CN113691010B - 一种冗余供电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种冗余供电的系统及控制方法，该系统包括：主回路，其包括主电源；冗余回路，其包括冗余电源；发电机，其用于为主电源和冗余电源供电；电源传感器，其用于实时监测主电源的状态数据和冗余电源的状态数据；整车控制单元，其用于接收主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号，并发送控制信号；冗余电源控制器，其设置于主回路与冗余回路之间，用于接收控制信号，并根据控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开；冗余电源控制器，还用于采集主回路、冗余回路和自身的故障信号，根据故障信号控制主回路与冗余回路的导通和断开，实现在冗余回路发生故障时可以将其与主回路隔离。

Description

一种冗余供电系统及控制方法
技术领域
本申请涉及电路控制领域，特别涉及一种冗余供电系统及控制方法。
背景技术
为了保证对设备的持续供电，以及提高供电的稳定性和安全性，现有技术通常采用双电源或者多电源对设备进行冗余供电，但是现有技术中的冗余供电系统往往布线复杂，从而导致成本较高，并且无法对控制冗余供电系统的控制器进行监测和控制，从而使冗余供电系统具有安全隐患。
发明内容
本申请实施例提供一种冗余供电系统及控制方法，以解决相关技术中冗余供电系统布线复杂，控制方式复杂，以及无法对控制冗余供电系统的控制器进行监测和控制，从而为冗余供电系统带来安全隐患的问题。
第一方面，提供了一种冗余供电的系统，所述系统包括：
主回路，其包括主电源；
冗余回路，其包括冗余电源；
发电机，其用于为所述主电源和所述冗余电源充电；
电源传感器，其用于实时监测所述主电源的状态数据和所述冗余电源的状态数据；
整车控制单元，其用于接收所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号，并根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号发送控制信号；
冗余电源控制器，其设置于所述主回路与所述冗余回路之间，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述主回路和冗余回路的导通或断开；
所述冗余电源控制器，还用于采集所述主回路、所述冗余回路和自身的故障信号，根据所述故障信号控制所述主回路与所述冗余回路的导通和断开。
一些实施例中，所述整车控制单元被配置为：
当所述发电机不工作时，点火锁处于KL15的状态时，所述整车控制单元发出断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；
当所述发电机正常工作时，所述整车控制单元发出导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路，所述发电机为所述主电源与所述冗余电源充电；
所述发电机正常工作时，当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值小于设定值时，所述整车控制单元发出所述断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值大于设定值时，所述整车控制单元发出所述导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路。
一些实施例中，所述冗余电源控制器包括：
开关，其用于控制所述主回路和所述冗余回路的导通与断开；
CAN总线收发器，其用于接收所述整车控制单元发出的所述控制信号，并对所述控制信号进行转发；
单片机，其用于接收所述CAN总线收发器转发的所述控制信号，并对所述控制信号进行运算，获得开关驱动信号；
开关驱动，其用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述开关的打开与闭合。
一些实施例中，所述开关包括：主切换开关和保护开关；
所述开关驱动包括:主切换开关驱动和保护开关驱动；
所述保护开关驱动用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述主切换开关的打开与闭合；
所述保护开关驱动用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述保护开关的打开与闭合。
一些实施例中，所述冗余电源控制器还包括：
温度传感器，其用于检测所述冗余电源控制器的温度，当所述冗余电源控制器的温度高于设定阈值，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送高温故障信息；
所述单片机还用于对所述主回路和所述冗余回路进行AD采集，并根据所述AD采集结果计算所述主回路和所述冗余回路的电压和电流；
