關於電路的報告三篇

篇一：單相acdc變換電路設計開題報告

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單相AC-DC變換電路設計

學 生：指導教師：

（三峽大學 電氣與新能源學院）

1課題來源

本課題為單相AC-DC變換電路設計研究課題，課題來源於大學生電子大賽課題，具有工程背景。

2 研究的目的和意義

近幾年來，隨着電子技術和製造工藝的不斷髮展和電源技術的日益成熟，人們對電源的轉換效率提出了越來越高的要求。在電氣領域中，開關電源佔據着舉足輕重的位置，高效率是未來電源發展的必然趨勢[1]。傳統的AC-DC 變換電路由於要通過高頻變壓器來實現電壓變換，很難將效率提高到更高的層次，也很難降低電源的紋波。本系統所設計的高效率的單相AC-DC變換電路[2]，可以輸出恆定的36V 直流電壓，在額定輸出電流為2A 時，可實現高達90%以上的電源轉換效率。高效率、低紋波的電源轉換不僅可以提供更加可靠的供電系統，同時也可以帶來非常可觀的經濟效益[3]。

3發展趨勢

3.1國外整流器的發展

自20世紀50年代，美國宇航局以小型化輕量化為目標而為搭載火箭開發首個開關電源以來，在半個多世紀的發展中，開關電源逐步取代了傳統技術製造的相控穩壓電源，並廣泛應用於電子整機設備中。隨着集成電路的發展，開關電源逐漸向集成化方向發展，趨於小型化和模塊化。近20年來，集成開關電源沿兩個方向發展，第一個方向是對開關電源的控制電路實現集成化。1977年國外首先研製成調製（PWM）控制器集成電路，美國Motorla公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相繼推出一系列PWM芯片。近年來，國外研製出開關頻率達1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二個方向是實現中、小功率開關電源單片集成化。

3.2國內整流器的發展

國內在功率換流領域方面的研究起步較晚，與先進的工業國家相比尚有較大的差距

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[4]。因此，進行高性能的PWM整流器的研究開發工作，並儘快產品化具有重大意義。

4 研究的主要內容及設計成果的應用價值

4.1 研究的主要內容

本次畢業設計的主要內容是研究單相AC-DC變換電路設計。要提出一種AC-DC電源控制電路思路，重點設計基準電路、電壓控制電路、誤差放大電路、振盪器電路等[5]。然後針對各模塊要實現的功能來設計具體的模塊電路，並用相應軟件對各模塊進行仿真驗證[8]，使其達到設計要求。

4.1.1設計要求

設計並製作如圖 1 所示的單相 AC-DC 變換電路。輸出直流電壓穩定在 36V，輸出電流額定值為

2A

（1）在輸入交流電壓 Us=24V、輸出直流電流 Io=2A 條件下，使輸出直流電壓Uo=36V±0.1V。

（2）當 Us=24V，Io 在 0.2A～2.0A 範圍內變化時，負載調整率 SI?0.5%。

（3）當 Io=2A，Us 在 20V～30V 範圍內變化時，電壓調整率 SU?0.5%。

（4）設計並製作功率因數測量電路，實現 AC-DC 變換電路輸入側功率因數的測量，測量誤差絕對值不大於0.03。

（5）具有輸出過流保護功能，動作電流為 2.5A±0.2A。

4.1.2方案論證

1．整流濾波模塊

（1）方案一：半波整流電路。半波整流電路簡單，易於理解，如圖所示。但是半波整流會浪費一半的波形，效率和穩定性不好。

5

3

（2）方案二：全橋整流電路。全橋整流電路是通過四個二極管組成橋式整流電路，利用二極管的單向導電性整流[6]。

在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖10.02(b)。

橋式整流電路效率較半波整流高，穩定性好，實驗電路選擇方案二作為整流方案。

2．升壓模塊

（1）方案一：採用經典boost升壓電路[7]。如圖所示。

方案一電路簡單，成本低，但是控制起來困難，控制精度低，實現起來較為複雜，不易調試。

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（2）方案二：採用集成電路芯片LM2587作為核心芯片[9] [10]，加上適當的外圍元件作為主電路[12]，電路如圖所示。

