CN111580590A - 一种基于nmos的低功耗冗余均流电路 - Google Patents

一种基于nmos的低功耗冗余均流电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，属于电力电子技术领域，一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，包括开关电源、均流控制电路、均流MOS、电流采样电阻和负载，开关电源的输入端与负载端并联，开关电源的输出为正负电源，为均流控制电路提供正负电源供电，供电电源的正端分别连接开关电源和负载的正端，开关电源和负载的负端顺次连接电流采样电阻和均流MOS，再连接在供电电源的负端形成供电通路，为负载和开关电源供电，电流采样电阻和均流MOS均与均流控制电路连接，它可以实现降低对供电电源的输出电压一致性要求，降低了应用设备的电源成本，同时由于均流MOS处于低阻导通状态，降低了均流电路的功耗。

Description

一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路。
背景技术
MMC柔性直流输电换流阀的桥臂由很多个功率单元串联构成，功率单元的可靠性是保障MMC柔性直流输电换流阀稳定运行的基础。为提高功率单元的可靠性，功率单元会采取两组电源冗余供电的方式，则需考虑两个电源的功率分担情况，一般会采取均流措施，以提高供电电源的降额程度和可靠性。
传统的均流措施应用在供电电源侧，且需要两个供电电源均有相同通讯协议的均流通讯接口，对供电电源要求较高。需要研究应用于负载侧的均流电路。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，它可以实现降低对供电电源的输出电压一致性要求，降低了应用设备的电源成本，同时由于均流MOS处于低阻导通状态，降低了均流电路的功耗。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，包括开关电源、均流控制电路、均流MOS、电流采样电阻和负载，开关电源的输入端与负载端并联，开关电源的输出为正负电源，为均流控制电路提供正负电源供电，供电电源的正端分别连接开关电源和负载的正端，开关电源和负载的负端顺次连接电流采样电阻和均流MOS，再连接在供电电源的负端形成供电通路，为负载和开关电源供电，电流采样电阻和均流MOS均与均流控制电路连接，电流采样电阻连接在均流控制电路的输入端，均流MOS连接在均流控制电路的输出端，供电电源、电流采样电阻和均流MOS均有两个，供电电源的负端顺次连接均流MOS和电流采样电阻，最终连接在负载的负端，两个电流采样电阻分别对不同供电电源所在的负载供电通路进行采集电流采样信号，采集得到的电流采样信号输入均流控制电路，再由均流控制电路控制均流MOS改变通态电阻，用于调整调整负载两条供电通路的电流，达到均流的效果，即开关电源的正端连接有供电电源的正端，开关电源的负端接地，且供电电源包括Vin1和Vin2，Vin1和Vin2的正端相连，连接后的Vin1和Vin2正端连接在开关电源上，连接后的Vin1和Vin2正端还连接有负载的正端，负载的负端接地，该开关电源的输出端分为Vcc端和Vee端，开关电源的输出端通过导线连接有均流控制电路，由开关电源输出的Vcc和Vee正负电源为均流控制电路供电，供电电源的负端连接有均流MOS电路，供电电源中Vin1的负端连接有第一均流MOS，供电电源中Vin2的负端连接有第二均流MOS，且Vin1的负端连接在第一均流MOS的漏极处，Vin2的负端连接在第二均流MOS的漏极处，第一均流MOS的源极和门极连接在均流控制电路的输出端，第一均流MOS的源极还连接有第一电流采样电阻，第一电流采样电阻远离第一均流MOS的一端与负载连接，第二均流MOS的源极和门极连接在均流控制电路的输出端，第二均流MOS的源极还连接有第二电流采样电阻，第二电流采样电阻远离第二均流MOS的一端与负载连接，可以实现降低对供电电源的输出电压一致性要求，降低了应用设备的电源成本，同时由于均流MOS处于低阻导通状态，降低了均流电路的功耗。