当所述主回路或所述冗余回路电压大于32v时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电压小于16v时，所述冗余电源控制器向所述整车控制单元发送欠压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电流大于预设阈值时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过流故障信息。
一些实施例中，所述冗余电源电压与所述主电源电压差值设定值为0.5V。
第二方面，提供了一种冗余供电系统的冗余供电控制方法，包括以下步骤：
实时监测主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号；
根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号获取控制信号；
根据所述控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开；
采集所述主回路、所述冗余回路和冗余电源控制器的故障信号，根据所述故障信号控制所述主回路和所述冗余回路导通或断开。
一些实施例中，根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据以及所述发电机状态信号获取控制信号，包括：
当所述发电机不工作时，点火锁处于KL15的状态时，所述整车控制单元发出断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；
当所述发电机正常工作时，所述整车控制单元发出导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路，所述发电机为所述主电源与所述冗余电源充电；
所述发电机正常工作时，当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值小于设定值时，所述整车控制单元发出所述断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值大于设定值时，所述整车控制单元发出所述导通控制信号,以导通所述主回路与所述冗余回路。
一些实施例中，所述根据所述控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开，包括：
接收所述控制信号；
对所述控制信号进行运算，获得开关驱动信号；
根据所述开关驱动信号，控制开关打开与闭合。
一些实施例中，所述根据所述开关驱动信号，驱动信号控制开关导通与断开，包括:
根据所述开关驱动信号，控制主切换开关的打开与闭合；
根据所述开关驱动信号，控制保护开关的打开与闭合。
一些实施例中，采集所述主回路、所述冗余回路和自身的故障信号，根据所述故障信号控制所述主回路与所述冗余回路的导通或断开，包括：
检测所述冗余电源控制器的温度，当所述冗余电源控制器的温度高于设定阈值，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送高温故障信息；
对所述主回路和所述冗余回路进行AD采集，并根据所述AD采集结果计算所述主回路和所述冗余回路的电压和电流；
当所述主回路或所述冗余回路电压大于32v时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电压小于16v时，所述冗余电源控制器向所述整车控制单元发送欠压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电流大于超过预设阈值时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过流故障信息。
一些实施例中，所述冗余电源电压与所述主电源电压差值设定值为0.5V。
本申请实施例提供了一种冗余供电系统及控制方法，该系统包括：主回路，其包括主电源；冗余回路，其包括冗余电源；发电机，其用于为主电源和冗余电源供电；电源传感器，其用于实时监测主电源的状态数据和冗余电源的状态数据；整车控制单元，其用于接收主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号，并发送控制信号；冗余电源控制器，其设置于主回路与冗余回路之间，用于接收控制信号，并根据控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开；冗余电源控制器，还用于采集主回路、冗余回路和自身的故障信号，根据故障信号控制主回路与冗余回路的导通和断开，从而实现简化冗余供电系统的布线，降低成本，能够对控制冗余供电系统的控制器进行监测和控制，提高整个冗余供电系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种冗余供电系统的示意性框图；
