240W开关稳压电源设计

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1、辽宁工业大学电力电子技术课程设计论文题目：240冲桥型开关稳压电源设计院系:电气工程学院专业班级：电气102学 号:100303044学生姓名：邹伟龙指导教师： 签字起止时间:2021-12-31 至 2021-1-11课程设计论文任务及评语院系：电气工程学院教研室： 电气教研室学 号100303044学生姓名 邹伟龙 专业班级 电气102 课程设计论文题目 240V桥型开关稳压电源设计 课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功 能、要求、技术参数祓100303044探生屈弄伟龙专业班级电气102课程埋帛膈也杵240W 半乔型开关稳压电源该订舞程该订 k论文j 任务 舞题完成的该I任务芨功 能

2、、要求、技术参数学生姓名 邹伟龙 专业班级 电气102课程设计论文题目240计桥型开关稳 压电源设计 课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参 数邹伟龙 专业班级 电气102课程设计论文题目240W桥型开关稳压电源设计课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数专业班级 电气102课程设计论文题目240V桥型开关稳压电源设计课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数电气102课程设计论文题目240V桥型开关稳压电源设计 课程设计论文 任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课程设计论文题目240M桥型开关稳压电源设计课程设计论文任务课程设计论文

3、题目240V桥型开关稳压电源设计 课程设计论文任务 课 题完成的设计任务及功能、要求、技术参数240衅桥型开关稳压电源设计课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课程设计论文任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为实验室电子设备提供24V稳压范围宽、大功率直流电源，以取代低效率的线 性稳压电源。设计任务1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、逆变电路设计。4、通过计算 选择器件的具体型号。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。要求1、2、3、1、文字在

4、4000字左右。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、标准。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、输入电压单相170 260V。2、输入交流电频率45-65HZ 3、输出直流电压 24V叵定。4、输出直流电流10A。5最大功率：250W 6、稳压精度：直流输出电 压整定值的1%。 进度方案 第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论 证；第4天：输入整流滤波电路设计；第 5天：逆变电路设计；第6天：确定高频 变压器变比及容量；第7天：输出整流滤波电路设计；第 8天：控制电路设计；第 9天：总结并撰写说明书；第10天：辩论 指导教师评语及成绩进度方案第1天：集中学习；第2天

5、：收集资料；第3天：方案论证；第4天： 输入整流滤波电路设计；第5天：逆变电路设计；第6天：确定高频变压器变比及 容量；第7天：输出整流滤波电路设计；第 8天：控制电路设计；第9天：总结并 撰写说明书；第10天：辩论 指导教师评语及成绩进度方案第1天：集中学习：第2天：收集资料：第3天：方案论证：第4天：输入本科生课程设计论文注：成绩：平时20% 论文质量60% 辩论20%以白分制计算本科生课程设计论文开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优丁线性电源，因此已经根本取代 了线性电源，成为电子热备供电的主要形式，受到人们的宵睐.随着开关电源在计算 机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广

6、泛应用，人们对其需求量日 益增长。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率 低、乂笨乂重的线性电源。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业效劳，信息 技术的开展对电源技术乂提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的开展。本 次设计采用反激式开关电源，以 UC3842作为控制核心器件，运用脉宽调制的根本 原理。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的平安工作提供保障。关键词：整流电路；逆变电路；驱动电路目录PAGEREF _TOC45691PAGERE_TO(5304 1PAGERE_TO(5188 2HYPERLINK L _TOC4569 第 1 章 绪论HYPER

7、LINKl _TOC5304 1.1电力电子技术概况HYPERLINKL TOC5188 1.2 本文设计内容.HYPERLINK L _TOC24213 第 2 章 开关稳压电源电路设计 PAGEREF _TOC242133HYPERLINKl TOC16504 2.1半桥型开关稳压电源总体设计方案PAGEREFTOC16504 3 HYPERLINKL _TOC17722 2.2 具体电路设计.PAGERE_TOC17722 5主电路设计AGEREF Toc12512整流电路设计 AGEREF Toc21662逆变电路设计AGEREF Toc30721驱动电路设计AGEREF Toc230

8、25整体电路设计AGEREF Toc10248HYPERLINKL _TO(6527 2.3 元器件型号选择.PAGEREFTO(6527 12HYPERLINK L _TOC5307 第 3 章 课程设计总结. PAGEREF _TOC530715HYPERLINK L TOC27029 参考文献 PAGEREF TOC2702916第1章绪论1.1电力电子技术概况目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用丁以电子计算机为主 导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发 展不可缺少的一种电源方式。并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电 源效率要更高