进一步的，均流控制电路包括运算放大器，运算放大器的接电端与开关电源的输出端连接，运算放大器的同相输入端连接有同相输入电阻，同相输入电阻远离运算放大器的一端连接有第二电流采样电阻，该第二电流采样电阻远离同相输入电阻的一端接地，且同相输入电阻和第二电流采样电阻均与第二均流MOS的源极连接，运算放大器的反相输入端连接有反相输入电阻，反相输入电阻远离运算放大器的一端连接有第一电流采样电阻，该第一电流采样电阻远离反相输入电阻的一端接地，且反相输入电阻和第一电流采样电阻均与第一均流MOS的源极连接，运算放大器输出端和反相输入端之间连接有反馈电路，运算放大器的输出端还连接有第二反并二极管的阳极，且第二反并二极管的阳极连接有第二驱动光耦的原边阴极，第二反并二极管的阴极和第二驱动光耦的原边阳极连接，即第二反并二极管与第二驱动光耦并联，第二驱动光耦的副边集电极与第二均流MOS的门极连接，第二驱动光耦的副边发射极连接公共地电位，用于控制第二均流MOS的通态电阻。
进一步的，运算放大器的输出端还通过第二反并二极管连接有第一反并二极管的阴极，且第一反并二极管的阳极连接有第一驱动光耦的原边阴极，第一反并二极管的阴极和第一驱动光耦的原边阳极连接，即第一反并二极管与第一驱动光耦并联，第一反并二极管的阳极还连接有限流电阻，该限流电阻远离第一反并二极管的一端接地，第一驱动光耦的副边集电极与第一均流MOS的门极连接，第一驱动光耦的副边发射极连接公共地电位，用于控制第一均流MOS的通态电阻。
进一步的，第一均流MOS的门极还连接有第一驱动电阻，该第一驱动电阻远离第一均流MOS的一端连接在开关电源的Vcc端处，通过开关电源的Vcc端对第一均流MOS的门极进行充电，置高第一均流MOS的门极电压。
进一步的，第二均流MOS的门极还连接有第二驱动电阻，该第二驱动电阻远离第二均流MOS的一端连接在开关电源的Vcc端处，通过开关电源的Vcc端对第二均流MOS的门极进行充电，置高第二均流MOS的门极电压。
进一步的，第一均流MOS的源极通过导线连接有第一稳压二极管，且第一均流MOS的源极连接在第一稳压二极管的阳极处，第一均流MOS的门极连接在第一稳压二极管阴极处，便于提高第一均流MOS的稳定性。
进一步的，第二均流MOS的源极通过导线连接有第二稳压二极管，且第二均流MOS的源极连接在第二稳压二极管的阳极处，第二均流MOS的门极连接在第二稳压二极管阴极处，便于提高第二均流MOS的稳定性。
进一步的，反馈电路包括第二反馈电容，该第二反馈电容串联连接有反馈电阻，第二反馈电容和反馈电阻所在支路的两端并联连接有第一反馈电容，能够有效的提高均流控制电路的控制精度。
进一步的，第一电流采样电阻为低阻值电阻，便于降低该均流电路的功耗。
进一步的，第二电流采样电阻的阻值与第一电流采样电阻的阻值相同，便于提高电流的采样精度。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现降低对供电电源的输出电压一致性要求，降低了应用设备的电源成本，同时由于均流MOS处于低阻导通状态，降低了均流电路的功耗。
(2)均流控制电路包括运算放大器，运算放大器的接电端与开关电源的输出端连接，运算放大器的同相输入端连接有同相输入电阻，同相输入电阻远离运算放大器的一端连接有第二电流采样电阻，该第二电流采样电阻远离同相输入电阻的一端接地，且同相输入电阻和第二电流采样电阻均与第二均流MOS的源极连接，运算放大器的反相输入端连接有反相输入电阻，反相输入电阻远离运算放大器的一端连接有第一电流采样电阻，该第一电流采样电阻远离反相输入电阻的一端接地，且反相输入电阻和第一电流采样电阻均与第一均流MOS的源极连接，运算放大器输出端和反相输入端之间连接有反馈电路，运算放大器的输出端还连接有第二反并二极管的阳极，且第二反并二极管的阳极连接有第二驱动光耦的原边阴极，第二反并二极管的阴极和第二驱动光耦的原边阳极连接，即第二反并二极管与第二驱动光耦并联，第二驱动光耦的副边集电极与第二均流MOS的门极连接，第二驱动光耦的副边发射极连接公共地电位，用于控制第二均流MOS的通态电阻。
(3)运算放大器的输出端还通过第二反并二极管连接有第一反并二极管的阴极，且第一反并二极管的阳极连接有第一驱动光耦的原边阴极，第一反并二极管的阴极和第一驱动光耦的原边阳极连接，即第一反并二极管与第一驱动光耦并联，第一反并二极管的阳极还连接有限流电阻，该限流电阻远离第一反并二极管的一端接地，第一驱动光耦的副边集电极与第一均流MOS的门极连接，第一驱动光耦的副边发射极连接公共地电位，用于控制第一均流MOS的通态电阻。
(4)第一均流MOS的门极还连接有第一驱动电阻，该第一驱动电阻远离第一均流MOS的一端连接在开关电源的Vcc端处，通过开关电源的Vcc端对第一均流MOS的门极进行充电，置高第一均流MOS的门极电压。
(5)第二均流MOS的门极还连接有第二驱动电阻，该第二驱动电阻远离第二均流MOS的一端连接在开关电源的Vcc端处，通过开关电源的Vcc端对第二均流MOS的门极进行充电，置高第二均流MOS的门极电压。
