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Buck_Boost和Cuk电路仿真分析一、Buck_Boost电路仿真仿真电路图如下图所示：电路参数如下：Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。
IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。
理论计算结果如下所示：仿真结果如下所示：对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。
部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。
波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。
图1图2图3图4二、Cuk电路仿真仿真电路图如下：电路参数如下：Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。
IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。
理论计算结果如下所示：V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2-20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示：V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。
部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。
波形图如下图所示：图1图2图3其中，图1为V C1，图2上半部分为I O，下半部分为V O，图3上半部分为I D（I L1），下半部分为I L2。
三、Buck_Boost和Cuk电路的对比1、从稳态比较（1）Cuk电路结构复杂，需要的元件较多，相应电路的分析与调节会复杂化，Buck_Boost电路结构简单，元件少，分析也较为简单。
BUCK-BOOST转换器仿真分析摘要：本课题利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法，建立连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的线性模型，实现非线性向线性模型的转化，得到由控制到输出的传递函数；在此基础上利用Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行仿真，并对仿真结果进行分析。
关键词：BUCK/BOOST ；DC/DC转换器；MATLAB仿真；频域特性BUCK-BOOST CONVERTER SIMULATION ANALYSISAbstract: This project uses the inductor voltage and capacitor current average approximate average approximation method, build a continuous mode (CCM), under voltage-controlled BUCK / BOOST structure DC / DC converter linear model, to achieve non-linear transformation to the linear model obtained from the control to output transfer function; on the basis of compensation for the use of Matlab tools for different networks frequency domain simulation, and analysis of simulation results.Keywords: BUCK / BOOST; DC / DC converter; MATLAB simulation; frequency domain中图分类号：TM712 文献标识：B 文章编号：0 引言开关电源转换器是现代电路理论的重要研究对象。
《MATLAB工程应用》升降压（Buck-Boost）变换器仿真一、选题背景说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求，简述本设计的指导思想。
升降压变换器通过调节直流侧电源的占空比来进行升压与降压，当占空比为1/3，输出电压为10v时，为降压，当占空比为2/3，输出电压为40v时，为升压。
通过二极管的单向导电性正向向负载充电，逆向二极管续流，大电感使得电流连续且脉动小，以及mosfet开关管的控制二、原理分析(设计理念)开关管T导通时，二极管阴极接电压源正极，承受反向电压而截止，输入电压Us直接加在电感L上,极性为上正下负，电流流过电感使之储能增加。
开关管工截止时，电感电流云有减小的趋势，电感线圈产生自感电势反向,为下正上负，二极管口受正向压降而导通，电感通过二极管对电容C 充电，C储能，以备下导通时对负载放电维持输出U0不变。
Buck- Boost 变换器的电压增益随占空比的变化可以降压也可以升压，这是它的主要优点,但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，这显然对器件的要求比Buck 变换器和 Boost 变换器更苛刻。
同时 Buck -Boost 变换器的输入电流和输出电流都是脉动的，为了平波需要加入滤波器 , 结果使电路稍显复杂。
三、过程论述设计总图，器件的使用情况和布局连线脉冲发生器设置（占空比为1/3时，降压）电容c的参数设定Mosfet与diode的参数均为参省值电感l的参数设定电阻r的参数设定四、结果分析对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。
从上到下依次为触发脉冲Ug，电感电压UL，电感电流iL,开关管电流iT，二极管电流iD，输出电压U0。
通过对二极管导通时对负载进行充电，关断时，二极管进行续流左右，而实现对直流电压的升压或降压（直流电压占空比的更改进行选择），并通过电感电容进行减小电流的脉动以及滤波。
