DE102020108800A1 - WIRELESS POWER SYSTEM WITH RECONFIGURABLE RECTIFIER CIRCUIT - Google Patents
WIRELESS POWER SYSTEM WITH RECONFIGURABLE RECTIFIER CIRCUIT Download PDFInfo
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Abstract
Ein drahtloses Ladesystem weist eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung auf. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung kann eine drahtlose Ladematte oder eine andere Vorrichtung mit Spulen zum Übertragen von drahtlosen Leistungssignalen sein. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann ein Mobiltelefon oder eine andere Vorrichtung mit Spulen zum Empfangen der übertragenen drahtlosen Leistungssignale sein. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung weist einstellbare Gleichrichterschaltungen auf, die mit einem Spulenpaar gekoppelt sind. Das Spulenpaar ist an einem Knoten in Reihe geschaltet. Ein Transistor ist zwischen Masse und dem Knoten gekoppelt und wird durch eine Steuerschaltung gesteuert. Der Zustand des Transistors kann geändert werden, um die einstellbare Gleichrichterschaltung entweder in einen ersten Betriebsmodus zu versetzen, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung einen Vollbrückengleichrichter bildet, oder in einen zweiten Betriebsmodus, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung ein Paar paralleler Halbbrückengleichrichter bildet. A wireless charging system includes a wireless power transmission device and a wireless power receiving device. The wireless power transfer device may be a wireless charging mat or other device having coils for transferring wireless power signals. The wireless power receiving device may be a cellular phone or other device having coils for receiving the transmitted wireless power signals. The wireless power receiving device has adjustable rectifier circuits coupled to a pair of coils. The coil pair is connected in series at a node. A transistor is coupled between ground and the node and is controlled by a control circuit. The state of the transistor can be changed in order to put the adjustable rectifier circuit either in a first operating mode in which the adjustable rectifier circuit forms a full bridge rectifier, or in a second operating mode in which the adjustable rectifier circuit forms a pair of parallel half bridge rectifiers.
Description
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Dies bezieht sich im Allgemeinen auf Leistungssysteme und insbesondere auf drahtlose Leistungssysteme zum Laden von elektronischen Vorrichtungen.This relates to power systems in general and, more particularly, to wireless power systems for charging electronic devices.
HINTERGRUNDBACKGROUND
In einem drahtlosen Ladesystem überträgt eine drahtlose Sendevorrichtung wie eine Ladematte drahtlos Leistung zu einer drahtlosen Ladeempfangsvorrichtung wie einer tragbaren elektronischen Vorrichtung. Die tragbare elektronische Vorrichtung weist eine Spulen- und Gleichrichterschaltung auf. Die Spule der tragbaren elektronischen Vorrichtung empfängt drahtlose Wechselstrom-Leistungssignale von der drahtlosen Ladematte. Die Gleichrichterschaltung wandelt die empfangenen Signale in Gleichstrom um.In a wireless charging system, a wireless transmitting device such as a charging mat wirelessly transmits power to a wireless charging receiving device such as a portable electronic device. The portable electronic device has a coil and rectifier circuit. The coil of the handheld electronic device receives wireless AC power signals from the wireless charging mat. The rectifier circuit converts the received signals into direct current.
KURZDARSTELLUNGABSTRACT
Ein drahtloses Ladesystem weist eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung auf. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung ist eine drahtlose Ladematte oder eine andere Vorrichtung mit Spulen zum Übertragen drahtloser Leistungssignale. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung ist ein Mobiltelefon oder eine andere Vorrichtung mit Spulen zum Empfangen der übertragenen drahtlosen Leistungssignale.A wireless charging system includes a wireless power transmission device and a wireless power receiving device. The wireless power transfer device is a wireless charging mat or other device with coils for transferring wireless power signals. The wireless power receiving device is a cellular phone or other device having coils for receiving the transmitted wireless power signals.
Um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung in einer Reihe von Betriebsszenarien zu verbessern, kann die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung die Spulen in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung so konfigurieren, dass sie einen Magnetfluss empfängt, der von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung in einer ersten Ausrichtung (z. B. horizontaler Fluss) oder einer zweiten Ausrichtung (z. B. vertikaler Fluss) übertragen wird.To improve the efficiency of wireless power transmission in a variety of operating scenarios, the wireless power receiving device can configure the coils in the wireless power receiving device to receive magnetic flux emitted by the wireless power transmitting device in a first orientation (e.g., horizontal flux). or a second orientation (e.g. vertical flow).
Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung weist einstellbare Gleichrichterschaltungen auf, die mit einem Spulenpaar gekoppelt sind. Wenn drahtlose Leistung empfangen wird, kann eine erste der Spulen Wechselstromsignale erzeugen, die phasengleich sind oder die phasenverschoben (z. B. 180° aus der Phase) in Bezug auf eine zweite der Spulen sind, in Abhängigkeit von der Ausrichtung des übertragenen Magnetflusses. Die einstellbare Gleichrichterschaltung wird dynamisch rekonfiguriert, um diese unterschiedlichen Szenarien unterzubringen.The wireless power receiving device has adjustable rectifier circuits coupled to a pair of coils. When wireless power is received, a first of the coils may generate AC signals that are in phase or out of phase (e.g., 180 degrees out of phase) with respect to a second of the coils, depending on the orientation of the magnetic flux being transmitted. The adjustable rectifier circuit is dynamically reconfigured to accommodate these different scenarios.
Die erste und die zweite Spule sind in Reihe an einem Knoten gekoppelt. Ein Transistor ist zwischen Masse und dem Knoten gekoppelt. Der Transistor wird durch eine Steuerschaltung gesteuert. Der Zustand des Transistors kann geändert werden, um die einstellbare Gleichrichterschaltung entweder in einen ersten Betriebsmodus zu versetzen, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung einen Vollbrückengleichrichter bildet, oder in einen zweiten Betriebsmodus, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung ein Paar paralleler Halbbrückengleichrichter bildet.The first and second coils are coupled in series at a node. A transistor is coupled between ground and the node. The transistor is controlled by a control circuit. The state of the transistor can be changed in order to put the adjustable rectifier circuit either in a first operating mode in which the adjustable rectifier circuit forms a full bridge rectifier, or in a second operating mode in which the adjustable rectifier circuit forms a pair of parallel half bridge rectifiers.
FigurenlisteFigure list
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1 ist ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden drahtlosen Ladesystems, das eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung einschließt, gemäß einer Ausführungsform.1 FIG. 13 is a schematic diagram of an illustrative wireless charging system including a wireless power transmitting device and a wireless power receiving device, according to an embodiment. -
2 ist ein Schaltdiagramm der drahtlosen Leistungsübertragungs- und-empfangsschaltung gemäß einer Ausführungsform.2 Figure 13 is a circuit diagram of the wireless power transmission and reception circuit according to an embodiment. -
3 ist eine Seitenansicht einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, wie einer drahtlosen Ladematte und einer entsprechenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung, wie eines Mobiltelefons mit mehreren drahtlosen Leistungsempfangsspulen gemäß einer Ausführungsform.3 Figure 13 is a side view of an illustrative wireless power transmission device, such as a wireless charging mat, and a corresponding wireless power receiving device, such as a cellular phone having a plurality of wireless power receiving coils, according to one embodiment. -
4 ist ein Schaltdiagramm einer veranschaulichenden einstellbaren Gleichrichterschaltung gemäß einer Ausführungsform.4th Figure 4 is a circuit diagram of an illustrative adjustable rectifier circuit in accordance with one embodiment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Ein drahtloses Leistungssystem schließt eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung wie eine drahtlose Ladematte ein. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung überträgt drahtlos Leistung an eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, wie eine Armbanduhr, ein Mobiltelefon, einen Tablet-Computer, einen Laptop-Computer oder eine andere elektronische Vorrichtung. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung verwendet Leistung von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, um die Vorrichtung mit Strom zu versorgen und um einen internen Akku zu laden.A wireless power system includes a wireless power transfer device such as a wireless charging mat. The wireless power transmission device wirelessly transmits power to a wireless power receiving device such as a wrist watch, cell phone, tablet computer, laptop computer, or other electronic device. The wireless power receiving device uses power from the wireless power transmitting device to provide power to the device and to charge an internal battery.
Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung kommuniziert mit der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung und erhält Informationen über die Eigenschaften der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen weist die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung mehrere Übertragungsspulen auf. In solchen Ausführungsformen verwendet die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung Informationen von der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung bzw. Messungen, die in der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorgenommen werden, um zu bestimmen, welche Spule oder Spulen in der Übertragungsvorrichtung magnetisch mit drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtungen gekoppelt sind. Die Spulenauswahl wird dann in der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung durchgeführt.The wireless power transmission device communicates with the wireless power receiving device and receives information about the Characteristics of the wireless power receiving device. In some embodiments, the wireless power transmission device includes multiple transmission coils. In such embodiments, the wireless power transmitting device uses information from the wireless power receiving device, or measurements taken in the wireless power transmitting device, to determine which coil or coils in the transmitting device are magnetically coupled to wireless power receiving devices. The coil selection is then performed in the wireless power transmission device.
Drahtlose Leistung wird von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung unter Verwendung der ausgewählten Spule(n) übertragen, um einen Akku in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung zu laden bzw. um andere Lastschaltungen mit Strom zu versorgen. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung weist rekonfigurierbare Spulen auf. Zum Beispiel kann die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung ein mit einer einstellbaren Gleichrichterschaltung gekoppeltes Spulenpaar aufweisen. Die Gleichrichterschaltung kann in unterschiedlichen Betriebsarten zum Verbessern des drahtlosen Leistungsempfangs durch die Spulen betrieben werden.Wireless power is transmitted from the wireless power transmission device to the wireless power receiving device using the selected coil (s) to charge a battery in the wireless power receiving device or to power other load circuits. The wireless power receiving device has reconfigurable coils. For example, the wireless power receiving device may include a pair of coils coupled to an adjustable rectifier circuit. The rectifier circuit can be operated in different modes of operation to improve the wireless power reception by the coils.
Ein veranschaulichendes drahtloses Leistungssystem (drahtloses Ladesystem) ist in
Eine Steuerschaltung in dem System
Die Vorrichtung
Die Leistungsempfangsvorrichtung
Wenn die Wechselströme durch eine oder mehrere Spulen
Die von der Gleichrichterschaltung
Die Vorrichtung
Es ist wünschenswert, dass die Übertragungsvorrichtung
Die Steuerschaltung
In einer veranschaulichenden Anordnung enthält die Messschaltung
Während des Betriebs werden Steuersignale für den/die Wechselrichter
Die Vorrichtung
Die Spulen in den Vorrichtungen
Während der drahtlosen Leistungsübertragung kann die Vorrichtung
Wie diese Beispiele zeigen, beeinflussen die Spulen
Die Empfangsschaltung
Die Spulen
Jeder der Transistoren
Die einstellbare Gleichrichterschaltung
In der vertikalen Betriebsart ist der Schalter
In dem horizontalen Modus hat der Transistor
Dementsprechend kann die einstellbare Gleichrichterschaltung
Eine zufriedenstellende drahtlose Leistungsübertragung kann erhalten werden, indem eine zufriedenstellende Abstimmung der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltung in dem System
Dies ist die gleiche wie die Resonanzfrequenz fhb für den Halbbrückenbetrieb (im vertikalen Modus), die durch die Gleichung 2 gegeben ist.
Da ffb und fhb gleich sind, ändert sich die Abstimmung der Gleichrichterschaltung
Gemäß einer Ausführungsform ist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die zum drahtlosen Empfangen der Leistung bei der drahtlosen Übertragung von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung konfiguriert ist, vorgesehen, die erste und zweite in Reihe gekoppelte und zum Empfangen von drahtlosen Signalen eingerichtete Spulen einschließt, und eine einstellbare Gleichrichterschaltung, die mit den ersten und zweiten Spulen gekoppelt und zur Erzeugung von Gleichstromausgangssignalen von der empfangenen drahtlosen Leistungssignalen konfiguriert ist, wobei der einstellbare Gleichrichter zum Betrieb in einem ersten Modus konfiguriert ist, in dem die rekonfigurierbare Gleichrichterschaltung einen Vollbrückengleichrichter bildet, der in einem zweiten Modus betrieben wird, in dem die rekonfigurierbare Gleichrichterschaltung ein Paar paralleler Halbbrückengleichrichter bildet.According to one embodiment, a wireless power receiving device configured to wirelessly receive power in wireless transmission from a wireless power transmitting device is provided that includes first and second coils coupled in series and configured to receive wireless signals, and an adjustable rectifier circuit that includes coupled to the first and second coils and configured to generate DC output signals from the received wireless power signals, wherein the adjustable rectifier is configured to operate in a first mode in which the reconfigurable rectifier circuit forms a full bridge rectifier that operates in a second mode; in which the reconfigurable rectifier circuit forms a pair of parallel half-bridge rectifiers.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die erste und die zweite Spule an einem Knoten miteinander verbunden, wobei die einstellbare Gleichrichterschaltung ein Array aus vier Dioden, zwischen das Array aus vier Dioden und die erste und zweite Spule gekoppelte Kondensatoren und einen mit dem Knoten gekoppelten Transistor einschließt.In another embodiment, the first and second coils are connected together at a node, the adjustable rectifying circuit including an array of four diodes, capacitors coupled between the array of four diodes and the first and second coils, and a transistor coupled to the node.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung eine Steuerschaltung, die zur Steuerung des Transistors zum Einstellen der einstellbaren Gleichrichterschaltung ausgestaltet ist, ein.According to another embodiment, the wireless power receiving device includes a control circuit configured to control the transistor for adjusting the adjustable rectifier circuit.