图2为冗余电源控制器内部结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种冗余供电控制方法流程示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。
图1为本申请实施例提供的一种冗余供电系统的示意性框图。
如图1所示，供电冗余系统包括：主回路、冗余回路、发电机、电源传感器、整车控制单元和冗余电源控制器。
主回路包括主电源和主负载，冗余回路包括冗余电源和冗余负载；
电源传感器，其用于实时监测主电源的状态数据和冗余电源的状态数据；
整车控制单元，其用于接收主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号，并根据主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号发送控制信号；
冗余电源控制器，其设置于主回路与冗余回路之间，用于接收控制信号，并根据控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开，还用于采集主回路、冗余回路和自身的故障信号，根据故障信号控制主回路与冗余回路的导通和断开；
发电机，其用于为主电源和冗余电源供电。
其中，主电源可以是大容量的储蓄电池，冗余电池可以为小容量储蓄电池，主负载包括：自动驾驶控制单元、雷达、ABS、EBS、车门控制单元、车身控制单元等；冗余负载主要包括：冗余转向系统、冗余制动、部分激光雷达等。发电机为主电源和冗余电源充电，主电源为主负载供电，冗余电源为冗余负载供电。当发电机不工作时，在主电源与冗余电源容量耗尽前，主电源仍然可以给主负载供电，冗余电源仍然可以为冗余负载供电。
进一步的，智能电源传感器包括主电源智能电源传感器和冗余电源智能电源传感器，主电源智能电源传感器用于监测主电源的电压和电流数据，冗余电源智能电源传感器由于监测冗余电源的电压和电流数据。
值得说明的是，参照图2所示，冗余电源控制器中包括：开关、CAN总线收发器、单片机、开关驱动。
开关其用于控制主回路和冗余回路的导通与断开，开关闭合时主回路与冗余回路导通，发电机可以为主电源和冗余电源充电，开关打开时主回路与冗余回路断开，发电机无法为冗余电源充电；
CAN总线收发器，其用于接收整车控制单元发出的控制信号，将控制信号转发给单片机；
单片机，其用于接收CAN总线收发器转发的控制信号，并对控制信号进行运算，从而获得开关驱动信号；
开关驱动：其用于接受开关驱动信号，并且根据开关驱动信号控制开关的打开与闭合。
作为一种优选的实施方式，开关包括主切换开关和保护开关；开关驱动包括：主切换开关驱动和保护开关驱动，其中主开关驱动接收开关驱动信号，并且根据开关驱动信号控制主切换开关的打开与闭合，保护开关驱动接受开关驱动信号，并且根据开关驱动信号控制保护开关的打开与闭合。在正常状态下，主切换开关与保护开关根据驱动信号的控制会同时打开与闭合以控制主回路与冗余回路的断开与导通，当需要断开主回路与冗余回路时，主切换开关驱动和保护开关驱动会同时控制主切换开关和保护开关打开，如果主切换开关出现故障无法及时打开，而保护开关能够及时打开来使主回路与冗余回路断开连接，从而达到保护冗余供电系统的目的；
值得说明的是，整车控制单元被配置为，在发电机不工作时，点火锁处于KL15状态，也就是点火状态时，主切换开关和保护开关都处于打开状态，断开主回路与冗余回路。
当发电机正常工作时，整车控制单元发出导通控制信号，冗余电源控制器中的CAN总线收发器接受并转发控制信号到单片机中，单片机经过计算发出开关驱动信号，主切换开关驱动和保护开关驱动接受开关驱动信号，并根据开关驱动信号控制冗余电源控制器中的主切换开关和保护开关闭合，从而导通主回路与冗余回路，发电机可以为主电源和冗余电源供电；
当发电机正常工作时，电源传感其监测到冗余电源与主电源电压差值小于设定值时，说此时明冗余电源电压充足，所以整车控制单元发出断开控制信号，以断开主回路与冗余回路，停止为冗余电源充电。当电源传感器监测到冗余电源与主电源电压差值大于设定值时，说明冗余电源电压不足，所以整车控制单元发出导通控制信号，以导通主回路与冗余回路，使发电机可以为冗余电源充电。
值得说明的是，冗余电源控制器还包括温度传感器，温度传感器用于检测冗余电源控制器自身的温度，当冗余电源控制器的温度高于设定阈值，冗余电源控制器会自主控制主切换开关和保护开关打开，并向整车控制单元发送高温故障信息。
进一步的，单片机还会对主回路和冗余回路进行AD采集，并根据AD采集的结果计算主回路与冗余回路的电压和电流。当主回路或冗余回路的电压大于32V时，说明主回路或冗余回路出现过压故障，冗余电源控制器自主控制主切换开关与保护开关打开，以保护电路并向整车控制单元发送过压故障信息；当主回路或冗余回路的电压小于16V时，说明主回路或冗余回路出现欠压故障，冗余电源控制器向整车控制单元发送欠压故障信息；当主回路或冗余回路的电流大于预设阈值时，说明产生了过流故障，冗余电源控制器自主控制主切换开关与保护开关打开，并向整车控制单元发送过流故障信息。冗余电源控制器在主回路和冗余回路发生故障时，冗余电源控制器通过自主控制主切换开关与保护开关打开使主回路与冗余回路断开，达到保护电路的目的，向整车控制单元发送过压故障信息、欠压故障信息和过流故障信息为整车控制单元下一次发出控制信号提供参考数据。