目录1 Buck变换器技术........................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................................... - 1 -1.2 Buck变换器工作模态分析............................................................................................... - 2 -1。
3 Buck变化器外特性........................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计.................................................................................................................. - 5 -2.1 Buck变换器性能指标....................................................................................................... - 5 -2。
2 Buck变换器主电路设计................................................................................................ - 5 -2.2。
Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。
这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。
它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。
在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。
电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。
可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。
开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。
振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。
通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。
输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。
负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。
输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。
由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。
可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。
可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。
此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。
这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。
本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。
未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。
1 概述直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
《MATLAB工程应用》升降压（Buck-Boost）变换器仿真一、选题背景升降压变换器在目前各类智能电子设备中广泛运用，其效率高，静态电流小，高效，节能，便宜。
通过调节直流侧电源的占空比来进行升压与降压，当占空比为1/3，输出电压为10v时，为降压，当占空比为2/3，输出电压为40v时，为升压。
二、原理分析(设计理念)Buck变换器输出侧都带有滤波电容，但是严格地说，如果 Buck变换器的电感做得足够大，即使没有附加电容滤波器，也能减小负载电流纹波幅值，实际中加上一个输出滤波电容能使电感值做得小一些。
而 Boost变换器即使它的电感做得如何的大，输出电流总是脉动的，所以Boost变换器的输出电容是必需的。
将Buck变换器与Boost变换器二者的拓扑组合在一起，除去 Buck中的无源开关，除去Boost中的有源开关,便构成了一种新的变换器拓扑,如图所示,称为升降压(Buck-Boost)变换器。
它是由电压源、电流转换器、电压负载组成的一种拓扑，中间部分含有一级电感储能电流转换器。
它是一种输出电压既可以高于也可以低于输入电压的单管非隔离直流变换器。
Buck-Boost变换器和前二.者最大的不同就是输出电压Uo的极性和输入电压Us的极性相反，输入电流和输出电流都是脉动的，但是由于滤波电容的作用，负载电流应该是连续的。
三、过程论述Buck-Boost变换器仿真模型步长和算法设置降压时的输入脉冲设置升压时的输入脉冲设置电感L电容C和电阻R降压时输出波形升压是输出波形1.触发脉冲2.电感电压3.电感电流4.开关管电流5.二极管电流6.输出电压四、结果分析这个仿真中的降压和升压都是工作在电感电流连续的模式下，选择不同的开关占空比，Buck-Boost变换器的输出电压可以低于输入电压也可以高于输入电压。
仿真结果与理论计算不完全符合原因是半导体器件导通时存在管压降，会使输出电压小于理想情况。
器件的设置尽量使之接近理想，比如导通压降为O，导通电阻为很小，在本例中二极管和MOSFET的参数保持为缺省值，即二极管导通压降为0.8V.电路中的二极管存在导通压降和电阻,当电流流经二极管时,会产生电压降,但由于导通压降和二级管的电阻很小,所以影响有限,故仿真结果比理论值略小,平均电压基本与预期的电压等级相等。