Gemäß einer anderen Ausführungsform, ist die Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten des Transistors zum Schalten der einstellbaren Gleichrichterschaltung zwischen der ersten und zweiten Betriebsart konfiguriert.According to another embodiment, the control circuit is configured to switch the transistor on and off for switching the adjustable rectifier circuit between the first and second operating modes.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Transistor einen ersten mit dem Knoten gekoppelten Source-Drain-Anschluss und einen zweiten mit der Masse gekoppelten Source-Drain-Anschluss auf.According to another embodiment, the transistor has a first source-drain terminal coupled to the node and a second source-drain terminal coupled to ground.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangseinrichtung eine Anzeige und ein Gehäuse ein, in dem die Anzeige angebracht ist.In another embodiment, the wireless power receiving device includes a display and a housing in which the display is mounted.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Spulen in dem Gehäuse und von der Anzeige überlappt.In another embodiment, the first and second coils are overlapped in the housing and by the display.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist in der ersten Betriebsart die einstellbare Gleichrichterschaltung dazu konfiguriert, der ersten Spule dazu zu verwenden, um ein Magnetfeld zu empfangen und die zweite Spulte dazu zu verwenden, ein Magnetfeld zu empfangen, das mit dem durch die erste Spule empfangenen Magnetfeld phasengleich ist.According to another embodiment, in the first mode of operation the adjustable rectifier circuit is configured to use the first coil to receive a magnetic field and to use the second coil to receive a magnetic field that is in phase with the magnetic field received by the first coil is.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die einstellbare Gleichrichterschaltung in der zweiten Betriebsart konfiguriert, um die erste Spule zu verwenden, um ein Magnetfeld zu empfangen, das zu einem von der zweiten Spule empfangenen Magnetfeld phasenverschoben ist.According to a further embodiment, the adjustable rectifier circuit is configured in the second operating mode to use the first coil to receive a magnetic field that is out of phase with a magnetic field received by the second coil.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die einstellbare Gleichrichterschaltung in dem ersten Modus dazu ausgestaltet, um Strom in Reihe durch die erste und zweite Spule zu leiten.According to another embodiment, the adjustable rectifier circuit in the first mode is configured to conduct current in series through the first and second coils.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse, eine an dem Gehäuse angebrachte Anzeige, erste und zweite Spulen in dem Gehäuse, die dazu konfiguriert sind, drahtlose Leistungssignale durch eine einstellbare an die ersten und zweiten Spulen gekoppelte Gleichrichterschaltung zu empfangen, und eine Steuerschaltung, die zum Einstellen der einstellbaren Gleichrichterschaltung zwischen einer ersten Konfiguration, in welcher Wechselstromsignale durch die einstellbare Gleichrichterschaltung von der ersten Spule empfangen werden, die phasengleich mit Wechselstromsignalen, die von der einstellbaren Gleichrichterschaltung von der zweiten Spule empfangen werden, und einer zweiten Konfiguration, in der Wechselstromsignale durch die einstellbare Gleichrichterschaltung von der ersten Spule empfangen werden, die phasenverschoben zu Wechselstromsignalen sind, die durch die einstellbare Gleichrichterschaltung von der zweiten Spule empfangen werden, einschließt.In accordance with one embodiment, an electronic device is provided that includes a housing, a display attached to the housing, first and second coils in the housing configured to receive wireless power signals through an adjustable rectifier circuit coupled to the first and second coils a control circuit adapted to adjust the adjustable rectifier circuit between a first configuration in which AC signals are received by the adjustable rectifier circuit from the first coil that are in phase with AC signals received by the adjustable rectifier circuit from the second coil and a second configuration, in which AC signals are received by the adjustable rectifier circuit from the first coil that are out of phase with AC signals received by the adjustable rectifier circuit from the second coil reads.