JP2522407B2 - Pulse generator for pulse width modulation - Google Patents
Pulse generator for pulse width modulationInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、変調波の周波数が高いときは搬送波をこ
の変調波に同期の状態でパルス幅変調用パルスを発生
し、変調波の周波数が低いときは搬送波が非同期の状態
でパルス幅変調用パルスを発生し、かつ同期から非同期
への切換え、あるいは非同期から同期への切換えが円滑
に行えるパルス幅変調用パルス発生装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention generates a pulse width modulation pulse in a state where a carrier wave is synchronized with a modulated wave when the frequency of the modulated wave is high, and the frequency of the modulated wave is The present invention relates to a pulse width modulation pulse generator that generates a pulse width modulation pulse when a carrier wave is in an asynchronous state and can smoothly switch from synchronous to asynchronous or from asynchronous to synchronous.
正弦波形の変調波と、この変調波よりも高い周波数の
３角波形の搬送波との大小関係を比例することで、パル
ス幅変調されたパルス列を得るので、直流を交流に変換
するインバータに、このパルス幅変調（以下ではPWMと
略記する）されたパルスを用いることで、高調波含有率
が少い正弦波形の交流への変換を効率よく行うことがで
きるが、このようなインバータをPWMインバータと称し
ている。Since the pulse width modulated pulse train is obtained by proportionally comparing the magnitude relationship between the sine wave modulated wave and the triangular wave carrier having a frequency higher than this sine wave, the inverter for converting DC to AC By using a pulse width modulated (abbreviated as PWM in the following) pulse, it is possible to efficiently convert a sinusoidal waveform with a low harmonic content rate to alternating current. I am calling it.
ところで、このPWMインバータでは、変調波の周波数
を変化させると、これに対応して出力交流の周波数が変
化するので、従来は速度制御が艱難だった誘導電動機
を、PWMインバータを電源にすることで、所望速度で駆
動できるので、多用されるようになった。By the way, in this PWM inverter, when the frequency of the modulated wave is changed, the frequency of the output AC changes correspondingly, so by using the PWM inverter as the power source for the induction motor, which was difficult to control speed in the past. Since it can be driven at a desired speed, it has become popular.
上述のPWMパルスを発生するにあたって、従来は変調
波と搬送波とは非同期の状態でパルス幅変調を行ってい
た。PWMインバータで大容量の電動機を駆動する場合、
インバータを構成している半導体スイッチ素子は、スイ
ッチング周波数を高くできないサイリスタとなるため
に、変調波と搬送波との位相差のために、基本波成分が
変化し、当該PWMインバータの出力電圧にうなりを生じ
る不都合があった。In generating the above-mentioned PWM pulse, conventionally, the modulated wave and the carrier wave are asynchronously pulse-width modulated. When driving a large capacity electric motor with a PWM inverter,
Since the semiconductor switch element that constitutes the inverter is a thyristor that cannot increase the switching frequency, the fundamental wave component changes due to the phase difference between the modulated wave and the carrier wave, causing the output voltage of the PWM inverter to beat. There was an inconvenience.
そこでこの発明の目的は、変調波と搬送波とを同期さ
せることにより、電圧にうなりを生じる不都合を回避す
ることにある。しかしながら変調波が低周波数のときも
搬送波を同期させると、この搬送波の周波数が低くなる
不都合があるので、これも合わせて解決しようとするも
のである。Therefore, an object of the present invention is to avoid the inconvenience of causing beats in the voltage by synchronizing the modulated wave and the carrier wave. However, if the carrier wave is synchronized even when the modulated wave has a low frequency, the frequency of the carrier wave becomes low, and this is also the problem to be solved.