题目：Vg 1.5VQ135m Ω100uH100uFR5ΩV D0.5V图1 buck-boost 变换器电路图一、开关模型的建模与仿真图2 buck-boost 变换器的开关模型占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形图3 buck-boost 变换器的开关模型的仿真二、 大信号模型与仿真1、 开关导通时：Vg 1.5VR on35m ΩV-图4 开关导通时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程：(t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dt dv v i C dt R ⎧==-⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩2、 开关断开时：100uH100uFVi c+-0.5Vi图5 开关断开时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程：(t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D c di L V v dt dv v i C i dt R ⎧==--⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩3、平均方程电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则(t)(t)g g v v = ；(t)(t)i i =；v(t)v(t)=又因为：(t)v (t)L d i L dt= (t)(t)c d v i Cdt= 则有，电感电压平均方程：()()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =---电容电流平均方程：''(t)(t)(t)(t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i i R R R=-+--+ 输入电流平均方程：g (t)d(t)(t)i i =4、大信号模型：()()''g (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)d (t)(t)=d (t)(t)(t)d(t)(t)g on D d i L i R V v dt v v C i dt R i i ⎧=---⎪⎪⎪-+⎨⎪⎪=⎪⎩由方程可得到三个等效电路：-+-+-+g (t)i v (t)g (t)v D (t)i 'D (t)i d (t)v Cdt(t)d i Ldt'(0.5D )VonDR '(t)D v v (t)g D 图6 buck-boost 变换器的大信号模型的等效电路大信号模型的仿真电路：图7 大信号模型仿真电路图大信号模型的仿真波形：占空比随时间变化的波形电容电压随占空比变化的波形图8 大信号模型仿真波形图三、 小信号模型假设，gv (t)=V +v (t)d(t)=D+d(t)(t)=(t)v(t)=V+v(t)(t)=(t)g g g g g i I i i I i ΛΛΛΛΛ⎧⎪⎪⎪⎪⎨+⎪⎪⎪⎪+⎩ 且各变量的扰动值远小于其稳态值。
Buck-boost变换器建模及仿真Buck-boost 变换器建模及仿真1、Buck-boost 变换器平均开关模型利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为，二极管的前向导通压降为0.8v 。
gV )(t v图1 Buck-boost 变换器电路图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有、、和四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入变量表示出来。
在此，我们选择和作为输入变量。
接下来我们要求出这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。
)(1t v s dT sT (1i sdT s)(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v图2 开关网络电压电流的曲线图根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值：（1）（2）（3）（4）由式（3）与（4）得（5）将公式（1）与（5）代入（3）中得（6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子：（7）由（1）与（2）得（8）])([)()(')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12(2vD(2t i ss s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=>s +><+><+>=<><由式（7）（8）可以得到开关网络的平均开关模型，如图3所示：图3 平均开关模型把图1中的开关网络用图3所示的平均开关模型代替可得到图4所示的Buck-boost 变换器的开关模型电路。
1 概述直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
在模态1[0～t on ]：t=0时，V 导通，电源电压E 加在电感L 上，电感电流线性增长，二极管VD 截止，负载电流有电容C 提供：E dt di L = R U I o o =o o I dtdU C =t=t on 时，电感电流增大到最大值i Lmax ，V 关断。
在V 导通期间电感电流增加量Δi L 为TLE i L α=∆ 在模态2[t on ～T]：t=t on 时，V 关断，VD 续流，电感L 储存的能量转换为负载功率并给电容C 充电 ，i L在输出电压U o 的作用下下降：o L U dt diL = RU dt dU C I dt dU C i oo o o L +=+= t=T 时，i L 减小到最小值i Lmin ，在t on ~T 期间i L 的减小量为Δi L 为T LUt L U i o off o L )1(α-==∆此后，V 又导通，转入下一个工作周期。
