JP4493431B2 - Inverter control device - Google Patents
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Description
本発明は、インバータを二相PWM(パルス幅変調)制御するインバータ制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter control device that performs two-phase PWM (pulse width modulation) control of an inverter.
従来の一般的なインバータ制御装置は図3に示すように構成されている。このインバータ制御装置の制御対象はインバータ1である。インバータ1は、商用交流電源からコンバータを通して得られる直流電源又は電池による直流電源2の直流電力を交流電力に変換し、この変換された交流電力を3相交流電動機3(例えば永久磁石同期電動機)に供給し駆動する。このインバータ1は、3相交流電動機3である負荷の相数に応じた対数の例えばIGBT等の大電力用スイッチング素子からなり、インバータ制御装置10によりスイッチング制御される。
A conventional general inverter control device is configured as shown in FIG. The control target of this inverter control device is the
インバータ制御装置10は、電動機3の回転速度を検出する速度検出器11と、この速度検出器11により検出される速度と速度指令との偏差に基づいてd−q2相の座標系で表した電流指令Id*、Iq*を発生する電流指令発生部13と、インバータ1の出力各相のうち、U相出力及びW相出力側に設けられたU相電流検出器14u及びW相電流検出器14wで検出される電流Iu,Iwが入力され、d−q2相の座標系に変換した測定電流Id,Iqを取り出すUVW/dq変換部15とを有する。
The inverter control device 10 includes a speed detector 11 that detects the rotational speed of the
また、インバータ制御装置10には、電流指令発生部13からの電流指令Id*、Iq*とUVW/dq変換部15からの測定電流Id,Iqとの偏差をそれぞれ取り出し、この偏差電流に応じたdq軸電圧指令Vd*、Vq*に変換する電流制御部16d,16qと、これらdq軸電圧指令Vd*、Vq*を入力とし、U相電圧指令Vu,V相電圧指令Vv及びW相電圧指令Vwに変換して出力するdq/UVW変換部17と、PWM変換部18とが設けられている。
Further, the inverter control device 10 takes out the deviations between the current commands Id * and Iq * from the
このPWM変換部18は、図4に示すごとくU相電圧指令Vuと三角波等の所定の波形を有する搬送波esとを比較し、パルス幅変調されたU相PWM信号Su(+),Su(−)を取り出し、インバータ1のU相対応の対となるスイッチング素子を駆動制御する。また、V相電圧指令Vv,W相電圧指令Vwについても、図示されていないが同様な処理によってパルス幅変調されたV相PWM信号Sv(+),Sv(−)、W相PWM信号Sw(+),Sw(−)、を取り出す。従って、各相の電圧指令を可変すれば、PWM信号のパルス幅を可変することができる。
As shown in FIG. 4, the
ところで、このようなPWM制御では、電磁波ノイズ及びスイッチングロスの低減、電力変換の効率を図る観点から、図5に示すように各相電圧指令のピーク時点の±30°(電気角)区間を最大電圧指令レベルで固定し、他の相も同様に電圧指令のピーク時点の±30°区間を最大電圧指令レベルで固定し、各相ごとにインバータ1の該当相のスイッチングを休止させる2相PWM制御方式も行われている。各相の±30°区間を最大電圧指令レベルで固定する手段は、各相電圧指令にオフセット電圧を与えることにより実現する。従って、各相のスイッチング休止相への切替えは電圧位相の60°位相毎に行っている。
By the way, in such PWM control, from the viewpoint of reducing electromagnetic wave noise and switching loss and improving the efficiency of power conversion, the ± 30 ° (electrical angle) section at the peak time of each phase voltage command is maximized as shown in FIG. Two-phase PWM control that fixes at the voltage command level, and fixes the phase of ± 30 ° at the peak time of the voltage command at the maximum voltage command level in the same way, and stops the switching of the corresponding phase of the