图3为本申请实施例提供的一种冗余供电控制方法流程示意图。
如图3所示，该方法包括以下步骤：
S1实时监测主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号；
S2根据主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号获取控制信号；
S3根据控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开；
S4采集主回路、冗余回路和冗余电源控制器的故障信号，根据故障信号控制主回路和冗余回路导通或断开。
值得说明的是，实时监测主电源数据包括监测主电源的电压和电流数据，实时监测冗余电源数据包括监测冗余电源的电压和电流数据。
进一步地，根据主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号获取控制信号中，发电机的状态信号包括发电机工作信号和发电机不工作的信号；
值得说明的是，获取到控制信号以后，需要对获取到的控制信号进行运算，获得开关驱动信号，并根据开关驱动信号控制开关的打开与关闭。
当发电机不工作时点火锁处于KL15状态，也就是点火状态时，主切换开关和保护开关都处于打开状态，断开主回路与冗余回路。
当发电机正常工作时，由整车控制单元发出导通控制信号，冗余电源控制器中的CAN总线收发器接受并转发控制信号到单片机中，单片机经过计算发出开关驱动信号，主切换开关驱动和保护开关驱动接受开关驱动信号，并根据开关驱动信号控制冗余电源控制器中的主切换开关和保护开关闭合，从而导通主回路与冗余回路，发电机可以为主电源和冗余电源供电；
当发电机正常工作时，电源传感其监测到冗余电源与主电源电压差值小于设定值时，说此时明冗余电源电压充足，所以整车控制单元发出断开控制信号，以断开主回路与冗余回路，停止为冗余电源充电。当电源传感器监测到冗余电源与主电源电压差值大于设定值时，说明冗余电源电压不足，所以整车控制单元发出导通控制信号，以导通主回路与冗余回路，使发电机可以为冗余电源充电。
作为一种优选地实施方式，冗余供电控制方法还包括:检测冗余电源控制器的温度，当冗余电源控制器的温度高于设定阈值，冗余电源控制器会自主控制主切换开关和保护开关打开，并向整车控制单元发送高温故障信息。
进一步地，控制方法还包括对主回路和冗余回路进行AD采集并根据AD采集的结果计算主回路与冗余回路的电压和电流。当主回路或冗余回路的电压大于32V时，说明主回路或冗余回路出现过压故障，冗余电源控制器自主控制主切换开关与保护开关打开，以保护电路并向整车控制单元发送过压故障信息；当主回路或冗余回路的电压小于16V时，说明主回路或冗余回路出现欠压故障，冗余电源控制器向整车控制单元发送欠压故障信息；当主回路或冗余回路的电流大于预设阈值时，说明产生了过流故障，冗余电源控制器自主控制主切换开关与保护开关打开，并向整车控制单元发送过流故障信息。冗余电源控制器在主回路和冗余回路发生故障时，冗余电源控制器通过自主控制主切换开关与保护开关打开使主回路与冗余回路断开，达到保护电路的目的，向整车控制单元发送过压故障信息、欠压故障信息和过流故障信息为整车控制单元下一次发出控制信号提供参考数据。
需要说明的是，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。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种冗余供电系统，其特征在于，包括：
主回路，其包括主电源；
冗余回路，其包括冗余电源；
发电机，其用于为所述主电源和所述冗余电源充电；
电源传感器，其用于实时监测所述主电源的状态数据和所述冗余电源的状态数据；
整车控制单元，其用于接收所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号，并根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号发送控制信号；
冗余电源控制器，其设置于所述主回路与所述冗余回路之间，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述主回路和冗余回路的导通或断开；
所述冗余电源控制器，还用于采集所述主回路、所述冗余回路和自身的故障信号，根据所述故障信号控制所述主回路与所述冗余回路的导通或断开；
其中，所述整车控制单元被配置为：