9、、性能更好、可靠性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料 以及改良装连方法，进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临 的课题。随着电力电子技术的不断创新，开关电源产业会有更广阔的开展前景。开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优丁线性电源，因此已经根本取代 了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们的宵睐。采用先整流滤 波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流滤波的方法。 这种采用高频开关方式进行电能变换的电源称为开关电源。随着电子技术和应用迅 速地开展，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。按鼓励方式分为他激式和自激 式；按调制方式分为脉宽调制

10、型、频率调制型和混合调制型；按开关管电流的工作本科生课程设计论文方式分开关型和谐振型；按开关晶体管的类型分为晶体管型和可控硅型；按储能电 感与负载的连接方式分为申联型和并联型；按晶体管的连接方式分为单端式、推挽 式、半桥式、全桥式。本文设计了一种半桥型开关稳压电源， 它具有驱动电路简单, 驱动功率小，开关速度快，开关频率高等优点。1.2本文设计内容开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优丁线性电源，因此已经根本取代 了线性电源，成为电子热备供电的主要电源形式，受到人们的宵睐。采用先整流滤 波、后经高频逆变得到高频交流电压，然后由高频变压器降压、再整流滤波的方法。 这种采用高频开关方式进行电能变

11、换的电源称为开关电源。整流电路采用单相桥式半控整流电路，由四个晶闸管、一个变压器和一个续流 二极管组成。并带有阻感负载。逆变电路采用半桥逆变电路，它有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个 反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互申联的足够大的电容，两个电容的连接 点便成为直流电源的中点。优点是简单，适用器件少。驱动电路采用IR2304芯片。它具有芯片体积小、集成度高、动态响应快、工作 频率高、驱动能力强等显著特点。整体电路由两局部构成。UC3854A/B及外围元器件构成控制局部，实现对网 侧输入电流和输出电压的控制。功率局部由 L2, Cs, S等元器件构成Boost升压电 路。开关管S选择西

12、门康公司的SKM75GB123D模块，其工作频率选在35 kHz。升 压电感L2为2mH/20A。C5采用两个450V/470H的电解电容并联。PAGE 15第2章开关稳压电源电路设计2.1半桥型开关稳压电源总体设计方案开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性问断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的根本构成如下列图所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心局部，此外还有起动、过流与过压保护、噪 声滤波等电路。输出采样电路R1、R2检测输出电压变化，与基准电压 Ur比拟, 误差电压经过放大及脉宽调制PWM电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比， 从而到

13、达调整输出电压大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求 不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低； 电路本钱比全桥电路低等。这种电路常常被用丁各种稳压输出的DC变换器DC/D破换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PW陵换器以及 工作波形为准正弦波的谐振型变换器。图2.1主体方框图随着电力电子技术的开展，电源技术被广泛应用丁各个行业。对电源的要求也 各有不同。本次设计的是一种功率较大，的开关电源。设计采用了 AC/DC/AC/DC变换方案。一次整流后的直流电压，经过有源 功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压 器

14、隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主要环节为有源功率因数校正电路、 DC/DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路和保护电路等。采用 UC3854A/B控制芯片组成功率因数校正电路来提高功率因数，用新型的芯片UC3825作为控制芯片来代替 SG3525,不仅外围电路简单，而且具有有容差过压限流功能，还 采用了新型IR2304作为驱动芯片，动态响应快，且自带死区，防止半桥上下管直通。该电路用高速双路PWF制器UC3825为控制芯片，功率MOSFET开关器件而 构成的推挽逆变器，逆变器输出经高频LC滤波后输出IMHz/100稣弦波功率信号。实验证明电路产生的波形质量好， 电路结构简单，控制方

15、便，并具有体积小，效率高的特点。低频小功率信号源往往用线性功率放大电路，其电路比拟简单，波形质量好，易丁 实现。而对丁高频、中大功率信号源用线性功率放大电路难以实现，特别是对丁要求1MHZ/100W正弦波功率信号源，采用线性功率放大电路，其电路结构复杂，调整困 难，不易实现。而采用高速双路 PWM空制器UC382期控制芯片，功率MOSFET开 关器件，经LC高频滤波，输出1MHZ/100M弦波功率信号源，其波形质量好，电路 结构简单，体积小，效率高。2.2具体电路设计2.2.1主电路设计反激式电源一般用在100w以下的电路，而本电源设计最大功率到达 250w,额 定电流为10A左右。在功率较大