上記の目的を達成するための、この発明のパルス幅変
調用パルス発生装置は、可変周波数の変調波と、３角波
形の変調波との大小関係を比較することで、パルス幅変
調用パルスを発生する装置において、前記変調波の周波
数指令値に比例した周波数のパルス列を発生するパルス
発生手段と、このパルス列を正転時にはアップカウント
し、逆転時にはダウンカウントするアップダウンカウン
タと、前記搬送波のデータを収納して、このアップダウ
ンカウンタからの信号を入力するメモリーと、このメモ
リーからの信号と、別途設定する変調率信号とを入力し
て、両者の大小関係を比較することで同期パルス幅変調
用パルスを出力するデジタルコンパレータと、前記搬送
波の位相が90度の第１時点と、270度位相の第２時点で
パルスを発するタイミングパルス発生手段と、この第１
時点から、搬送波の90度位相から270度位相までの間で
この搬送波と変調波とが交差するまでの第１時間を演算
する第１時間演算手段と、前記第２時点から、搬送波の
270度位相から次の周期の90度位相までの間でこの搬送
波と変調波とが交差するまでの第２時間を演算する第２
時間演算手段と、これら第１時点と第１時間および第２
時点と第２時間とを入力して、非同期のパルス幅変調用
パルスを発生する非同期パルス発生手段と、前記同期パ
ルス幅変調用パルスと非同期パルス幅変調用パルスとの
切換えを、同期から非同期へは前記変調波の位相が零度
か120度または240度の時点で切換指令を発令し、正転時
の非同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度
または240度であって前記搬送波の位相が270度から360
度までの間にある時点で切換指令を発令し、逆転時の非
同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度かま
たは240度であって前記搬送波の位相が零度から90度ま
での間にある時点で切換指令を発令する同期・非同期切
換手段と、この同期・非同期切換手段の指令に従って、
前記同期パルス幅変調用パルスまたは非同期パルス幅変
調用パルスのいずれかを選択するデータセレクタとで構
成するものとする。In order to achieve the above-mentioned object, a pulse width modulation pulse generator according to the present invention compares a magnitude relationship between a variable frequency modulation wave and a triangular waveform modulation wave to generate a pulse width modulation pulse. In the generating device, pulse generating means for generating a pulse train having a frequency proportional to the frequency command value of the modulated wave, an up-down counter for up-counting this pulse train during forward rotation and a down-counting during reverse rotation, and the carrier wave data. And a memory for inputting the signal from the up / down counter, a signal from this memory, and a modulation rate signal set separately, and by comparing the magnitude relationship between the two, synchronous pulse width modulation A digital comparator for outputting a pulse for use, a timing for emitting a pulse at the first time point when the phase of the carrier wave is 90 degrees and the second time point when the phase of the carrier wave is 270 degrees And Guparusu generating means, the first
First time calculating means for calculating a first time from the time point until the carrier wave and the modulated wave cross each other between the 90-degree phase and the 270-degree phase of the carrier wave;
A second time for calculating a second time until the carrier wave and the modulated wave cross each other between the 270-degree phase and the 90-degree phase of the next cycle.
Time calculation means, and the first time point, the first time, and the second time point
Asynchronous pulse generating means for generating an asynchronous pulse width modulation pulse by inputting a time point and a second time, and switching of the synchronous pulse width modulation pulse and the asynchronous pulse width modulation pulse from synchronous to asynchronous Is a switching command when the phase of the modulated wave is 0 °, 120 ° or 240 °, and the phase of the modulated wave is 0 °, 120 ° or 240 ° from the asynchronous to the synchronous during forward rotation, and the carrier wave Phase of 270 degrees to 360
The switching command is issued at a point in time between 0 degree and the phase of the modulated wave is 0 degree or 120 degree or 240 degree and the phase of the carrier wave is from 0 degree to 90 degree from asynchronous to synchronous at the time of reverse rotation. According to the instruction of the synchronous / asynchronous switching means and the synchronous / asynchronous switching means that issues a switching command at a point in time
A data selector for selecting either the synchronous pulse width modulation pulse or the asynchronous pulse width modulation pulse.