由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两个过程：第一个是V 开通L 储存能量的过程，第二个是电感能量向负载和电容C 转移的过程。
稳态工作时，V 导通期间i L 增长量应等于V 关断期间i L 的减少量，或一个工作周期内作用在电感L 上电压的伏秒面积为零，有αα-=1E U o (2-1)由式（2-1）知，若α=0.5，则U o =E ；若α<0.5，则U o <E ；若α>0.5，则U o >E 。
若不计变压器损耗，则输入电流平均值I i 和输出电流的平均值I o 之比为αα-1o i =I I （2-2） 开关管V 截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压与输出电压之和，这也是二极管VD 截止时所承受的电压 ααoo ce -1U EU E U U VD ==+== （2-3）由图3可见，电感电流平均值I L 等于V 和VD 导通期间流过的电流平均值I V 和I VD 之和，即VD V L L L I I I +=+=2i i minmax αf i i i min max L EL L L =-=∆电感电流最大值i Lmax 和最小值i Lmin 分别为αf 2i 21i max L EI I L L L L +=∆+= （2-4）αf2i 21i min L EI I L L L L -=∆-= （2-5）负载电流I o 等于流过二极管VD 电流的平均值I VD ，即在t=t on ～T 期间，电感电流的平均值为）（α-==1oo L I R U I （2-6）αL I I =i（2-7）开关管V 和二极管VD 电流的最大值i Vmax 、i VDmax 等于电感电流的最大值i Lmax）（αα-+-=∆+===1f21i 21i i i o o max max max L U I I LL L VD V （2-8） 因为电容很大，因此输出电压在一个开关周期内变化较小，则输出电压脉动量可用V 导通期间电容C 放电量Q C =I o αT 计算，因Q C =C·ΔU o ，故f o o C I U α=∆ （2-9）3 主电路参数的计算本电路要求输入电压为40V ，输出电压为50V ，输出功率P 为400W ，输入纹波电流为输入电流平均值的2.5%，输出纹波电压为输出电压平均值的2.5%，开关频率为100kHZ 。
占空比：由式（2-1）可得占空比ooU E U +=α，则α为0.556。
输出电流（二极管电流）的平均值：因为电容足够大，忽略电容电流，则oo U PI I VD ===8A 。
由式（2-2）可得，输入电流（电感电流）的平均值I i =10.02A 。
电感：根据纹波电流为输入电流平均值的2.5%，可得在开关管导通期间电感电流的增量为Δi L =0.502A ，因此电感值LTE L i ∆=α=0.443mH 。
电容：根据输出纹波电压为输出电压平均值的2.5%，可得在开关管导通期间电容电压的增量为ΔU o =2.5V ，则由式（2-9）可得电容值fo o U I C ∆=α=17.8uF 。
开关管的选择：流过开关管的电流最大值）（αα-+-=1f21i o o max L UI V =18.27A ，开关管承受的最大反向电压为50V ，平均值为31.85V ，考虑一定的裕量，承受的最大反向电压为63.7V 。
二极管的选择：二极管所承受的最大电流和最大反向电压与开关管的相同，分别为18.27A 和63.7V 。
x 10-3vsuRpowerguiContinuous ivdis1is i +-iR3i +-iR V v+-R Pulse LIGBTg C E DiodeC A i+-4 MATLAB 仿真用MATLAB 软件搭建如下仿真图，按第3章计算的参数对相关的元器件进行设定并进行仿真。
图4-1 Buck/Boost 仿真接线图以下为仿真结果：图4-2 输出电流仿真图（整体）图4-2为仿真电路输出电流的波形，可见在仿真运行一段时间后，其数值稳定在7A~8A 之间，为了看的更加清晰，将其进行局部放大，如图4-3为输出电流的局部放大仿真图，由可见其值基本稳定在7.35A 。
x 10-3x 10-3 图4-3 输出电流仿真图（局部放大）图4-4 输出电压仿真图（整体）图4-4为仿真电路输出电压的波形，在仿真运行一段时间后，其数值稳定在40V~50V 之间，为了看的更加清晰，将其进行局部放大，如图4-5为输出电压的局部放大仿真图，由可见其值基本稳定在47.9V 。
图4-5 输出电压仿真图（局部放大）图4-6 电感电流仿真图（整体）图4-6为仿真电路电感电流的波形，在仿真运行一段时间后，其数值稳定在10A~12A 之间，为了看的更加清晰，将其进行局部放大，如图4-7为电感电流的局部放大仿真图，由可见其值基本稳定在11.45A 。
经过MATLAB仿真得出的输出电流平均值为7.35A，输出电压平均值为47.9V，电感电平均值为11.45A，虽与计算值8A、50V有一定偏差，ΔUo<2.5V，ΔIo略大于0.502A，但纹波电流和纹波电压都小于2.5%，可见仿真结果与设计要求基本符合。
5 结论本文给出了Buck/Boost直流变换器的主电路的结构图、在电感电流连续时的主要波形，并对其工作原理进行了详细的分析，按照要求计算出了主电路元器件的相关参数，再利用MATLAB搭建仿真线路图进行仿真，得出仿真波形，从仿真出的波形图与计算出的数据进行比较，误差值在规定范围内，可见此设计时比较成功的。
心得体会通过这一周对Buck/Boost变换器的课程设计，加深了我对Buck/Boost直流斩波电路工作原理的理解，也丰富了我对直流-直流变换器的认识，让我知道除了Buck斩波电路、Boost斩波电路之外，还有其他功能强大且应用广泛的斩波电路。
除此之外，通过使用MATLAB软件进行仿真，让我了解了MATLAB这款软件了工作环境、工作面板，一定程度上了解了MATLAB的使用和操作方法，为日后对此软件的使用打下了基础。
电力电子技术在我们的生活中应用十分广泛且占有重要地位，我们一定要学好它。
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