(6)第一均流MOS的源极通过导线连接有第一稳压二极管，且第一均流MOS的源极连接在第一稳压二极管的阳极处，第一均流MOS的门极连接在第一稳压二极管阴极处，便于提高第一均流MOS的稳定性。
(7)第二均流MOS的源极通过导线连接有第二稳压二极管，且第二均流MOS的源极连接在第二稳压二极管的阳极处，第二均流MOS的门极连接在第二稳压二极管阴极处，便于提高第二均流MOS的稳定性。
(8)反馈电路包括第二反馈电容，该第二反馈电容串联连接有反馈电阻，第二反馈电容和反馈电阻所在支路的两端并联连接有第一反馈电容，能够有效的提高均流控制电路的控制精度。
(9)第一电流采样电阻为低阻值电阻，便于降低该均流电路的功耗。
(10)第二电流采样电阻的阻值与第一电流采样电阻的阻值相同，便于提高电流的采样精度。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路总成图。
图中标号说明：
1开关电源、2限流电阻、3第一反并二极管、4第二反并二极管、5第一驱动光耦、6第一驱动电阻、7第二驱动电阻、8第二驱动光耦、9第一稳压二极管、10第一均流MOS、11第二均流MOS、12第二稳压二极管、13第一反馈电容、14第二反馈电容、15反馈电阻、16运算放大器、17反相输入电阻、18同相输入电阻、19第一电流采样电阻、20第二电流采样电阻、21负载。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，包括开关电源1，开关电源1的正端连接有供电电源的正端，开关电源1的负端接地，且供电电源包括Vin1和Vin2，Vin1和Vin2的正端相连，连接后的Vin1和Vin2正端连接在开关电源1上，连接后的Vin1和Vin2正端还连接有负载21的正端，负载21的负端接地，该开关电源1的输出端分为Vcc端和Vee端，开关电源1的输出端通过导线连接有运算放大器16，由开关电源1输出的Vcc和Vee正负电源为运算放大器16供电，供电电源的负端连接有均流MOS电路，供电电源中Vin1的负端连接有第一均流MOS10，供电电源中Vin2的负端连接有第二均流MOS11，且Vin1的负端连接在第一均流MOS10的漏极处，Vin2的负端连接在第二均流MOS11的漏极处，第一均流MOS10的源极通过导线连接有第一稳压二极管9，且连接在第一稳压二极管9的阳极处，第一均流MOS10的门极连接在第一稳压二极管9阴极处，且第一均流MOS10的门极还连接有第一驱动光耦5和第一驱动电阻6，该第一驱动电阻6远离第一均流MOS10的一端连接在开关电源1的Vcc端处，第二均流MOS11的源极通过导线连接有第二稳压二极管12，且连接在第二稳压二极管12的阳极处，第二均流MOS11的门极连接在第二稳压二极管12阴极处，且第二均流MOS11的门极还连接有第二驱动光耦8和第二驱动电阻7，该第二驱动电阻7远离第二均流MOS11的一端连接在开关电源1的Vcc端处；
第一驱动光耦5的副边集电极与第一均流MOS10的门极连接，第一驱动光耦5的副边发射极连接公共地电位，第一驱动光耦5并联连接有第一反并二极管3，且第一反并二极管3的阳极和第一驱动光耦5的原边阴极连接，第一反并二极管3的阴极和第一驱动光耦5的原边阳极连接，第一反并二极管3的阳极还连接有限流电阻2，该限流电阻2远离第一反并二极管3的一端接地，且限流电阻2还与开关电源1的负端连接；
第二驱动光耦8的副边集电极与第二均流MOS11的门极连接，第二驱动光耦8的副边发射极连接公共地电位，第二驱动光耦8并联连接有第二反并二极管4，且第二反并二极管4的阳极和第二驱动光耦8的原边阴极连接，第二反并二极管4的阴极和第二驱动光耦8的原边阳极连接，且第二反并二极管4的阴极还与第一反并二极管3的阴极连接，第二反并二极管4的阳极还连接在运算放大器16的输出端；
运算放大器16的同相输入端连接有同相输入电阻18，同相输入电阻18远离运算放大器16的一端连接有第二电流采样电阻20，该第二电流采样电阻20远离同相输入电阻18的一端接地，且同相输入电阻18和第二电流采样电阻20均与第二均流MOS11的源极连接，运算放大器16的反相输入端连接有反相输入电阻17，反相输入电阻17远离运算放大器16的一端连接有第一电流采样电阻19，该第一电流采样电阻19远离反相输入电阻17的一端接地，且反相输入电阻17和第一电流采样电阻19均与第一均流MOS10的源极连接，运算放大器16输出端和反相输入端之间连接有反馈电路，该反馈电路包括第二反馈电容14，该第二反馈电容14串联连接有反馈电阻15，第二反馈电容14和反馈电阻15所在支路的两端并联连接有第一反馈电容13。