方案二成本較高，但是集成芯片LM2587功能強大，頻率高，實現起來較為簡單，效率高。通過外圍單路能夠調節升壓電路的輸出值，控制起來較為簡單，且精度極高。 升壓電路最終選擇方案二作為主電路。

3.過流保護

（1）方案一：採用主電路串聯保險絲的方法進行過流保護。此方法看似簡單，但是實際操作中發現部分保險絲質量不是很好，動作時間較慢，容易出現誤保護，不保護的情況。且更換保險絲較為麻煩，顧不採用此方案。

（2）方案二：採用單片機控制繼電器的方法實現電路的過流保護[15]。讓單片機的AD口採總路電流，當電流超過2.5A時，控制繼電器切斷電路。

方案二用單片機控制，精度較高，可調性好，斷電保護後根據需要可以很快恢復供電，使用方便。過流保護電路採用方案二作為主電路。

4.2應用價值

在設計的整個過程中，需要查閲大量相關文獻和專業書籍，做出的成果還需上交學院老師反覆審查與修改，所得結果有一定的參考性；同時會結合現實實際情況做出一些相對應的解決方案，故其中的設計流程及相關的考慮因素也是值得借鑑的。研究過程中的學習方法和經驗也是值得借鑑的。

5工作的主要階段、進度

5 5

（1）2015年秋季學期第12周前（2015年11月20日前)

接受畢業設計任務書，學習畢業設計（論文）要求及有關規定。閲讀指定的參考文 獻(包括5-10萬個印刷符號與課題或本專業相關的外文資料)。

上交開題報告、外文翻譯，指導教師批閲。

（3）2016年春季學期第9周前（2016年5月1日前）

提交畢業設計中期報告

（4）2016年春季學期第12周前（2016年5月22日前）

完成畢業設計，全部成果交指導教師批閲。

（5）2016年春季學期第14周前（2016年6月3-5日）

畢業答辯。 （2）2015年秋季學期第20周前（2016年1月15日前）

6最終目標及完成時間

通過本次設計能圓滿完成畢業設計的各項要求，並且能夠順利通過答辯；較好的儲備單相AC-DC變換電路設計的相關理論知識及設計經驗；提交完整的畢業論文及相應的實驗數據與表格。

完成時間：第14周

7現有條件及必須採取的措施

現有電力電子仿真軟件，可以完成單相AC-DC變換電路設計。在設計中必須採取波形仿真措施來證明軟件的有效性。

8協助單位及要解決的主要問題

本課題的完成應解決模型的搭建以及軟件的仿真等技術問題，同時，需要得到電氣與新能源學院電力電子系的大力支持和幫助。

篇二：直流變換器開題報告

一 背景

直流變換器是一種將模擬量轉變為數字量的半導體元件。按功能可分為:升壓變換器、降壓變換器和升降壓變換器。在燃料電池汽車中主要採用升壓變換器。變換器首先通過電力電子器件將直流電源轉變成交流電(AC),一般稱作逆變,然後通過變壓器(升壓比為1∶n)升壓,最後通過整流、濾波電路產生變壓後的直流電,以供負載使用. 直流轉換器與一般的變換器相比，具有抗干擾能力強、可靠性高、輸出功率大、品種齊全等特點，用途廣泛，輸入輸出完全隔離，輸出多路不限，極性任選。寬範圍輸入變換器是專為滿足輸入電壓變化範圍較大場合需要而開發的一種直流穩壓電源,其輸入直流電壓可以在DC100V-375V寬範圍內變動而保證輸出電壓的穩定性.此外,這種電源體積小,重量輕、保護功能完善,具有良好的電磁兼容性。本身具有過流、過熱、短路保護。多檔輸出的變換器,它不僅提供電源而且有振鈴和報警功能。該變換器分為軍用、工業及商業三個品級，在諸如通信機房、艦船等蓄電池供電的場合極為適用。直流—直流變換器(DC/DC Converter)早在10年前就做成了元器件式樣,在系統中損壞時可以卸下更換。目前,它正從低技術、元器件型轉向高技術、插件(Building black)型發展。系統設計師在開始方案設計階段就要考慮系統究竟需要什麼樣的電源輸入、輸出DC/DC變換器作為子系統的一個部件,應該更仔細地規定它的指標以及要付出多少費用。有趣的是,全球聲稱可供給軍用DC/DC變換器的廠家超過300家,但卻沒有兩