16、的高频开关电源中，常用的主变换电路有推挽电路、 半桥电路、全桥电路等。其中推挽电路用的开关器件少，输出功率大，但开关管承 受电压高为电源电压的2倍，且变压器有6个抽头，结构复杂；全桥电路开关管 承受的电压不高，输出功率大，但需要的开关器件多4个，驱动电路复杂；半桥电 路开关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的电气性能 以及本钱等指标的综合比拟，本电源选用半桥式DC/DC变换器作为主电路。如图 2.2即为主电路图。图2.2主电路图图2.2中C1、C2、Q1、Q2和主变压器T1构成了半桥AC/DC变换电路。MOSFET 采用11NC380O电路的工作频率为80 kHz。变压器

17、采用E55的铁氧体磁芯，无须加 气隙。绕制时采用 兰段式绕法，以减小漏感。C4为隔直电容，用来阻断与不平衡 伏秒值成正比的直流分量，平衡开关管每次不相等的伏秒值。C3采用优质CBB无感电容。Ct是电流互感器，作为电流控制时取样用。D3、D4采用快恢复二极管，经过L1和C3平波滤波后输出OUT2给控制芯片供电，R1、R2那么是反应电压的采 样电阻。主变压器的输出 OUT为高频低压交流电。如图2.2.1所示，反应电压和输 出电压同一绕组，样，可以在负载变化时最大限度地保证输出电压的稳定。后级可 接一个或多个多路输出的变压器，然后通过整流电路整流，这样既能保证每路输出 都是独立的，乂可以得到任意大小

18、的电压。故可满足DSP等需要多路不同电压供电 且精度较高的要求。2.2.2整流电路设计对每个导电回路进行控制，相对丁全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利丁降低损耗！如果不加续流二极管，当a突然增大至180或出发脉冲丧失 时，由丁电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使 U诚为正弦半波，即半周期U炳正 弦，另外半周期为U炳零，其平均值保持稳定，相当丁单相半波不可控整流电路时 的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。电路简图如下：图2.3整流电路图与全控桥时相似，当负载中电感很大，且电路已工作丁稳态。在

19、U2正半周， 触发角a处给晶闸管D1加触发脉冲，U2经D1和D4向负载供电。U2过零变负时, 因电感作用使电流连续，D1继续导通。但因a点电位低丁 b点电位，使得电流从 D4转移至D2, D4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由 D1和D2续流。 此阶段，忽略器件的通态压降，贝U Ud=0,不像全控桥电路那样出现 Ud为负的情况。在U2负半周触发角a时刻触发D3, D3导通，那么向VT1加反向电压使之关断， U2经D3和D2向负载供电。U2过零变正时,D4导通，D2关断。D3和D4续流, Ud 乂为零。此后重复以上过程。2.2.3逆变电路设计半桥逆变电路原理如图，它有两个桥臂，每个桥臂由一

20、个可控器件和一个反并 联二极管组成。在直流侧接有两个相互申联的足够大的电容，两个电容的连接点便 成为直流电源的中点。负载连接在直流电源中点和两个桥臂连接点之间。当可控器件不具有门极可关断能力的晶闸管时，必须附加强迫换流电路才能正 常工作。半桥逆变电路的优点是简单，适用器件少。缺点是输出交流电压的幅值 Um仅为 Ud的二分之一，且直流侧需要两个电容申联，工作时还要控制两个电容器电压的均 衡。因此半桥电路常用丁几千瓦以下的小功率逆变电源。图2.4逆变电路图开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互 补。当负载为感性时，输出电压为矩形波。当V1或V2为通态时，负载电流和

21、电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当VD1或VD2为通态时，负载电流和电压反向， 负载电感中储存的能量向直流侧反应，即负载电感将其吸收的无功能量返回直流侧。 反应回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的 作用。VD1 VD疝为反应二极管，乂叫续流二极管。2.2.4驱动电路设计MOSFE的驱动可采用脉冲变压器，它具有体积小，价格低的优点，但直接驱动 时，脉冲的前沿与后沿不够陡，影响 MOSFET开关速度。在此，采用了 IR2304芯 片，它是IR公司新推出的多功能600v高端及低端驱动集成电路，它具有以下优点。1芯片体积小DIP8,集成度高可同时驱动同一桥臂的上、下