使用时，设Vin1的电压高于Vin2，Vin1和Vin2供电后，经负载21、第一电流采样电阻19和第二电流采样电阻20，再经过第一均流MOS10和第二均流MOS11的体二极管形成供电通路，为负载21和开关电源1供电，开关电源1的输出端为运算放大器16供电，接收第一电流采样电阻19和第二电流采样电阻20的电流采样信号。
由于Vin1电压偏高，所以第一电流采样电阻19两端的电压，略大于第二电流采样电阻20。由第一电流采样电阻19和第二电流采样电阻20两端为负电压信号，运算放大器16的同相输入端电压略高于反相输入端电压，运算放大器16的输出端为正电压，第二反并二极管4正向导通，第二驱动光耦8原边发光二极管反向截止，第一反并二极管3反向截止，第一驱动光耦5的原边发光二极管正向导通，第一驱动光耦5的副边三极管导通，拉低第一均流MOS10的门极电压，增大第一均流MOS10的通态电阻，以降低Vin1的电流，用于实现均流的闭环控制。可以实现降低对供电电源的输出电压一致性要求，降低了应用设备的电源成本，同时由于均流MOS处于低阻导通状态，降低了均流电路的功耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，包括开关电源(1)、均流控制电路、均流MOS、电流采样电阻和负载(21)，开关电源(1)的输入端与负载端并联，开关电源(1)的输出为正负电源，为均流控制电路提供正负电源供电，供电电源的正端分别连接开关电源(1)和负载(21)的正端，开关电源(1)和负载(21)的负端顺次连接电流采样电阻和均流MOS，再连接在供电电源的负端形成供电通路，为负载(21)和开关电源(1)供电，电流采样电阻和均流MOS均与均流控制电路连接，电流采样电阻连接在均流控制电路的输入端，均流MOS连接在均流控制电路的输出端，供电电源、电流采样电阻和均流MOS均有两个，供电电源的负端顺次连接均流MOS和电流采样电阻，最终连接在负载(21)的负端，两个电流采样电阻分别对不同供电电源所在的负载(21)供电通路进行采集电流采样信号，采集得到的电流采样信号输入均流控制电路，再由均流控制电路控制均流MOS改变通态电阻，用于调整调整负载(21)两条供电通路的电流，达到均流的效果，其特征在于：所述开关电源(1)的正端连接有供电电源的正端，开关电源(1)的负端接地，且供电电源包括Vin1和Vin2，Vin1和Vin2的正端相连，连接后的Vin1和Vin2正端连接在开关电源(1)上，连接后的Vin1和Vin2正端还连接有负载(21)的正端，负载(21)的负端接地，该开关电源(1)的输出端分为Vcc端和Vee端，所述开关电源(1)的输出端通过导线连接有均流控制电路，由开关电源(1)输出的Vcc和Vee正负电源为均流控制电路供电，所述供电电源的负端连接有均流MOS电路，所述供电电源中Vin1的负端连接有第一均流MOS(10)，所述供电电源中Vin2的负端连接有第二均流MOS(11)，且Vin1的负端连接在第一均流MOS(10)的漏极处，Vin2的负端连接在第二均流MOS(11)的漏极处，第一均流MOS(10)的源极和门极连接在均流控制电路的输出端，第一均流MOS(10)的源极还连接有第一电流采样电阻(19)，第一电流采样电阻(19)远离第一均流MOS(10)的一端与负载(21)连接，第二均流MOS(11)的源极和门极连接在均流控制电路的输出端，所述第二均流MOS(11)的源极还连接有第二电流采样电阻(20)，第二电流采样电阻(20)远离第二均流MOS(11)的一端与负载(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述均流控制电路包括运算放大器(16)，运算放大器(16)的接电端与开关电源(1)的输出端连接，所述运算放大器(16)的同相输入端连接有同相输入电阻(18)，所述同相输入电阻(18)远离运算放大器(16)的一端连接有第二电流采样电阻(20)，该第二电流采样电阻(20)远离同相输入电阻(18)的一端接地，所述运算放大器(16)的反相输入端连接有反相输入电阻(17)，所述反相输入电阻(17)远离运算放大器(16)的一端连接有第一电流采样电阻(19)，该第一电流采样电阻(19)远离反相输入电阻(17)的一端接地，所述运算放大器(16)输出端和反相输入端之间连接有反馈电路，所述运算放大器(16)的输出端还连接有第二反并二极管(4)的阳极，且第二反并二极管(4)的阳极连接有第二驱动光耦(8)的原边阴极，第二反并二极管(4)的阴极和第二驱动光耦(8)的原边阳极连接，即第二反并二极管(4)与第二驱动光耦(8)并联，第二驱动光耦(8)的副边集电极与第二均流MOS(11)的门极连接，第二驱动光耦(8)的副边发射极连接公共地电位，用于控制第二均流MOS(11)的通态电阻。