種產品是相同的,這給系統設計師選用該產品時造成困難。設計師們考慮的最重要的事是:對產品的性能價格比進行綜合平衡,決定取捨。需求和市場決定製造廠的發展戰略目前,對製造廠家而言,面臨着要求降低噪聲、減小尺寸以及提高功率和效率的挑戰和市場競爭。現扼要介紹幾家公司的做法。當今,在任何一個計算機系統中,各種電源都是以插件形式出現的。供應廠商均按用户的要求作相應改動以適應需求。DC/DC直流變換器的軍品市場佔很大比重,但增長緩慢。分析家們預測:到1996年,DC/DC變換器最大市場將是計算機和通信領域。 美國InterPoint公司的研究開發戰略是:針對軍用及宇航系統應用,提供一種更便宜、功率更大、性能更好的產品,它們比現有DC/DC變換器有全面改進。預計今後幾年的實際問題仍是產品價格。採用模塊化方法可以降低成本,同時提高DC/DC變換器輸出功率。一些應用系統要求功率高達2KW,如果採用200W的產品去構建系統,至少要10～12個產品,既麻煩也影響系統可靠性。該公司認為必須研製出功率比200W大2～3倍的大功率電源,而且單件成本控制在1.3～1.7倍才合適。

模塊化方法,可以通過消除非重複工程成本(NRE)使系統成本降低。這種模塊化的器件也是分佈式供電系統的基本構件。鑑於分佈式供電比集中供電系統有更多優點,而絕大多數應用系統要求在母線級上直流電壓要分別供給不同邏輯電路各種電壓,例如+5V、+12V、+3.3V等等。一些廠家利用板級(on-Card)DC/DC變換器來實現,另一些供應商則把幾種輸出合在一起,把電源放在靠近需要供電的電路板上。

Arnold Magnetics公司供應多檔輸出的直流變換器,它不僅提供電源而且有振鈴和報警功能。為了佔領市場,產品隨着性能提高,其價格也應最低。各家公司,在維持性能不變時,儘量設法降低生產、銷售成本。由於經濟原因，電力生產、輸送和都採用三相系統。在三相系統允許更高的功率密度,使用更少的器件和更高的效率比等效單相系統好。此外,由於相位的差異，三相系統目前在時間常數平均功率。同樣的優勢鼓勵使用的三相整流器和逆變器。許多工業應用程序需要大功率直流-直流轉換。這些應用程序包括分佈式發電、不間斷電源、和運輸。傳統的孤立的直流-直流轉換器使用單相變壓器,它通常是大而重,單相整流器。針對受益於三相系統的優勢,一些工作已經完成使用直流-直流轉換器,使用三相高頻變壓器和三相整流器。這些變化可以減小體積、重量、和整個系統的成本。三相直流-直流轉換器提出了良好的性能 ，當高頻隔離是理想的。降低濾波器高的組件面臨壓力近年來,已經完成並應用三相直流-直流轉換為燃料電池能源處理

[7]-[10]和電池在汽車設備[11]應用。它體現了潛在的優勢。

二 研究現狀

姚偉，鄭步生，洪峯在《車載雙管正激直流變換器的設計》研究了一種適用於電動汽車的高效率雙管正激直流變換器，在提出一種設計方案的基礎上，重點對其控制電路，反饋迴路、啟動電路和變壓器的關鍵參數等進行了詳細分析設計。其中控制電路使用SG3525芯片，採用二型補償對控制電路進行補償。實驗測試結果表明該變換器輸出穩定，有較高的轉換效率。

丁小滿，張從旺《電力機車直流變換器的設計》從直流變換器的熱設計、工藝設計及安全性設計方面對直流變換器產品的設計進行闡述。目前，按照以上設計思路研製的變換器已經通過試驗驗證，技術參數完全滿足要求。在電磁兼容試驗，振動、衝擊試驗，高温、低温試驗中，技術參數完全滿足要求。項目成果在電力機車、8 軸車及國產化列車中得到成功運用。

