CN112865544A - 一种双向dcdc电源和充电桩 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种双向DCDC电源和充电桩。在该双向DCDC电源的主电路的拓扑结构中,第一电路的交流侧与变压器的原边绕组相连,第二电路的交流侧与变压器的副边绕组相连;第一电路与第二电路的拓扑结构相对于变压器对称,并且,第一电路和第二电路的拓扑结构均可被控制为等效于逆变电路或整流电路。因此,可以根据该主电路进行能量传输时的具体方向,对其内部两个电路的等效拓扑进行控制,使两者分别等效为相应方向下的逆变电路和整流电路,进而将该主电路等效为相应方向下的单向DCDC电源的主电路,后续仅需要对其进行单向DCDC电源的主电路的软件控制即可,所以该双向DCDC电源的控制复杂程度得以降低。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别是涉及一种双向DCDC电源和充电桩。
背景技术
近年来,充电桩行业得到了大力推广,其中,V2G作为充电领域的一个新兴方向,关注日益增加。由于其要求能量可以双向流动,所以其内部的DCDC电源也同样要求能量可以双向流动。
目前,双向DCDC电源的常规设计多为原副边对称拓扑设计,其中,双向DCDC电源为了实现自身能量的双向流动,所以双向DCDC电源的控制过程较为复杂,从而使得双向DCDC电源的整体成本升高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种双向DCDC电源和充电桩,以简化双向DCDC电源的控制复杂程度,从而使得双向DCDC电源的成本降低。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
本申请一方面提供一种双向DCDC电源,其主电路包括:变压器、第一电路和第二电路;其中:
所述第一电路的交流侧与所述变压器的原边绕组相连;所述第二电路的交流侧与所述变压器的副边绕组相连;
所述第一电路与所述第二电路的拓扑结构相对于所述变压器对称;
所述第一电路和所述第二电路的拓扑结构均可被控制为等效于逆变电路或整流电路。
可选的,所述主电路工作于由原边直流侧向副边直流侧传输能量的正向传输状态时,所述第一电路被控制为等效于逆变电路,所述第二电路被控制为等效于整流电路;
所述主电路工作于由副边直流侧向原边直流侧传输能量的反向传输状态时,所述第一电路被控制为等效于整流电路,所述第二电路被控制为等效于逆变电路。
可选的,所述第一电路和所述第二电路,均包括:全桥逆变拓扑及其谐振支路上并联的开关;
所述开关被控制为闭合状态时,相应电路等效于整流电路;所述开关被控制为断开状态时,相应电路等效于逆变电路。
可选的,所述全桥逆变拓扑为:LLC全桥拓扑,或者,移相全桥拓扑。
可选的,所述开关为继电器。
可选的,还包括:第一控制器和第二控制器;
所述第一控制器用于实现对于所述第一电路的采样和控制;
所述第二控制器用于实现对于所述第二电路的采样和控制。
可选的,两控制器用于实现对于相应电路的控制时,具体用于实现:
相应开关的通断控制;及,
相应电路等效于逆变电路时的开关管驱动控制。
可选的,两控制器的控制软件分别具有两套执行程序;所述主电路工作于不同传输状态时,两控制器互换控制软件的执行程序。
可选的,所述两套执行程序分别为:控制相应开关断开后,对相应电路进行采样和开关管驱动控制的主控制执行程序;以及,控制相应开关闭合后,对相应电路进行采样输出的从控制执行程序;
所述主电路工作于正向传输状态时,所述第一控制器工作于所述主控制执行程序,所述第二控制器工作于所述从控制执行程序;
所述主电路工作于反向传输状态时,所述第一控制器工作于所述从控制执行程序,所述第二控制器工作于所述主控制执行程序。
可选的,所述第一控制器依次通过第一通信模块和第二通信模块,实现自身与所述第二控制器之间的通信连接。
可选的,所述第一通信模块和所述第二通信模块均为无线通信模块,且两者之间为无线通信连接;
或者,所述第一通信模块和所述第二通信模块均为有线通信模块,且两者之间为有线通信连接。
可选的,所述第一控制器与所述第一通信模块之间,以及,所述第二控制器与所述第二通信模块之间,均为有线通信连接。
本申请另一方面提供一种充电桩,包括:至少一个如本申请上一方面任一项所述的双向DCDC电源。
可选的,所述双向DCDC电源的原边直流侧用于通过所述充电桩的第一接口实现一侧的对外有线充放电连接,所述双向DCDC电源的副边直流侧用于通过所述充电桩的第二接口实现另一侧的对外有线充放电连接。
可选的,还包括:
与所述双向DCDC电源的原边直流侧相连的第一射频模块,用于实现所述充电桩一侧的对外无线充放电连接;以及,
与所述双向DCDC电源的副边直流侧相连的第二射频模块,用于实现所述充电桩另一侧的对外无线充放电连接。
