频带,则所述电感改变单元改变所述接收线圈的电感,使得所述无线电力接收器的使用频带与所述第三频带匹配。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的无线电力接收器,其中,所述电感改变单元包括至少一个开关,并且所述电感改变单元通过经由每个开关的操作、根据从所述无线电力发送器发送的频带改变所述接收线圈的电感,来改变所述无线电力接收器的使用频带。
8.根据权利要求7所述的无线电力接收器,其中,每个开关与所述接收线圈的一个端子连接或断开以调节所述接收线圈的长度,使得所述接收线圈的电感被改变。
9.根据权利要求7所述的无线电力接收器,其中,每个开关包括MEMS开关,所述MEMS开关在对其施加电力时工作。
10.根据权利要求6所述的无线电力接收器,其中,所述第一频带在110KHz至205KHz的范围内,所述第二频带为6.78MHz,以及所述第三频带在206KHz至300KHz的范围内。
11.根据权利要求1所述的无线电力接收器,其中,所述接收线圈具有螺线结构和螺旋结构之一。
12.根据权利要求1所述的无线电力接收器,还包括频率匹配单元,所述频率匹配单元根据所述接收线圈的经改变的电感使得所述无线电力接收器的使用频带与从所述无线电力发送器发送的电力的频带匹配。
13.根据权利要求14所述的无线电力接收器,其中,所述频率匹配单元包括与具有经改变的电感的所述接收线圈相连接的电容器。
14.一种无线电力接收器,用于从无线电力发送器无线地接收电力,所述无线电力接收器包括:
接收线圈,用于从所述无线电力发送器接收具有第一频带的电力;
频率检测单元,用于检测从所述无线电力发送器发送的电力的频带是否为所述第一频带;以及
电感改变单元,如果所检测到的频带在所述第一频带之外,则所述电感改变单元改变所述接收线圈的电感。
15.根据权利要求14所述的无线电力接收器,其中,如果所检测到的频带在所述第一频带之外,则所述频率检测单元将从所述无线电力发送器发送的电力的频带确定为第二频带,
所述电感改变单元减小所述接收线圈的电感,使得所述无线电力接收器的使用频带与所述第二频带匹配,以及
所述第一频带低于所述第二频带。
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