李雲，張小勇，劉福鑫，阮波《機車車輛充電機用移相全橋ZVS PWM 變換器的設計》。文章介紹了一種機車車輛充電機的核心部件——加箝位二極管的零電壓開關PWM 倍流整流全橋變換器。該變換器的優點是可以利用輸出濾波電感和諧振電感在寬負載範圍內實現開關管的零電壓開關，利用箝位二極管可以有效消除二次側整流管上的電壓尖峯和振盪，同時採用倍流整流技術可優化變壓器和輸出濾波電感的設計。

樑?矗?費裘??凇痘??G3525礦用直流變換器控制電路的設計》對傳統模式進行改進使直流變換器具有自啟動功能，利用軟啟動引腳設計了欠電壓和過電流保護。並對電壓調節器進行了設計，減小了直流變換器輸出電壓紋波。

李 豔 、阮新波 、楊東昇、 劉福鑫在《雙輸入直流變換器的建模與閉環系統設計》中 因為採用兩個甚至多個輸入源的新能源聯合供電系統中，用單個多輸入直流變換器代替原有的多個單輸入直流變換器，可以簡化電路結構，降低系統成本。將以雙輸入Buck 變換器為例，進行系統建模以及閉環調節器的'設計，使得該系統穩態和動態能

指標達到要求。

桂存兵，謝運祥，謝濤，陳江輝《推輓DC-DC 變換器平均電流控制研究》中提出怎樣提高推輓變換器的電流穩定性和系統可靠性，通過分析了DC/DC 推輓變換器的工作原理，在此礎上建立了小信號數學模型。並施以電流型雙環控制策略，有效的提高系統的動態響應和保護能力。給出了推輓變換器的控制系統的設計過程，並進行了仿真和實驗研究，結果表明針對推輓變換器，雙環控制策略具有良好動態和靜態控制性能。

胡曉清，尚修香在 《一種適用於電動汽車的ZVS 全橋變換器研究》研究了一種適用於電動汽車的集成寄生元件的ZVS 變換器，利用變壓器的寄生電感和晶體管的輸出電容可實現變換器的ZVS 功能，使變換器具備經濟、緊湊的特點。通過分析電路的工作原理、寄生量的計算和ZVS 參數的優化，對變換器的設計進行系統研究.

姚建紅，張豔紅，劉繼承《一種新型全橋移相PWM 零電壓零電流變換器》，為了實現全橋軟開關變換器能在很寬的負載變化範圍內實現零電壓零電流變換，提出了一種改進的電路拓撲結構，設計了一種新型的全橋移相脈寬調製零電壓零電流變換器，該電路中，超前橋臂前面增加了一個輔助電路，使其超前橋臂能在輕載的情況下很好地實現零電壓變換；在高頻變壓器的副邊採用無源鉗位電路，使其滯後橋臂能在滿載的情況下很容易地實現零電流變換；此外，在輔助電路中的電容與變換器的輸出濾波電容之間用一個鉗位二極管連接，限制了變壓器的二次側電壓。

篇三：Buck電路開題報告

一、課題的目的及意義（含國內外的研究現狀分析或設計方案比較、選型分析等）

1. 選題背景及課題目的和意義

自第三次工業革命以來，電力電子技術飛速發展，廣泛應用於電力、電子、通信、計算機等領域。其中，開關功率變換器作為一種基本的電力電子元件，國內外對於其應用和研究進行了廣泛的探討。然而隨着電力工業發展，用户對電能質量的要求越來越高，各種電子元件特別是微處理器對供電模塊的性能提出了極高的要求，傳統的控制方法越來越不適用於現代電力工業對負載動態響應速度，穩態精度和傳輸效率的要求。經過半個多世紀的不斷探索，開關功率變換器的控制技術有了脱胎換骨的變化，實現了從傳統的模擬調製向數字調製，從單一電壓調製向電壓、電流、電荷以及組合調製方式的轉變，有效的提高了變換器的動態性能。

本課題的目的在於綜合分析比較現有調製方式，選擇合理的有現實意義的調製策略，對其進行深入分析和研究，最終實現所選擇方式的實驗實現，為進一步的研究提供基礎，實現相關領域人才和技能的培養。