しかしながら、以上のような二相PWM制御は、スイッチング休止相に最高の電圧指令レベルを設定し、他の相のスイッチング休止相にも所定の区間に最高電圧指令レベルを設定するようなオフセット電圧を与えているので、電流指令の電流位相とPWM変換部18に印加される電圧指令の電圧位相との間に位相差が生じている場合には次のような問題が生ずる。すなわち、ある相のスイッチング休止区間の切替え時、各相の電圧指令Vu,Vv,Vwの不連続性等に基づき、他の相の電圧指令がインバータ1の電源電圧を越える値となり、電動機3の電流波形が歪み、制御性が悪化する。
However, in the two-phase PWM control as described above, the highest voltage command level is set in the switching pause phase, and the offset voltage that sets the highest voltage command level in a predetermined section is also set in the switching pause phase of the other phases. Therefore, the following problem arises when there is a phase difference between the current phase of the current command and the voltage phase of the voltage command applied to the
そこで、従来、ある相のスイッチング休止相への切替え時、他の相の電圧指令がインバータ1の電源電圧を越えないようにするため、電流指令と電圧指令との位相差を検出し、その位相差に応じて各相の電圧指令Vu,Vv,Vwを変更することが行われている。
Therefore, conventionally, in order to prevent the voltage command of the other phase from exceeding the power supply voltage of the
具体的には、図6に示すように、電流位相Qiと2軸電圧指令Vd*,Vq*とから位相差である電圧位相(以下、電圧位相と呼ぶ)を検出する位相差検出部21と、dq/UVW変換部17とPWM変換部18との間に設けられ、スイッチング休止相の所定区間を最高電圧指令レベルに設定するだけでなく、他の相のスイッチング休止区間以外の区間についても電圧位相に応じて各相の電圧指令Vu,Vv,Vwに所望のオフセット電圧を設定し、いわゆる補正された電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を出力する二相PWM変換部22とが設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 6, a phase
位相差検出部21には、電流位相Qiを検出するレゾルバなどの電流位相検出器21aと、d軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*とからVQ=tan-1(Vd*/Vq*)の演算式により2軸電圧位相VQを求める2軸電圧位相演算部21bと、これら電流位相Qiと2軸電圧位相VQとから電圧位相Qv(=電流位相Qi−VQ)を取り出す位相演算部21cとが設けられている。
The phase
そして、二相PWM変換部22では、入力される各相の電圧指令Vu,Vv,Vwに対し、例えばU相電圧指令Vuの60°電圧位相毎のスイッチング休止相切替え時をタイミングとし、他の相の電圧指令Vv,Vwに対してオフセット電圧による補正電圧Av,Awを施すことにより、図7に示す実線のごとく補正された電圧指令Vv*,Vw*を取り出してインバータ1に出力し、インバータ1の電源電圧を越えないようにしている。なお、V相、W相のスイッチング休止相切替え時、前述同様に二相PWM変換部22からオフセット電圧のもとに補正電圧Aw,Au、Au,Avだけ補正した電圧指令Vw*,Vu*、Vu*,Vv*を出力する。
In the two-
(特許文献1)
ところで、以上のような二相PWM制御では、各相120°のずれをもった電圧指令Vu,Vv,Vwに対し、図7(d)に示すように電圧位相の60°位相毎にスイッチング休止相を切替え、そのスイッチング休止区間を最高電圧指令レベルに設定するとともに、スイッチング休止相の切替え時に他の相の電圧指令Vu,Vv,Vwをオフセット電圧で補正し、所望の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を取り出している。 By the way, in the two-phase PWM control as described above, as shown in FIG. 7 (d), switching pauses are performed every 60 ° of the voltage phase with respect to the voltage commands Vu, Vv, Vw having a deviation of 120 ° in each phase. The phase is switched, the switching pause interval is set to the maximum voltage command level, and the voltage commands Vu, Vv, Vw of the other phases are corrected with the offset voltage when switching the switching pause phase, and the desired voltage commands Vu * , Vv * And Vw * are taken out.