この発明は、変調波の周波数が高い領域では、搬送波
の周波数を変調波周波数の３の整数倍とし、かつ両者を
同期させた状態でPWMパルスを発生させるようにして、
電圧のうなりを抑制するとともにスイッチング損失の低
減と、高調波の低減とを図っている。また変調波周波数
が低い領域では、搬送波周波数を一定にすることで非同
期PWMパルスを発生させ、制御性の向上を図っている。
そのために、同期PWMパルスと非同期PWMパルスとの切換
えが必要となるが、上述したように同期PWMパルス発生
時の変調比が３の整数倍であることから、変調波の位相
が零度か120度または240度の時点では、搬送波の位相は
零度であり、かつその傾斜が同じであるから、この時点
を選んで同期PWMパルスと比同期PWMパルスとの切換えを
行って、搬送波の同期を強制的に行わせるような無理を
回避でき、円滑な切換えを実現させようとするものであ
る。According to the present invention, in a region where the frequency of the modulated wave is high, the frequency of the carrier wave is set to an integral multiple of 3 of the frequency of the modulated wave, and the PWM pulse is generated in a state where both are synchronized,
The beat of the voltage is suppressed, the switching loss is reduced, and the harmonics are reduced. In the low modulated wave frequency range, the carrier frequency is kept constant to generate asynchronous PWM pulses to improve controllability.
Therefore, it is necessary to switch between the synchronous PWM pulse and the asynchronous PWM pulse. However, since the modulation ratio when the synchronous PWM pulse is generated is an integer multiple of 3 as described above, the phase of the modulated wave is zero degrees or 120 degrees. At 240 degrees, the carrier phase is zero degrees and the slopes are the same.Therefore, at this point, the synchronous PWM pulse and the ratio synchronous PWM pulse are switched to force the carrier synchronization. It is intended to realize smooth switching by avoiding the unreasonableness caused by the above.
第１図は本発明の実施例をあらわしたブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
この第１図において、n1ビットのデータとして送られ
てくる変調波の周波数信号は、パルス発生回路11におい
て一連のパルス列に置換される。In FIG. 1, the frequency signal of the modulated wave sent as n1 bit data is replaced in the pulse generation circuit 11 by a series of pulse trains.
第２図は第１図の実施例回路に図示のパルス発生回路
の構成をあらわした回路図であって、クロック15と、複
数の加算器16A,16B……16Cおよび複数のフリップフロッ
プ17A,17B……17Cとで構成している。このような構成に
より、n1ビットの周波数データに比例した周波数のD1〜
Dn1のパルス列が、このパルス発生回路から出力される
のであるが、第２図に示す回路では、パルス列の周波数
がD1〜Dn1のデータの変化に対して連続的に変化する。FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the pulse generating circuit shown in the embodiment circuit of FIG. 1, which includes a clock 15, a plurality of adders 16A, 16B ... 16C and a plurality of flip-flops 17A, 17B. …… It consists of 17C. With this configuration, the frequency of D 1 ~
The pulse train of D n1 is output from this pulse generating circuit, but in the circuit shown in FIG. 2, the frequency of the pulse train continuously changes in response to changes in the data of D 1 to D n1 .
この第２図に示す構成のパルス発生回路11が出力する
パルスをトリガにして、アップダウンカウンタ12は、回
転方向指令が正転のときはたとえばアップカウントする
ものとすれば、逆転時はダウンカウントすることで、n2
ビットのメモリー13のアドレスデータを形成する。この
メモリー13には３角波形の搬送波の３角波データを格納
しているので、このメモリー13の出力と変調率信号とを
デジタルコンパレータ14へ入力すると、この両者を比較
することで同期PWMパルスが作成されてこれをデータセ
レクタ12に送出する。なおこのPWMパルスを３相インバ
ータに使用する場合は、メモリー13は当然、位相が相互
に120度づつずれた３相データを出力することになる。When the pulse output from the pulse generation circuit 11 having the configuration shown in FIG. 2 is used as a trigger, the up / down counter 12 counts up when the rotation direction command is forward rotation, for example. By doing n2
It forms the address data of the memory 13 of bits. Since the memory 13 stores the triangular wave data of the triangular wave carrier, when the output of the memory 13 and the modulation rate signal are input to the digital comparator 14, the both are compared to obtain the synchronous PWM pulse. Is created and sent to the data selector 12. When this PWM pulse is used in a three-phase inverter, the memory 13 naturally outputs three-phase data whose phases are shifted from each other by 120 degrees.