2. 國內外研究現狀與選型分析

按照開關變

換器控制方式的發展歷程，經歷了從模擬控制到數字控制，從單環控制到雙環控制，從線性控制到非線性控制，從單一控制量到組合控制的轉變，有效的提高了開關變換器的快速響應能力，可以較好的滿足現代電力工業對複雜電力環境下調製的要求。

模擬控制技術是最早應用於各個控制領域，不失為一種有效的控制手段，但隨着電子信息工業的發展和微型計算機的普及，基於計算機的數字控制技術異軍突起，藉助於信息工業的優勢，稱為現代控制技術的主要發展方向。模擬控制技術是一種連續控制，通過事先計算好的電感電容參數組建電路，實現對輸出量的控制。經過多年的發展，模擬控制技術已經相當成熟，然而其依然存在難以克服的固有缺陷：

① 元器件比較多，控制電路複雜，不易於小型化；

② 控制策略受到電路元件和電路結構的侷限，控制電路成型後很難修改；

③ 由於模擬元件參數隨工作環境變化，導致系統控制精度下降；

④ 調試不方便，難以實現複雜控制方案，靈活性較低。

此外，還存在沒有內置的限流功能保護電路器件，對輸入和輸出的瞬變響緩慢等缺點，但在早期應用中不失為一種有效的控制方案。

數字控制技術是一種離散控制，通過A/D轉換器將模擬量離散後輸入計算機控制系統，不依賴於具體的電路元件。早期由於數字元件的成本、性能等自身問題，未能大規模應用於控制領域。近年來，隨着微機工業的進步，數字控制技術也迎來了快速發展。相較於模擬控制技術，數字控制技術具有很多突出的優點：

① 設計簡便，易於靈活調整控制策略而不需要更改硬件電路；

② 易於與其餘數字設備對接；

③ 易於實現更加複雜而精確的控制算法。

缺點在於一是採樣精度過高時會對硬件系統帶來很大的計算負擔，二是當PWM控制頻率過高時對計算機性能帶來挑戰。總體來説，數字控制技術優勢明顯，是開關變換器控制技術的發展趨勢。

不管是模擬控制技術還是數字控制技術，其基本控制原理都是用採集量控制輸出量，所不同的是信號在電路中的表現形式；相對而言，數字控制技術更加直觀，程序更易理解、修改，因而成為現代主流的研究方向。

2.1電壓型控制方式

電壓型控制是一種單環控制方式，多應用於早期的控制環節，至今其應用範圍依然很廣泛。電壓型控制是利用採樣輸出電壓作為單環控制的輸入信號，將該信號與參考電壓比較的差值經過誤差放大器補償後生成控制電壓。控制電壓與鋸齒波進行比較，生成脈衝寬度與控制電壓成正比的脈衝信號，該信號再經過驅動電路來驅動開關的導通和關斷，實現變換器輸出電壓的調節。電壓型控制的優點：獨立的一個電壓控制環路，屬於單環閉環負反饋控制，設計和分析相對比較簡單，電路易於實現且由於鋸齒波的幅值比較大，抗干擾能力比較強。電壓型控制的缺點：輸入電壓或輸出電流變化後，因為採樣信號為輸出電壓，只有在輸出電壓改變時才能檢測出變化，並反饋回來進行糾正，因此響應速度比較慢。此外，由於電壓型控制對過電流沒有限制，因而需要額外的電路來限制過電流的危害。

經過多年成熟的發展，電壓型控制技術應用於廣泛的領域，但因其響應的快速性和響應精度越來越難以達到現代電力負載快速變化的要求，速度較慢，越來越不適用於現代電力電子工業場合，現有新投入使用的設備使用較少，因此實驗實現意義較小。

2.2電流型控制方式

電流型控制方式是當前研究最廣泛，最深入的一種開關變換器控制方式，其能適應現代複雜多變的電力網絡對變換器的需求，因而是當代使用較為廣泛的一種變換器。電流控制屬於雙環控制，其動態響應能力較強，且易於實施過電流保護，從而有效的保護電路元件。根據不同的調製策略，電流型調製可以細分為：峯值電流控制、谷值電流控制和平均電流控制。