しかし、電圧位相Qvが低速で変化している場合、電流制御部16d,16qがフィードバック制御によって2軸電圧指令Vd*,Vq*を取り出しているが、レゾルバなどの電流位相検出器21aの電流位相にノイズが含まれていると、各相が120°ずつずれているので、電圧位相Qv=120°のとき、U相からV相に切替えたとき、電流制御部16d,16qのフィードバック制御により発振現象が生じ、電流制御部16d,16qの出力である2軸電圧指令2Vd*,Vq*に揺動が発生する。
However, when the voltage phase Qv changes at a low speed, the
よって、図7(d)の120°部分を拡大して示す図8に示すごとく、電圧位相Qvに基づいてU相からV相に切替え移行したにも拘らず、再度V相からU相に戻るといった位相戻り(イ)が起きてしまう。その結果、スイッチング休止相の適切なスイッチング休止制御ができない状態となる。 Therefore, as shown in FIG. 8 which shows the 120 ° portion of FIG. 7D in an enlarged manner, it returns from the V phase to the U phase again despite the transition from the U phase to the V phase based on the voltage phase Qv. The phase return (I) will occur. As a result, an appropriate switching pause control in the switching pause phase cannot be performed.
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、各相のスイッチング休止相への切替え時、位相の変化にも拘らず、スイッチング休止相切替え後の電圧位相を保持し、インバータの各相のスイッチング休止制御を確実に実行するインバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and at the time of switching to the switching pause phase of each phase, the voltage phase after switching the switching pause phase is maintained regardless of the phase change, An object of the present invention is to provide an inverter control device that reliably performs phase switching suspension control.
上記課題を解決するために、本発明は、2軸の電圧指令を三相の電圧指令に変換するdq/UVW変換手段と、このdq/UVW変換手段から出力される各相の電圧指令をPWM(パルス幅変調)し、各相PWM信号を出力するPWM変換手段とを有し、この各相PWM信号をインバータを介して電動機を駆動制御するインバータ制御装置であって、
前記2軸の電圧指令から得られる2軸電圧位相と前記電動機側から取り出す電流位相とを用いて電圧位相を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段で検出される電圧位相の60°位相毎に順次スイッチング休止相に切替えて当該スイッチング休止相に対応する前記電圧指令の正側又は負側のピーク近傍に所定のオフセット電圧を設定し、また、前記スイッチング休止相への切替え時に前記電圧位相が変化し、再度前記切替えを終えた相の電圧位相に戻った場合、この戻った電圧位相が所定のヒステリシス領域内であれば、前記スイッチング休止相に切替えたときの電圧位相をホールドし、このホールドされた電圧位相に基づいて前記所定のオフセット電圧を当該スイッチング休止相に対応する電圧指令に設定し、所定のスイッチング休止区間を生成する二相PWM変換手段とをとを設けた構成である。
In order to solve the above problems, the present invention relates to a dq / UVW conversion means for converting a biaxial voltage command into a three-phase voltage command, and a voltage command for each phase output from the dq / UVW conversion means. (Pulse width modulation) and a PWM conversion means for outputting each phase PWM signal, and an inverter control device for driving and controlling the motor via each phase PWM signal,
Phase difference detection means for detecting the voltage phase using the two-axis voltage phase obtained from the two-axis voltage command and the current phase extracted from the motor side, and 60 ° of the voltage phase detected by the phase difference detection means Each phase is sequentially switched to the switching pause phase, a predetermined offset voltage is set near the positive or negative peak of the voltage command corresponding to the switching pause phase, and the voltage is switched to the switching pause phase. When the phase changes and returns to the voltage phase of the phase after the switching again, if the returned voltage phase is within a predetermined hysteresis region, hold the voltage phase when switching to the switching pause phase, Based on the held voltage phase, the predetermined offset voltage is set to a voltage command corresponding to the switching pause phase, and predetermined switching is performed. It is a structure in which a capital and a two-phase PWM converter means for generating a stop period.
本発明によれば、各相のスイッチング休止相の切替え時、電圧位相が再度切替えを終えた相の電圧位相に戻るような位相変化があっても、切替えたときのスイッチング休止相の電圧位相を保持するので、インバータの各相スイッチング休止制御を確実に実行することができる。 According to the present invention, when the switching pause phase of each phase is switched, even if there is a phase change such that the voltage phase returns to the voltage phase of the phase that has been switched again, the voltage phase of the switching pause phase at the time of switching is changed. Since it is held, each phase switching pause control of the inverter can be reliably executed.