可选的,当所述双向DCDC电源的个数大于1时,所述充电桩,还包括:第一功率分配电路和第二功率分配电路;其中:
各个所述双向DCDC电源的原边直流侧通过所述第一功率分配电路,实现并联输入/输出,或者,独立输入/输出;
各个所述双向DCDC电源的原边直流侧通过所述第二功率分配电路,实现并联输出/输入,或者,独立输出/输入。
由上述技术方案可知,本发明提供了一种双向DCDC电源,在其主电路的拓扑结构中,第一电路的交流侧与变压器的原边绕组相连,第二电路的交流侧与变压器的副边绕组相连;第一电路与第二电路的拓扑结构相对于变压器对称,并且,第一电路和第二电路的拓扑结构均可被控制为等效于逆变电路或整流电路。因此,可以根据该主电路进行能量传输时的具体方向,对其内部两个电路的等效拓扑进行控制,使两者分别等效为相应方向下的逆变电路和整流电路,进而将该主电路等效为相应方向下的单向DCDC电源的主电路,后续仅需要对其进行单向DCDC电源的主电路的软件控制即可,所以该双向DCDC电源的控制复杂程度得以降低,进而使得该双向DCDC电源的成本也得以降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1-图5分别为本申请实施例提供的双向DCDC电源的主电路的五种实施方式的结构示意图;
图6-图8分别为本申请另一实施例提供的充电桩的三种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了简化双向DCDC电源的控制复杂程度,本申请提供一种双向DCDC电源,其主电路的具体结构如图1所示,包括:第一电路01、第二电路02和变压器03。
在该主电路中,第一电路01的交流侧与变压器03的原边绕组相连,第二电路02的交流侧与变压器03的副边绕组相连,第一电路01与第二电路02的拓扑结构相对于变压器03对称。
可选的,变压器03为非电气接触耦合变压器,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
其中,第一电路01和第二电路02的拓扑结构均可被控制为等效于逆变电路或整流电路。两者等效拓扑结构的选择,可以视其具体应用环境而定,比如,当该双向DCDC电源的主电路进行某一方向的能量传输时,第一电路01和第二电路02的拓扑结构分别被控制为相应方向下的逆变电路和整流电路,即该双向DCDC电源的主电路被等效为相应方向下单向DCDC电源的主电路。
由于该主电路在进行能量传输时可以等效为相应方向下单向DCDC电源的主电路,所以后续只需要对该主电路进行单向DCDC电源的主电路的软件控制即可,因此该双向DCDC电源的控制复杂程度得以降低,进而使得该双向DCDC电源的成本降低。
具体而言,当主电路工作于由原边直流侧向副边直流侧传输能量的正向传输状态时,如图2所示,第一电路01的拓扑结构被控制为等效于逆变电路、第二电路02的拓扑结构被控制为等效于整流电路,即此时该主电路等效于由原边直流侧向副边直流侧传输能量的单向DCDC电源的主电路;当主电路工作于由副边直流侧向原边直流侧传输能量的反向传输状态时,如图3所示,第一电路01的拓扑结构被控制为等效于整流电路、第二电路02的拓扑结构被控制为等效于逆变电路,即此时该主电路等效于由副边直流侧向原边直流侧传输能量的单向DCDC电源的主电路。
本申请另一实施例提供第一电路01和第二电路02拓扑结构的一种实施方式,其具体结构如图1所示,包括:全桥逆变拓扑10和开关20。
开关20并联于全桥逆变拓扑10的谐振支路11的两端,当开关20被控制为闭合状态时,它所属的电路(第一电路01或第二电路02)等效于整流电路;当开关20被控制为断开状态时,它所属的电路(第一电路01或第二电路02)等效于逆变电路。
可选的,全桥逆变拓扑10可以为LLC全桥拓扑(如图1所示),也可以为移相全桥拓扑(未进行图示),在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
可选的,开关20可以为继电器,在实际应用中,包括但不限于此实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
上述仅为第一电路01和第二电路02拓扑结构的一种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供双向DCDC电源的另一种实施方式,其主电路具体结构如图4所示,在图1的基础上,还包括:第一控制器30和第二控制器40。
第一电路01中的开关20受控于第一控制器30,第二电路02中的开关20受控于第二控制器40,两控制器通过控制相应电路中开关20的通断,可以控制相应电路等效于逆变电路或者整流电路,即可以选择能量流动的方向。