1978 年，國外學者提出了峯值電流控制技術，該技術採用電感電流代替電壓型控制的鋸齒波作為比較器的一個輸入信號。峯值電流控制同時引入輸出電壓(電容電壓)和電感電流兩個狀態變量作為反饋控制變量，提高了開關變換器的性能。峯值電流控制工作原理為：在每一個開關週期開始時，時鐘信號使觸發器置位，開關控制信號高電平，使開關導通，電感電流由初始值線性增大，檢測電阻上的電壓也線性增大，當該電壓增大到控制電壓時，比較器翻轉，使觸發器復位，控制信號為低電平，開關關斷，直到下一個時鐘脈衝到來，開始一個新的開關週期。控制電壓由檢測的輸出電壓與參考電壓的差值經誤差放大器後生成。峯值電

流控制除了可以採用電感電流作為內環控制外，還可以採用開關電流。峯值電流技術與傳統電壓控制相比，通過控制電流峯值的大小來有效的避免了過電流的危害，同時提高了變換器的響應速度，提高了輸出穩態精度，最重要的是其限流功能對變換器實現了過流保護。

與峯值電流控制技術對應，谷值電流控制的控制量是電流谷值，從而能夠取得較低的控制電壓，容易在CPU允許的工作環境下進行控制。谷值電流控制的原理為：在每一個開關週期開始時，時鐘信號使觸發器復位，開關控制信號低電平，使開關關斷，電感電流由初始值線性減小，檢測電阻上的電壓也線性下降，當該電壓減小到控制電壓時，比較器翻轉，使觸發器置位，控制信號為高電平，開關導通，直到下一個時鐘脈衝到來，開始一個新的開關週期。控制電壓由檢測的輸出電壓與參考電壓的差值經誤差放大器後生成。峯值電流控制除了可以採用電感電流作為內環控制外，還可以採用二極管電流。

通過上文的敍述可知，峯值電流控制和谷值電流控制存在對稱性，均為利用電感電流的最值進行控制，對控制側電流值擁有良好的控制能力。進一步分析可知，峯值電流控制和谷值電流控制存在對偶關係，兩者可以相互類比，更加容易理解二者的控制方式。

峯值電流技術和谷值電流技術均對一側電流擁有較好的控制能力，但對全過程控制能力有限，有其在特定佔空比下易產生次諧波振盪。峯值電流控制的原理為：檢測電阻上的電壓與誤差電壓相減後，經積分器得到信號，再與鋸齒波比較得到控制信號控制開關導通或關斷。平均電流控制的優點在於：通過積分器減小控制信號波動，使電感電流峯值值能夠有效跟蹤設定值；利用積分器獲得優越的噪聲抑制能力。缺點在於：電流積分器的增益有限制，雙環控制系統設計複雜，積分作用使得動態響應能力變慢。在峯值電流控制中，如何計算第n個週期的峯值電流關鍵，如果選擇的計算點太少，會影響計算精度，產生較大的誤差；如果選擇的計算的過多，則又會嚴重影響計算速度。

功率變換器還存在其餘更加複雜的控制方式，利如利用每個週期輸入電荷總量的電荷型控制，控制二極管電壓的磁通型控制，利用電壓雙環反饋的V控制，以及雙電壓環加電流環的VC控制等。

經過分析與比較，本次畢業設計擬採用基於四點均值法的數字控制平均電流調製策略，並進行仿真分析，最後爭取在實際電路模型中實現。 22

二、課題任務、重點研究內容、實現途徑

1.課題任務

課題任務主要包括如下三方面：（1）綜合運用《自動控制理論》《電力電子技術》《計算機控制技術》《數字控制技術》等主幹課程知識，理解峯值電流調製策略的原理與實現路徑，在仿真平台上搭建仿真電路，實現電流調製的仿真實現；（2）學習DSP編程方法，學會利用DSP實現相應的程序；（3）搭建實驗電路，在實際電路中實現峯值電流控制方法。

2.重點研究內容

重點研究內容如下：（1）峯值電流控制的基本原理、控制過程；（2）仿真平台軟件的使

用與調製，仿真模型的搭建；（3）DSP編程學習，數字化實現峯值電流控制；（4）物理電路的搭建與實驗仿真，實驗實現峯值電流控制方法。

3、進度計劃

學生簽名：

20xx 年 4 月 1 日

4、指導教師意見

指導教師簽名：

20xx 年 4 月 1 日

參考文獻：

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