22、两只开关器件。2动态响应快，通断延迟时间 220/220 ns典型值、内部死区时间1000ns、 匹配延迟时间50ns。3驱动能力强，可驱动600v主电路系统，具有61 m 130mA俞出驱动能力， 栅极驱动输入电压宽达1020V。4工作频率高，可支持100 kHz或以下的高频开关。5输入输出同相设计，提供高端和低端独立控制驱动输出，可通过两个兼容3. 3v、5v和15v输入逻辑的独立CMO戡LSTFL输入来控制，为设计带来了很大的 灵活性。6低功耗设计，巩固耐用且防噪效能高。IR2304采用高压集成电路技术，整合 设计既降低本钱和简化电路，乂降低设计风险和节省电路板的空间，相比丁其它分 立式

23、、脉冲变压器及光耦解决方案，IR2304更能节省组件数量和空间，并提高可靠 性。7具有电源欠压保护和关断逻辑，IR2304有两个非倒相输入及交义传导保护功 能，整合了专为驱动电机的半桥 MOSFETIGBT电路而设的保护功能。当电源电压 降至4. 7v以下时，欠压锁定UVL0功能会立即关掉两个输出，以防止直通电流及 器件故障。当电源电压大丁 5v时那么会释放输出综合滞后一般为0.3v。过压HVIC 及防闭锁CMO皴术使IR2304非常巩固耐用。另外，IR2304还配备有大脉冲电流缓 冲级，可将交义传导减至最低；同时采用具有下拉功能的施密特Sohmill触发式输 入设计，可有效隔绝噪音，以防止器

24、件意外开通。如下列图所示为IR2304的连线图.INOHINOLINVBHOVCCVSCOMLO图2.5驱动电路图可以看出，IR2304具有连线简单，夕卜围元器件少的优点。其中 VCC由主电路中 OUT自供电，LIN和HIN分别接UC3825勺两个输出端，V以采用快恢复二极管，C1 为滤电容，C2为自举电容，最好采用性能好的钥电容， R1和R2为限流电阻。2.2.5整体电路设计为了提高系统的功率因数，整流环节不能采用二极管整流，采用了UC3854A/B控制芯片组成功率因数校正电路。UC3854A/BUnitrode公司一种新的高功率因 数校正器集成控制电路芯片，是在 UC3854根底上的改良，

25、其特点是采用平均电流 控制，功率因数接近1,高带宽，限制电网电流失真图2.6是由UC3854A/B控制的有源功率因数校正电路。LOAD该电路由两局部组成 输入电流和输出电压的控制 开关管S选择西门康公司的图2.6整体电路图UC3854A/ B及外围元器件构成控制局部，实现对网侧功率局部由L2, Cs, S等元器件构成Boost升压电路。SKM75GB123D模块，其工作频率选在 35 kHz。升压电4味居本科生课程设计论文感L2为2mH/20A。C5采用两个450V/470 H的电解电容并联。为了提高电路在 功率较小时的效率，所设计的PFC电路在轻载时不进行功率因数校正，当负载较大 时功率因数

26、校正电路自动投入使用。此局部控制由图1中的比拟器局部来实现。R10 及R11是负载检测电阻。当负载较轻时，R10及R11上检测的信号输入给比拟器， 使其输出端为低电平, D5导通，给ENA使能端低电平使UC3854A/B封锁。在 负载较大时ENA为高电平才让UC3854A/B工作。D6接到SS软启动端，在负载 轻时D6导通，使SS为低电平；当负载增大要求 UC3854A/B工作时，SS端电位 从零缓慢升高，控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。如图 2.7中各图所示即 为各种元件在电路中的波形。负找轻时PFC封我时电流波形wSM负栽重时PFC工作时电流波形：5 呻1divMOS管的驱动液形rS

27、pdliv史压嚣原边波形PAGE 17图2.7各种元件的波形图本科生课程设计(论文)2.3元器件型号选择1. 输入整流二极管的选择设输入交流电压为: 那么经过桥式整流后的平均 =220.2sinwt电压为：1 二u d 一 0 220、2 sin wtd(wt )440 、. 2 =198 VAGE 191二极管两端承受的最大反相电压为:上* 220 .2 =155.54V2所以根据实际 Un = (2 3)*155.54 =311.08V 466.62V 情况即可选择整流二 极管：IN4005 600V/1A2. 变压器的选择(1) 变比Kt电路中压降 U=2V半桥式电路变压器原边绕组所加电