変調波周波数が低い領域でも、搬送波周波数を変調波
周波数に比例させると、この搬送波周波数値が小さくな
って、制御性が低下するなどの不都合を生じる。そこで
変調波周波数が所定値以下になった場合でも、搬送波周
波数は一定値を維持することで、上記の不都合を回避す
るのであるが、このとき搬送波は変調波と非同期とな
る。Even in a region where the modulation wave frequency is low, if the carrier wave frequency is made proportional to the modulation wave frequency, the carrier wave frequency value becomes small, which causes inconvenience such as deterioration of controllability. Therefore, even if the frequency of the modulated wave becomes equal to or lower than a predetermined value, the above-mentioned inconvenience is avoided by maintaining the constant value of the carrier frequency, but at this time, the carrier becomes asynchronous with the modulated wave.
第３図は第１図の実施例回路に図示の非同期パルス発
生回路の動作をあらわした動作波形図であって、第３図
（イ）は変調波と搬送波の波形、第３図（ロ）は非同期
PWMパルスの変化、第３図（ハ）はタイミングパルスの
状況を、それぞれがあらわしている。FIG. 3 is an operation waveform diagram showing the operation of the asynchronous pulse generating circuit shown in the embodiment circuit of FIG. 1, and FIG. 3 (a) is the waveform of the modulated wave and the carrier wave, and FIG. 3 (b). Is asynchronous
Changes in the PWM pulse, and Fig. 3 (c) shows the situation of the timing pulse.
第１図におけるタイミングパルス発生回路21は、搬送
波の位相が90度の時点と270度の時点を検出するタイミ
ングパルス（第３図（ハ）参照）を非同期パルス発生回
路24へ入力している。The timing pulse generation circuit 21 in FIG. 1 inputs timing pulses (see FIG. 3C) for detecting the time points when the phase of the carrier wave is 90 degrees and 270 degrees to the asynchronous pulse generation circuit 24.
３角波形の搬送波と変調波とは、搬送波の位相が90度
から270度までの間で１回交差し、かつ位相が270度から
の次の周期の90度までの間で１回交差している（第３図
（イ）参照）。そこで前述した90度と270度でのタイミ
ングパルスを基準にして、搬送波と変調波とが交差する
までの第１時間T1を第１時間演算回路22で演算し、かつ
第２時間T2を第２時間演算回路23で演算し、それぞれの
データを非同期パルス発生回路24に与えることで、第３
図（ロ）に示す非同期PWMパルスを作成するので、これ
をデータセレクタ26に送出する。The triangular wave carrier and the modulated wave cross once for the phase of the carrier between 90 degrees and 270 degrees, and once for the phase between 270 degrees and 90 degrees of the next cycle. (See FIG. 3 (a)). Therefore, with reference to the timing pulses at 90 degrees and 270 degrees described above, the first time T 1 until the carrier wave and the modulated wave intersect is calculated by the first time calculation circuit 22, and the second time T 2 is calculated. The second time arithmetic circuit 23 performs arithmetic operation, and each data is given to the asynchronous pulse generating circuit 24.
Since the asynchronous PWM pulse shown in FIG. 7B is created, it is sent to the data selector 26.
同期・非同期切換回路25は、同期・非同期切換指令の
発令（すなわち変調波の周波数が前述した所定値を通過
する場合）に対応して、データセレクタ26に対して、適
切なタイミングで切換えを指令するのであれば、この切
換えは下記の条件を満足した時点で行うようにしてい
る。The synchronous / asynchronous switching circuit 25 commands the data selector 26 to switch at an appropriate timing in response to the issuance of the synchronous / asynchronous switching command (that is, when the frequency of the modulated wave passes the predetermined value described above). If so, this switching is performed when the following conditions are satisfied.
ａ）同期PWMパルスから非同期PWMパルスへの切換えは正
転・逆転に拘らず、変調波の電圧位相が零度か120度か
または240度の時点で行う。a) The switching from the synchronous PWM pulse to the asynchronous PWM pulse is performed at the time when the voltage phase of the modulated wave is zero degrees, 120 degrees, or 240 degrees regardless of the forward rotation and the reverse rotation.