3.根据权利要求2所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述运算放大器(16)的输出端还通过第二反并二极管(4)连接有第一反并二极管(3)的阴极，且第一反并二极管(3)的阳极连接有第一驱动光耦(5)的原边阴极，第一反并二极管(3)的阴极和第一驱动光耦(5)的原边阳极连接，即第一反并二极管(3)与第一驱动光耦(5)并联，第一反并二极管(3)的阳极还连接有限流电阻(2)，该限流电阻(2)远离第一反并二极管(3)的一端接地，第一驱动光耦(5)的副边集电极与第一均流MOS(10)的门极连接，第一驱动光耦(5)的副边发射极连接公共地电位，用于控制第一均流MOS(10)的通态电阻。
4.根据权利要求1所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第一均流MOS(10)的门极还连接有第一驱动电阻(6)，该第一驱动电阻(6)远离第一均流MOS(10)的一端连接在开关电源(1)的Vcc端处，通过开关电源(1)的Vcc端对第一均流MOS(10)的门极进行充电，置高第一均流MOS(10)的门极电压。
5.根据权利要求1所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第二均流MOS(11)的门极还连接有第二驱动电阻(7)，该第二驱动电阻(7)远离第二均流MOS(11)的一端连接在开关电源(1)的Vcc端处，通过开关电源(1)的Vcc端对第一均流MOS(10)的门极进行充电，置高第二均流MOS(11)的门极电压。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第一均流MOS(10)的源极通过导线连接有第一稳压二极管(9)，且第一均流MOS(10)的源极连接在第一稳压二极管(9)的阳极处，第一均流MOS(10)的门极连接在第一稳压二极管(9)阴极处，便于提高第一均流MOS(10)的稳定性。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第二均流MOS(11)的源极通过导线连接有第二稳压二极管(12)，且第二均流MOS(11)的源极连接在第二稳压二极管(12)的阳极处，第二均流MOS(11)的门极连接在第二稳压二极管(12)阴极处，便于提高第二均流MOS(11)的稳定性。
8.根据权利要求2所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述反馈电路包括第二反馈电容(14)，该第二反馈电容(14)串联连接有反馈电阻(15)，第二反馈电容(14)和反馈电阻(15)所在支路的两端并联连接有第一反馈电容(13)，能够有效的提高均流控制电路的控制精度。
9.根据权利要求1所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第一电流采样电阻(19)为低阻值电阻，便于降低该均流电路的功耗。
10.根据权利要求1所述的一种基于NMOS的低功耗冗余均流电路，其特征在于：所述第二电流采样电阻(20)的阻值与第一电流采样电阻(19)的阻值相同，便于提高电流的采样精度。
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Application publication date: 20200825

Assignee: Rongxin Huike Electric Co.,Ltd.

Assignor: TIANSHENGQIAO BUREAU OF EHV POWER TRANSMISSION COMPANY, CHINA SOUTHERN POWER GRID Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000284

Denomination of invention: A low-power redundant current-sharing circuit based on NMOS

Granted publication date: 20210409

License type: Common License

Record date: 20230303