28、(min) =98V选最大占空比为0.85, 压等丁输入电压的一半即U.Ui(min)Dmax Kt = 6U0max *U那么根据公式：(2) 铁心的选择A为铁心磁路截面积；Aw为铁心窗口面积；Pt为变压器传输的功率；f s为开关 频率； B为铁心材料所允许的最大磁通密度的变化范围； dc为变压器绕组导体的 电流密度；kc为绕组在铁心窗口中的填充因数。假设铁心材料为铁氧体那么 B=0.2T, dc=4A/mri2, kc=0.5。根据SG3525勺控制选择开关频率为100HZ根据公式：fs Bdckc120100*0.2*4*106*0.523000mm根据具体情况可选择型号为DE25的铁心

29、那么 A=40.00mn2, A=78.2mn2, A*Aw=3128 EMBED Equation.3可以满足要求。(3) 变压器的绕组结构：由丁铁磁材料的相对磁导率r很大，因此励磁电感通常也较大。如果铁心未夹紧，磁路中有气隙，那么励磁电感会急剧下降，励磁电流 成倍增加，导致变压器性能严重劣化。变压器的漏感同一次、二次绕组互相耦合的 紧密程度密切相关，耦合不够紧，那么漏感会增加。漏感对电路工作带来的影响主要 是负面的，给开关器件造成过电压、形成较大的损耗，过大的漏感还会造成占空比 的损失。因此变压器的设计应尽量减小漏感。减小漏感的方法主要是提高一次、二 次绕组耦合的紧密程度，如采用间隔绕组等

30、。3. 输出滤波电感的选择 I为允许的电感电流最大纹波峰峰值，取最大输出电流的20|3 2A。根据公式电感量为：X选定电感铁心：Ii=10+10*20%*0.5=11A4. 输出滤波电容的选择根据标准，输出电压的峰峰值 Vopp200mV考虑到功率开关管开关和输出整流二极管开关时造成的电压尖峰以及直流电压残留的100HZ纹波,可令输出电压的交流纹波为 VopP=50mV U=2V根据公式X根据具体情况可以选择两个4.7卜F/25V铝电解电容并联使用。5. 功率管的选择额定电压考虑到功率器件的开关速度和驱动电路的简洁，本电源拟选用MOSFET为功率开关管来构成半桥电路。整流滤波后的最大电压值为3

31、68V,功率开关管的额定电压一般要求高丁直流电压的两倍，那么功率开关管的额定电压选为800V。额定电流输出滤波电感电流的最大值为11A,那么变压器原边电流最大值为11A/6=1.8A , 这也是功率开关管中流过的最大电流。考虑到2倍余量2*1.8A=3.6A。根据实际情况选择IRFBE30其参数为800V/4.1A。6. 变压器二次侧整流二极管的选择(1) 额定电压变压器副边是双半波整流电路，加在整流二极管上的反相电压为：本科生课程设计(论文)在整流管开关时，有一定的电压震荡，因此要考虑2倍余量，可以选用2*123V=246V的整流管。(2) 额定电流在双半波整流电路中，在一个开关周期内，整流

32、管的开关情况是：当变压器副 边有电压时，只有一个整流管导通；当变压器副边电压为零时，两个整流管同时导 通，可近似认为它们流过的电流相等，即为平均负载电流的一半，可近似计算整流 管的电流为：整流管中流过的最大电流:PAGE 21本科生课程设计论文第3章课程设计总结直流稳压电源是工农业设备、仪器仪表、实验室广泛应用的一种电源，研制高 效率、稳定性好的稳压电源是人们一直追求的目标。近年来由丁全控型、高频电力 电子半导体器件和 PWM空制技术已开展到非常高水平，从而实现开关稳压电源小 型化、轻量化、高效率、高精度等优势，并在很多方面取代传统的调整式直流稳压 电源。高频开关稳压电源的变换电路形式有单端正

33、激、单端反激、全桥和半桥等形 式。本文设计的半桥型开关稳压电源采用性能稳定的常用PWME片SG3525来进行反应调整，电路具有开关管承受的耐压低，开关器件少，驱动电路简单等优点。变 压器初级在整个周期中都流过电流，磁芯利用得更充分，它克服了推挽式电路的缺 点，所使用的功率半导体器件耐压要求低、功率半导体器件饱和压降减少到最小、 对输入滤波电容使用电压要求也较低。PAGE 23参考文献1 王兆安.电力电子技术.第五版.北京：机械工业出版社，20032 赵永健.电力电子器件及其应用.北京：机械工业出版社，19963 孟志强.晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法，2003.64 陈国雄.电力电子变流技术.上海：上海交通大学出版社，2003.15 钱照明.电力电子装置电磁兼容研究最新进展.电工技术学报，2007.76 陈桥梁.集成化是电力电子技术的开展趋势.交流技术与电力牵引，2006.1