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Wechselstromsignale, die durch die einstellbare Gleichrichterschaltung von der ersten Spule empfangen werden, zu den Wechselstromsignalen, die durch die einstellbare Gleichrichterschaltung von der zweiten Spule während des Betriebs in der zweiten Ausgestaltung empfangen werden, um 180° phasenverschoben.According to another embodiment, the AC signals received by the adjustable rectifier circuit from the first coil are 180 ° out of phase with the AC signals received by the adjustable rectifier circuit from the second coil during operation in the second embodiment.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die ersten und die zweiten Spulen an einen Knoten gekoppelt und die einstellbare Gleichrichterschaltung schließt einen Schalter ein, der mit dem Knoten gekoppelt ist.In another embodiment, the first and second coils are coupled to a node and the adjustable rectifier circuit includes a switch coupled to the node.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuerschaltung zum Einstellen der einstellbaren Gleichrichterschaltung durch Steuern des Schalters zum Betreiben in einem ausgewählten ersten Zustand, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung einen Vollbrückengleichrichter bildet, und einem zweiten Zustand, der sich von dem ersten Zustand unterscheidet, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung zwei parallele Halbbrückengleichrichter bildet, konfiguriert.According to another embodiment, the control circuit is for setting the adjustable rectifier circuit by controlling the switch to operate in a selected first state in which the adjustable rectifier circuit forms a full bridge rectifier, and a second state that differs from the first state in which the adjustable Rectifier circuit forms two parallel half-bridge rectifiers configured.
Gemäß einer anderen Ausführungsform hat der Schalter einen ersten Zustand, wenn die einstellbare Gleichrichterschaltung in der ersten Konfiguration ist und der Schalter hat einen zweiten Zustand, der sich von dem ersten Zustand unterscheidet, wenn sich die einstellbare Gleichrichterschaltung in der zweiten Konfiguration befindet.According to another embodiment, the switch has a first state when the adjustable rectifier circuit is in the first configuration and the switch has a second state that is different from the first state when the adjustable rectifier circuit is in the second configuration.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Gehäuse das Gehäuse eines Mobiltelefons ein.According to another embodiment, the housing includes the housing of a cell phone.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die erste und zweite Spulen einschließt, die dazu konfiguriert sind, drahtlose Leistungssignale zu empfangen, eine einstellbare Gleichrichterschaltung, die an die ersten und zweiten Spulen gekoppelt und einstellbar ist, um in einem ersten Modus betrieben zu werden, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung einen Vollbrückengleichrichter bildet, und in einem zweiten Modus, in dem die einstellbare Gleichrichterschaltung zwei parallele Halbbrückengleichrichter bildet.In accordance with one embodiment, an electronic device is provided including first and second coils configured to receive wireless power signals, an adjustable rectifier circuit coupled to the first and second coils and adjustable to operate in a first mode , in which the adjustable rectifier circuit forms a full bridge rectifier, and in a second mode in which the adjustable rectifier circuit forms two parallel half-bridge rectifiers.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die einstellbare Gleichrichterschaltung einen Transistor ein, und die elektronische Vorrichtung schließt eine Steuerschaltung ein, die zur Steuerung des Transistors zum Einstellen der einstellbaren Gleichrichterschaltung zwischen der ersten und zweiten Betriebsart konfiguriert ist.In another embodiment, the adjustable rectifier circuit includes a transistor and the electronic device includes a control circuit configured to control the transistor to set the adjustable rectifier circuit between the first and second modes of operation.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Spulen an einem Knoten in Reihe geschaltet, und der Transistor ist mit dem Knoten gekoppelt.In another embodiment, the first and second coils are connected in series at a node and the transistor is coupled to the node.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Komponente eine Anzeige ein.In another embodiment, the electronic component includes a display.
Das Vorstehende ist lediglich veranschaulichend, und verschiedene Modifikationen können an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.The foregoing is merely illustrative and various modifications can be made to the described embodiments. The above embodiments can be implemented individually or in any combination.
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