以下、本発明の実施の形態について図1を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は本発明に係るインバータ制御装置の要部の一実施の形態を示す構成図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a main part of an inverter control device according to the present invention.
先ず、インバータ1を含むインバータ制御装置の全体構成は図3,図6と同様であるので、同一構成部分については同一符号を用いて説明する。
First, since the whole structure of the inverter control apparatus including the
このインバータ制御装置における本発明の要部となる二相PWM変換部(二相PWM変換手段)22としては、各相切替え時に対応して所定の位相電圧範囲となるヒステリシス領域を設定するヒステリシス領域設定部22aが設けられている。このヒステリシス領域設定部22aは、例えばW相からU相への切替え時に45°〜60°の位相電圧範囲とするヒステリシス領域、U相からV相への切替え時に105°〜20°の位相電圧範囲とするヒステリシス領域、V相からW相への切替え時に165°〜180度の位相電圧範囲とするヒステリシス領域がそれぞれ設定されている。
As the two-phase PWM conversion unit (two-phase PWM conversion means) 22 which is a main part of the present invention in this inverter control device, a hysteresis region setting for setting a hysteresis region that becomes a predetermined phase voltage range corresponding to each phase switching is performed. A
また、二相PWM変換部22には、位相差ホールド部22b、前述するオフセット電圧設定部22c及び二相PWM補正部22dが設けられている。
Further, the two-phase
位相差ホールド部22bは、位相差検出部21で検出される電圧位相Qvから図7(d)に示すごとく120°となったとき、つまりU相(+)からスイッチング休止相であるV相に切替えて電圧指令VvのV相(−)側に最高電圧指令レベルを設定してスイッチング休止制御を実行する。
The phase difference hold
しかし、電圧位相Qvに基づいてU相からスイッチング休止相であるV相への切替え時、位相が低速で変化している場合にレゾルバなどの電流位相検出器21aで検出される電流位相Qiなどにノイズが含まれていると、切替え元の電圧位相に位相戻りを起こす。
However, when switching from the U phase to the V phase that is the switching pause phase based on the voltage phase Qv, the current phase Qi detected by the
そこで、切替え元に戻った電圧位相Qvがヒステリシス領域設定部22aで設定されるU相からV相切替え時のヒステリシス領域内で変化している場合、U相から移行したV相の位相電圧Qvをホールドする機能をもっている。また、W相からスイッチング休止相であるU相に切替えた時、位相戻りによって電圧位相Qvが再度W相に戻った場合には同様にヒステリシス領域設定部22aで設定される範囲(45°〜60°)のヒステリシス領域内であれば、切替え先であるスイッチング休止相(U相)に移行した電圧位相Qvをホールドし、U相(+)のスイッチング休止を実行可能にする。
Therefore, when the voltage phase Qv returned to the switching source changes within the hysteresis region at the time of V-phase switching from the U-phase set by the hysteresis
オフセット電圧設定部22cは、例えばU相(+)からV相に切替えた時、V相(−)側をスイッチング休止区間と判断し、V相電圧指令VvをV相最高電圧指令に相当するレベルとするオフセット電圧を出力し、他の相のV相電圧指令Vu,Vwには所望のオフセット電圧を出力する機能をもっている。すなわち、オフセット電圧設定部22cは、予め各相ごとに設定するオフセット電圧が設定され、位相差ホールド部22bから出力される電圧位相Qvに基づいて設定されたオフセット電圧を二相PWM補正部22dに設定する。
For example, when switching from the U phase (+) to the V phase, the offset
この二相PWM補正部22dは、オフセット電圧設定部22cから出力されるオフセット電圧を用いて、入力される各相電圧指令Vu,Vv,Vwを補正し、この補正された各相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を出力し、PWM変換部18に送出する
次に、以上のような装置の動作について図2を参照して説明する。
The two-phase