ｂ）非同期PWMパルスから同期PWMパルスへの切換えは、
正転時は変調波の電圧位相が零度から120度かまたは240
度で、かつ搬送波位相が270度から360度までの間の時点
で行う。b) Switching from asynchronous PWM pulse to synchronous PWM pulse
During forward rotation, the voltage phase of the modulated wave is 0 to 120 degrees or 240
And the carrier phase is between 270 and 360 degrees.
ｃ）非同期PWMパルスから同期PWMパルスへの切換えは、
逆転時は変調波の電圧位相が零度か120度かまたは240度
で、かつ搬送波位相が零度から90度までの間の時点で行
う。c) Switching from asynchronous PWM pulse to synchronous PWM pulse
The reverse rotation is performed when the voltage phase of the modulated wave is zero degrees, 120 degrees, or 240 degrees, and the carrier wave phase is between zero degrees and 90 degrees.
前述したように、変調比が３の整数倍であることか
ら、変調波位相が零度、120度、240度の時点では、搬送
波位相は零度であることから、同期と比同期との切換え
は円滑に実施できる。As described above, since the modulation ratio is an integral multiple of 3, the carrier wave phase is zero at the time of the modulated wave phase of 0 °, 120 °, and 240 °, so switching between synchronization and ratio synchronization is smooth. Can be carried out.
この発明によれば、PWMパルスの作成にあたって、変
調波周波数が所定値以上のときは搬送波周波数を３の整
数倍として、両者を同期した状態でPWMパルスを作成
し、変調波周波数が前記所定値を下廻るときは、搬送波
周波数を一定値にすることで、両者から非同期の状態で
PWMパルスを作成するが、このようにすることで高周波
数領域では高調波の低減とスイッチング損失の低減を実
現し、低周波数領域では制御性を向上できる効果が得ら
れる。さらに同期と非同期との切換えを、搬送波が零位
相となる適切なタイミングで行うことにより円滑な切換
えができる。従ってこのPWMパルス発生装置をインバー
タに適用して電動機を駆動すれば、当該電動機は、低速
から高速までの広い速度領域を円滑に運転できることと
なる。According to the present invention, when a modulated wave frequency is equal to or higher than a predetermined value, a carrier wave frequency is set to an integer multiple of 3 to create a PWM pulse in a state where both are synchronized, and the modulated wave frequency is set to the predetermined value. When it falls below, by setting the carrier frequency to a constant value
A PWM pulse is created. By doing so, harmonics and switching loss can be reduced in the high frequency region, and controllability can be improved in the low frequency region. Further, smooth switching can be performed by switching between synchronous and asynchronous at an appropriate timing when the carrier wave has a zero phase. Therefore, if this PWM pulse generator is applied to an inverter to drive an electric motor, the electric motor can smoothly operate in a wide speed range from low speed to high speed.
第１図は本発明の実施例をあらわしたブロック図、第２
図は第１図の実施例回路に図示のパルス発生回路の構成
をあらわした回路図、第３図は第１図の実施例回路に図
示の非同期パルス発生回路の動作をあらわした動作波形
図である。 11……パルス発生回路、12……アップダウンカウンタ、
13……メモリー、14……デジタルコンパレータ、15……
クロック、16A,16B,16C……加算器、17A,17B,17C……フ
リップフロップ、21……タイミングパルス発生回路、22
……第１時間演算回路、23……第２時間演算回路、24…
…非同期パルス発生回路、25……同期・非同期切換回
路、26……データセレクタ。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the pulse generating circuit shown in the embodiment circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is an operation waveform diagram showing the operation of the asynchronous pulse generating circuit shown in the embodiment circuit of FIG. is there. 11 …… Pulse generator, 12 …… Up / down counter,
13 …… Memory, 14 …… Digital comparator, 15 ……
Clock, 16A, 16B, 16C ... Adder, 17A, 17B, 17C ... Flip-flop, 21 ... Timing pulse generation circuit, 22
...... First time arithmetic circuit, 23 ...... Second time arithmetic circuit, 24 ...
… Asynchronous pulse generation circuit, 25 …… Synchronous / asynchronous switching circuit, 26 …… Data selector.