当所述发电机不工作时，点火锁处于KL15的状态时，所述整车控制单元发出断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；
当所述发电机正常工作时，所述整车控制单元发出导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路，所述发电机为所述主电源与所述冗余电源充电；
所述发电机正常工作时，当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值小于设定值时，所述整车控制单元发出所述断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值大于设定值时，所述整车控制单元发出所述导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路。
2.按照权利要求1所述的冗余供电系统，其特征在于，所述冗余电源控制器包括：
开关，其用于控制所述主回路和所述冗余回路的导通与断开；
CAN总线收发器，其用于接收所述整车控制单元发出的所述控制信号，并对所述控制信号进行转发；
单片机，其用于接收所述CAN总线收发器转发的所述控制信号，并对所述控制信号进行运算，获得开关驱动信号；
开关驱动，其用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述开关的打开与闭合。
3.按照权利要求2所述的冗余供电系统，其特征在于，
所述开关包括：主切换开关和保护开关；
所述开关驱动包括:主切换开关驱动和保护开关驱动；
所述主切换开关驱动用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述主切换开关的打开与闭合；
所述保护开关驱动用于接收所述开关驱动信号，并根据所述开关驱动信号控制所述保护开关的打开与闭合。
4.按照权利要求3所述的冗余供电系统，其特征在于，所述冗余电源控制器还包括：
温度传感器，其用于检测所述冗余电源控制器的温度，当所述冗余电源控制器的温度高于设定阈值，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送高温故障信息；
所述单片机还用于对所述主回路和所述冗余回路进行AD采集，并根据所述AD采集结果计算所述主回路和所述冗余回路的电压和电流；
当所述主回路或所述冗余回路电压大于32v时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电压小于16v时，所述冗余电源控制器向所述整车控制单元发送欠压故障信息；
当所述主回路或所述冗余回路电流大于预设阈值时，所述冗余电源控制器控制所述主切换开关和所述保护开关打开，并向所述整车控制单元发送过流故障信息。
5.按照权利要求1所述的冗余供电系统，其特征在于，所述冗余电源电压与所述主电源电压差值设定值为0.5V。
6.一种利用权利要求1所述的冗余供电系统的冗余供电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时监测主电源的状态数据、冗余电源的状态数据和发电机的状态信号；
根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据和所述发电机的状态信号获取控制信号；
根据所述控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开；
采集所述主回路、所述冗余回路和冗余电源控制器的故障信号，根据所述故障信号控制所述主回路和所述冗余回路导通或断开；
其中，根据所述主电源的状态数据、所述冗余电源的状态数据以及所述发电机状态信号获取控制信号，包括：
当所述发电机不工作时，点火锁处于KL15的状态时，所述整车控制单元发出断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；
当所述发电机正常工作时，所述整车控制单元发出导通控制信号，以导通所述主回路与所述冗余回路，所述发电机为所述主电源与所述冗余电源充电；
所述发电机正常工作时，当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值小于设定值时，所述整车控制单元发出所述断开控制信号，以断开所述主回路与所述冗余回路；当所述冗余电源电压与所述主电源电压差值大于设定值时，所述整车控制单元发出所述导通控制信号, 以导通所述主回路与所述冗余回路。
7.按照权利要求6所述的冗余供电控制方法，其特征在于，所述根据所述控制信号控制主回路和冗余回路的导通或断开，包括：
接收所述控制信号；
对所述控制信号进行运算，获得开关驱动信号；
根据所述开关驱动信号，控制开关打开与闭合。
8.按照权利要求6所述的冗余供电系统，其特征在于，所述冗余电源电压与所述主电源电压差值设定值为0.5V。
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