今、図7(d)の電圧位相Qvの60°から120°の位相範囲において、U相(+)のピークを境として±30となる60°をU相(+)をスイッチング休止区間とし、インバータ1のスイッチング休止制御を実施している。しかる後、電圧位相Qvの120°となったとき、当該U相からV相に切替えてV相(−)をスイッチング休止区間とし、インバータ1のスイッチング休止制御を行うが、このとき位相が低速で変化している状態で電流位相検出器21aにノイズが含まれていると、電流制御部16a,16bのフィードバック制御によって発振現象が生じ、電流制御部16d,16qの出力である2軸電圧指令2Vd*,Vq*に揺動が発生する。よって、電圧位相Qvも大きく変化し、図2に示すようにU相からV相に切替えたにも係らず、位相電圧Qvが切替えもとのU相に逆戻りしてしまう。
Now, in the phase range of 60 ° to 120 ° of the voltage phase Qv in FIG. 7 (d), 60 °, which becomes ± 30 with the peak of the U phase (+) as the boundary, is the U phase (+) as the switching pause interval, The switching pause control of the
そこで、本発明装置においては、U相からV相に切替えたとき、ヒステリシス領域設定部22aにはU相からV相に切替えた際のヒステリシス領域が105°〜120°と設定されているので、電圧位相QvがV相に切替えた後に再度U相に戻っても当該ヒステリシス領域内で変化する限り、位相差ホールド部22bは、V相のスイッチング休止区間となる電圧位相Qvをホールドしてオフセット電圧設定部22cに送出し続けるので、V相(−)のスイッチング休止状態を継続できる。
Therefore, in the device of the present invention, when switching from the U phase to the V phase, the hysteresis region when switching from the U phase to the V phase is set to 105 ° to 120 ° in the hysteresis
そして、位相差ホールド部22bは、その後V相に対応する電圧位相Qvに戻るが、もともとV相のスイッチング休止区間となる電圧位相Qvであるので、当該電圧位相Qvをそのまオフセット電圧設定部22cに送出する。その結果、電圧位相Qvが低速で変化している状態で電流位相検出器21aの電流位相Qiにノイズが含まれている場合、電圧位相Qvに基づいて、ある相から他の相に切替えた際に不安定な状態にあっても、切替え先の相のスイッチング休止状態となる電圧位相Qvを安定に継続出力できる。
The phase
オフセット電圧設定部22cは、位相差ホールド部22bから送られてくる電圧位相Qvに基づいて、60°位相毎に順次各相のスイッチング休止区間に与えるべき最高電圧指令レベルのオフセット電圧を出力し、スイッチング休止区間でない他の相においても、予め定めるオフセット電圧を出力し、二相PWM補正部22dに供給する。
Based on the voltage phase Qv sent from the phase
この二相PWM補正部22dは、オフセット電圧設定部22cからの各相のオフセット電圧を取り込み、dq/UVW変換部17から入力される各相の電圧指令Vu,Vv,Vwに与えることにより、所望の各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を取り出し、PWM変換部18に送出する。
The two-phase
従って、以上のような実施の形態によれば、2軸の電圧指令から得られる2軸電圧位相と電動機3から取り出す電流位相との位相差である電圧位相に基づき、60°電圧位相毎に各相を順次切替え、該当相の正側及び負側のピーク近傍に所定のスイッチング休止区間を形成するためのオフセット電圧を出力するが、その各相切替え後に切替えもとの相の電圧位相に逆戻りする変化があったとき、予め設定されるヒステリシス領域内の電圧位相の変化である限り、位相差ホールド部21bが切替え先となるスイッチング切替え相の電圧位相をホールドし出力するので、インバータの各相スイッチング休止制御を確実に実行することができる。
Therefore, according to the embodiment as described above, each 60 ° voltage phase is based on the voltage phase which is the phase difference between the biaxial voltage phase obtained from the biaxial voltage command and the current phase extracted from the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、各実施の形態は組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, various deformation | transformation can be implemented. Moreover, each embodiment can be implemented in combination, and in that case, the effect of the combination can be obtained.