第一电路01的全桥逆变拓扑10中的各个开关管均受控于第一控制器30,第二电路02的全桥逆变拓扑10中的各个开关管均受控于第二控制器40,两控制器只对被控制为等效于逆变电路的相应电路中的各个开关管进行驱动控制,以实现能量传输。
需要说明的是,第一电路01和第二电路02均具有独立的控制器,即第一控制器30和第二控制器40,所以使得控制的实时性更强、控制环路更好设计,即控制复杂程度进一步降低,便于软件实现。
可选的,控制器可以发波控制相应电路中全桥逆变拓扑10中的各个开关管,在实际应用中,控制器与相应开关管之间的控制方式包括但不限于此方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
第一控制器30对第一电路01进行采样,第二控制器40对第二电路02进行采样,以监测相应电路的运行状态。
可选的,采样参数可以包括相应电路中各支路的电流、电压,也可以包括相应电路的总电流和总电压,在实际应用中,包括但不限于上述参数,可根据具体情况进行选择,均在本申请的保护范围内。
并且,第一控制器30还与第二控制器40通信连接,具体而言,如图5所示,第一控制器30依次通过第一通信模块50和第二通信模块60,实现自身与第二控制器40之间的通信连接,使得两者可以相互传递信息,比如对相应电路的采样结果。
当该双向DCDC电源的主电路工作于正向传输状态时,第二控制器40将自身对第二电路02的采样结果以采样信号的形式传递至第一控制器30;当该双向DCDC电源的主电路工作于反向传输状态时,第一控制器30将自身对第二电路02的采样结果以采样信号的形式传递至第二控制器40。
其中,第一控制器30与第一通信模块50之间,以及,第二控制器40与第二通信模块60之间,均为有线通信连接,具体而言,控制器与通信模块之间传递信息的方式为:控制器对自身的采样结果进行处理,在将模拟量转换成数字量并形成采样信号后发送至相应的通信模块,或者,通信模块将自身接收的采样信号直接传递给相应的控制器。
可选的,第一通信模块50和第二通信模块60可以均为无线通信模块,且两者之间为无线通信连接;第一通信模块50和第二通信模块60也可以均为有线通信模块,且两者之间为有线通信连接。在实际应用中,包括但不限于上述两种实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
可选的,第一控制器30靠近第一电路01,第二控制器40靠近第二电路02,并且,第一控制器30和第二控制器40相对于变压器03对称设置;在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,控制器靠近相应电路,使得两控制器可以直接就近采样,即第一控制器30对第一电路01进行采样,第二控制器40对第二电路02进行采样,因此无需隔离采样,从而使得采样干扰小、采样延时小;并且,两控制器对称设置,使得两控制器对相应电路中全桥逆变拓扑10的各个开关管的发波控制对称、延时相同,同时也使得两控制器对相应电路的采样对称、延时相同。
优选的,第一控制器30和第二控制器40为同一型号的控制器,比如DSP28335系列控制器,以确保在上述实施方式中,控制器的发波控制和采样之间不存在时间差异以及两个电路的控制环路相同,进而使得第一控制器30和第二控制器40存在共用控制软件的硬件基础。
上述仅为双向DCDC电源主电路中控制器的一种设置方式,在实际应用中,包括但不限于上述设置方式,比如,在主电路中只设置有一个控制器,此处不作具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
由上述实施例可知,两个控制器均有共用同一控制软件的硬件基础,因此本申请另一实施例提供控制器中控制软件的一种实施方式,即第一控制器30和第二控制器40共用同一控制软件,具体为:在两控制器中,控制软件分别具有两套执行程序,在该双向DCDC电源的主电路工作于不同传输状态时,两控制器互换控制软件的执行程序,以实现双向DCDC电源在两个方向上的能量传输。
需要说明的是,第一控制器30和第二控制器40共用同一控制软件,使得该双向DCDC电源所面临的技术风险小,即控制的可靠性较高;并且,共用同一控制软件还使得整体成本降低,因此该双向DCDC电源更具成本优势。
在控制软件中,两套执行程序分别为主控制执行程序和从控制执行程序;具体而言,主控制执行程序为:先控制相应开关20断开,之后再对相应电路进行采样和开关管驱动控制;从控制程序为:先控制相应开关20闭合,之后再对相应电路进行采样输出。
当该主电路工作于正向传输状态时,第一控制器30被设置为主控制器、工作于主控制执行程序,第二控制器40被设置为从控制器、工作于从控制执行程序;当该主电路工作于反向传输状态时,第一控制器30被设置为从控制器、工作于从控制执行程序,第二控制器40被设置为主控制器、工作于主控制执行程序。