Claims (1)
との大小関係を比較することで、パルス幅変調用パルス
を発生する装置において、前記変調波の周波数指令値に
比例した周波数のパルス列を発生するパルス発生手段
と、このパルス列を正転時にはアップカウントし、逆転
時にはダウンカウントするアップダウンカウンタと、前
記搬送波のデータを収納して、このアップダウンカウン
タからの信号を入力するメモリーと、このメモリーから
の信号と、別途設定する変調率信号とを入力して、両者
の大小関係を比較することで同期パルス幅変調用パルス
を出力するデジタルコンパレータと、前記搬送波の位相
が90度の第１時点と、270度位相の第２時点でパルスを
発するタイミングパルス発生手段と、この第１時点か
ら、搬送波の90度位相から270度位相までの間でこの搬
送波と変調波とが交差するまでの第１時間を演算する第
１時間演算手段と、前記第２時点から、搬送波の270度
位相から次の周期の90度位相までの間でこの搬送波と変
調波とが交差するまでの第２時間を演算する第２時間演
算手段と、これら第１時点と第１時間および第２時点と
第２時間とを入力して、非同期のパルス幅変調用パルス
を発生する非同期パルス発生手段と、前記同期パルス幅
変調用パルスと非同期パルス幅変調用パルスとの切換え
を、同期から非同期へは前記変調波の位相が零度か120
度かまたは240度の時点で切換指令を発令し、正転時の
非同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度ま
たは240度であって前記搬送波の位相が270度から360度
までの間にある時点で切換指令を発令し、逆転時の非同
期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度かまた
は240度であって前記搬送波の位相が零度から90度まで
の間にある時点で切換指令を発令する同期・非同期切換
手段と、この同期・非同期切換手段の指令に従って、前
記同期パルス幅変調用パルスまたは非同期パルス幅変調
用パルスのいずれかを選択するデータセレクタとで構成
していることを特徴とするパルス幅変調用パルス発生装
置。1. In a device for generating a pulse for pulse width modulation by comparing the magnitude relationship between a modulated wave of a variable frequency and a modulated wave of a triangular waveform, a frequency proportional to the frequency command value of the modulated wave. Pulse generating means for generating the pulse train, an up-down counter for up-counting this pulse train during forward rotation and a down-counting during reverse rotation, and a memory for storing the data of the carrier wave and inputting a signal from this up-down counter. , A signal from this memory, and a modulation rate signal that is set separately, are input, a digital comparator that outputs a pulse for synchronization pulse width modulation by comparing the magnitude relationship between the two, and the carrier phase is 90 degrees. Timing pulse generating means for issuing a pulse at the first time point of the second time point of the 270 degree phase, and from the first time point of the 90 degree phase of the carrier wave First time calculating means for calculating a first time until the carrier wave and the modulated wave cross each other up to a phase of 270 degrees, and from the second time point, from a phase of 270 degrees of the carrier wave to a phase of 90 degrees of the next cycle. The second time calculating means for calculating the second time until the carrier wave and the modulated wave cross each other, and the first time point and the first time point and the second time point and the second time point, and Asynchronous pulse generating means for generating an asynchronous pulse width modulation pulse, and switching between the synchronous pulse width modulation pulse and the asynchronous pulse width modulation pulse are switched from synchronous to asynchronous by setting the phase of the modulated wave to zero degrees or 120 degrees.
The change command is issued at the time of 0 degree or 240 degree, and the phase of the modulated wave is 0 degree, 120 degree or 240 degree, and the phase of the carrier wave is from 270 degree to 360 degree from asynchronous to synchronous at the time of forward rotation. The switching command is issued at some point during the period, and the phase of the modulated wave is zero degrees, 120 degrees, or 240 degrees and the phase of the carrier wave is from zero degrees to 90 degrees from asynchronous to synchronous during reverse rotation. Consists of a synchronous / asynchronous switching means for issuing a switching command at a certain time point, and a data selector for selecting either the synchronous pulse width modulation pulse or the asynchronous pulse width modulation pulse according to the command of the synchronous / asynchronous switching means. A pulse generator for pulse width modulation, which is characterized by:
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Families Citing this family (3)
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-
1989
- 1989-09-14 JP JP1238696A patent/JP2522407B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03103078A (en) | 1991-04-30 |
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