1…インバータ、3…電動機、10…インバータ制御装置、11…速度検出器、12…速度制御部、13…電流指令発生部、14u,14w…電流検出器、15…UVW/dq変換部、16d,16q…電流制御部、17…dq/UVW変換部、18…PWM変換部、21…位相差検出部、22…二相PWM変換部、22a…ヒステリシス領域設定部、22b…位相差ホールド部、22c…オフセット電圧設定部、22d…二相PWM補正部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記2軸の電圧指令から得られる2軸電圧位相と前記電動機側から取り出す電流位相とを用いて電圧位相差を検出する位相差検出手段と、
前記dq/UVW変換手段と前記PWM変換手段との間に設けられ、前記位相差検出手段で検出される電圧位相の60°位相毎に順次スイッチング休止相に切替えて当該スイッチング休止相に対応する前記電圧指令の正側又は負側のピーク近傍に所定のオフセット電圧を設定し、また、前記スイッチング休止相への切替え時に前記電圧位相が変化し、再度前記切替えを終えた相の電圧位相に戻った場合、この戻った電圧位相が所定のヒステリシス領域内であれば、前記スイッチング休止相に切替えたときの電圧位相をホールドし、このホールドされた電圧位相に基づいて前記所定のオフセット電圧を当該スイッチング休止相に対応する電圧指令に設定し、所定のスイッチング休止区間を生成する二相PWM変換手段とを備えたことを特徴とするインバータ制御装置。 PWM (pulse width modulation) for each phase voltage command output from the dq / UVW conversion means for converting the biaxial voltage command into a three-phase voltage command, and the dq / UVW conversion means, An inverter control device for driving and controlling the motor via each inverter with each phase PWM signal.
Phase difference detection means for detecting a voltage phase difference using a biaxial voltage phase obtained from the biaxial voltage command and a current phase extracted from the motor side;
Provided between the dq / UVW conversion means and the PWM conversion means, and sequentially switches to the switching pause phase every 60 ° phase of the voltage phase detected by the phase difference detection means, and corresponds to the switching pause phase. A predetermined offset voltage is set in the vicinity of the positive or negative peak of the voltage command, and the voltage phase changes at the time of switching to the switching pause phase, and then returns to the voltage phase of the phase that has finished the switching again. If the returned voltage phase is within a predetermined hysteresis region, the voltage phase at the time of switching to the switching pause phase is held, and the predetermined offset voltage is applied to the switching pause phase based on the held voltage phase. Two-phase PWM conversion means for setting a voltage command corresponding to a phase and generating a predetermined switching pause interval The inverter control device.
前記二相PWM変換手段は、前記電圧位相検出手段で検出される電圧位相の60°位相毎に当該電圧位相から下位に所定の電圧位相幅をもつヒステリシス領域を設定するヒステリシス領域設定手段と、前記電圧位相検出手段で検出される電圧位相の60°位相毎に順次スイッチング休止相に切替えたときに当該電圧位相が変化して再度前記切替えを終えた相の電圧位相に戻った場合、この戻った電圧位相が前記ヒステリシス領域内であれば、前記スイッチング休止相に切替えたときの電圧位相をホールドする位相差ホールド手段と、この位相差ホールド手段を介して出力される電圧位相の60°位相毎に所定の相の正側又は負側に所定のオフセット電圧を出力するオフセット電圧設定手段と、前記スイッチング休止相に対応する電圧指令に前記オフセット電圧を設定し、所定のスイッチング休止区間を生成する二相PWM補正手段とを備えたことを特徴とするインバータ制御装置。 The inverter control device according to claim 1,
The two-phase PWM conversion means includes a hysteresis area setting means for setting a hysteresis area having a predetermined voltage phase width below the voltage phase for each 60 ° phase of the voltage phase detected by the voltage phase detection means, When the voltage phase is changed to the switching pause phase every 60 ° phase of the voltage phase detected by the voltage phase detection means and the voltage phase is changed again to return to the voltage phase of the phase that has been switched again, this return If the voltage phase is within the hysteresis region, the phase difference hold means for holding the voltage phase when switching to the switching pause phase, and every 60 ° of the voltage phase output via the phase difference hold means Offset voltage setting means for outputting a predetermined offset voltage on the positive side or negative side of a predetermined phase, and the voltage command corresponding to the switching pause phase in the voltage command Set the offset voltage, an inverter control device being characterized in that a two-phase PWM correction means for generating a predetermined switching pause interval.
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