需要说明的是,主控制执行程序在对相应电路进行采样和开关管驱动控制之后,还包括:主控制器在能量传输完成后,停止对相应电路的开关管驱动控制;从控制执行程序在对相应电路进行采样输出之后,还包括:从控制器在能量传输完成后,将相应开关断开。
上述仅为控制器中控制软件的一种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供一种充电桩,其具体结构如图6和图7所示,包括:至少一个如上述实施例提供的双向DCDC电源100。
在充电桩中,如图6所示,双向DCDC电源100的原边直流侧用于通过充电桩的第一接口200实现一侧的对外有线充放电连接,双向DCDC电源100的副边直流侧用于通过充电桩的第二接口300实现另一侧的对外有线充放电连接,即该充电桩具有有线充放电功能。
另外,在充电桩的另一种实施方式中,如图7下半部分所示,在充电桩上还设置有第一射频模块400和第二射频模块500,其中,第一射频模块400与双向DCDC电源100的原边直流侧相连,用于实现充电桩一侧的对外无线充放电连接,第二射频模块500与双向DCDC电源100的副边直流侧相连,用于实现充电桩另一侧的对外无线充放电连接,即使充电桩具有无线充放电功能。
实际应用中,一个充电桩内部,可以是部分双向DCDC电源100采用有线充放电,而部分双向DCDC电源100采用无线充放电,如图7所示。
在充电桩的另一种实施方式中,该双向DCDC电源100的个数大于1时,该充电桩还包括:第一功率分配电路600和第二功率分配电路700。
其中,各个双向DCDC电源100的原边直流侧通过第一功率分配电路600,实现并联输入/输出,或者,独立输入/输出;各个双向DCDC电源100的原边直流侧通过第二功率分配电路700,实现并联输入/输出,或者,独立输入/输出。
需要说明的是,当充电桩包括功率分配电路后,充电桩可以实现更多模式的充放电,比如:
当充电桩采用图6所示的实施方式时,如图8所示:对于原边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的原边直流侧独立连接于一个第一接口200处,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的原边直流侧并联连接于一个第一接口200处;对于副边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的副边直流侧独立连接于一个第二接口300处,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的副边直流侧并联连接于一个第二接口300处。
当充电桩采用无线充放电时,如在图7下半部分所示的基础之上(未进行功率分配电路的图示):对于原边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的原边直流侧独立连接于一个第一射频模块400,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的原边直流侧并联连接于一个第一射频模块400;对于副边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的副边直流侧独立连接于一个第二射频模块500,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的副边直流侧并联连接于一个第二射频模块500。
当充电桩内部分双向DCDC电源100采用有线充放电,而部分双向DCDC电源100采用无线充放电时,在图7所示的基础之上(未进行功率分配电路的图示):对于原边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的原边直流侧独立连接于一个第一接口200或者第一射频模块400,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的原边直流侧并联连接于一个第一接口200或者第一射频模块400;对于副边直流侧,可以是每个双向DCDC电源100的副边直流侧独立连接于一个第二接口300或者第二射频模块500,也可以是任意至少两个双向DCDC电源100的副边直流侧并联连接于一个第二接口300或者第二射频模块500。
上述仅为包括上述实施例提供的双向DCDC电源100的充电桩的几种可选实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述方式,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (16)
1.一种双向DCDC电源,其特征在于,其主电路包括:变压器、第一电路和第二电路;其中:
所述第一电路的交流侧与所述变压器的原边绕组相连;所述第二电路的交流侧与所述变压器的副边绕组相连;
所述第一电路与所述第二电路的拓扑结构相对于所述变压器对称;
所述第一电路和所述第二电路的拓扑结构均可被控制为等效于逆变电路或整流电路。
2.根据权利要求1所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述主电路工作于由原边直流侧向副边直流侧传输能量的正向传输状态时,所述第一电路被控制为等效于逆变电路,所述第二电路被控制为等效于整流电路;
所述主电路工作于由副边直流侧向原边直流侧传输能量的反向传输状态时,所述第一电路被控制为等效于整流电路,所述第二电路被控制为等效于逆变电路。
3.根据权利要求2所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述第一电路和所述第二电路,均包括:全桥逆变拓扑及其谐振支路上并联的开关;
所述开关被控制为闭合状态时,相应电路等效于整流电路;所述开关被控制为断开状态时,相应电路等效于逆变电路。
4.根据权利要求3所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述全桥逆变拓扑为:LLC全桥拓扑,或者,移相全桥拓扑。
5.根据权利要求3所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述开关为继电器。
6.根据权利要求3-5任一项所述的双向DCDC电源,其特征在于,还包括:第一控制器和第二控制器;
所述第一控制器用于实现对于所述第一电路的采样和控制;
所述第二控制器用于实现对于所述第二电路的采样和控制。
7.根据权利要求6所述的双向DCDC电源,其特征在于,两控制器用于实现对于相应电路的控制时,具体用于实现:
相应开关的通断控制;及,
相应电路等效于逆变电路时的开关管驱动控制。
8.根据权利要求7所述的双向DCDC电源,其特征在于,两控制器的控制软件分别具有两套执行程序;所述主电路工作于不同传输状态时,两控制器互换控制软件的执行程序。
9.根据权利要求8所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述两套执行程序分别为:控制相应开关断开后,对相应电路进行采样和开关管驱动控制的主控制执行程序;以及,控制相应开关闭合后,对相应电路进行采样输出的从控制执行程序;
所述主电路工作于正向传输状态时,所述第一控制器工作于所述主控制执行程序,所述第二控制器工作于所述从控制执行程序;
所述主电路工作于反向传输状态时,所述第一控制器工作于所述从控制执行程序,所述第二控制器工作于所述主控制执行程序。
10.根据权利要求6所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述第一控制器依次通过第一通信模块和第二通信模块,实现自身与所述第二控制器之间的通信连接。
11.根据权利要求10所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述第一通信模块和所述第二通信模块均为无线通信模块,且两者之间为无线通信连接;
或者,所述第一通信模块和所述第二通信模块均为有线通信模块,且两者之间为有线通信连接。
12.根据权利要求10所述的双向DCDC电源,其特征在于,所述第一控制器与所述第一通信模块之间,以及,所述第二控制器与所述第二通信模块之间,均为有线通信连接。
13.一种充电桩,其特征在于,包括:至少一个如权利要求1-12任一项所述的双向DCDC电源。
14.根据权利要求13所述的充电桩,其特征在于,所述双向DCDC电源的原边直流侧,用于通过所述充电桩的第一接口实现一侧的对外有线充放电连接;
所述双向DCDC电源的副边直流侧,用于通过所述充电桩的第二接口实现另一侧的对外有线充放电连接。
15.根据权利要求13所述的充电桩,其特征在于,还包括:
与所述双向DCDC电源的原边直流侧相连的第一射频模块,用于实现所述充电桩一侧的对外无线充放电连接;以及,
与所述双向DCDC电源的副边直流侧相连的第二射频模块,用于实现所述充电桩另一侧的对外无线充放电连接。
16.根据权利要求14或15所述的充电桩,其特征在于,当所述双向DCDC电源的个数大于1时,所述充电桩,还包括:第一功率分配电路和第二功率分配电路;其中:
各个所述双向DCDC电源的原边直流侧通过所述第一功率分配电路,实现并联输入/输出,或者,独立输入/输出;
各个所述双向DCDC电源的原边直流侧通过所述第二功率分配电路,实现并联输出/输入,或者,独立输出/输入。
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