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48V5A—LLC自激,环路设计求助各位高手朋友!(附自激图)

各位电源的高手朋友们,本人设计了一个LLC谐振变换器,但是遇到了严重的自己问题.
参数如下:
输入  240~270VDC;
输出  48V,   5A;
变压器原边电感140u,漏感22u(相当于磁集成);
谐振电容  135n/630V;
开关管    IRFP460;
控制芯片  L6599;
设计工作频率70~200K
反馈采用431和光耦.

但是电路一进入闭环就开始自激,尝试过如下改变:
1、改变431反馈网络的零极点的位置,改变采用电阻的组合改变环路增益;
2、改变输出电容大小,从470u改到22u,也试过给电容串联0.5oh的电阻;
3、负载从轻载改变到重载.
以上尝试只能改变自激的频率,但是不能消除.
另外,将地线上串入一个1oh的电阻测试,发现只有50mv的杂波,可见地线冲击不大.

另外通过仿真发现,由于变压器原边电感小,LLC在低频下出现-80db以上的增益,
这与普通的电路拓扑完全不同,而且,轻载下有一个原边电感和输出电容的谐振峰,我怀疑自激与这些特性有极大关系.

请高手指点一下 反馈环路的设计吧,感激不尽!

原理图和仿真结果见文档 1819021245228085.doc
自激波形如下
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245229277.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245229285.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245229290.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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l003zi
LV.4
2
2009-06-17 17:20
我自己先支持一下!!!
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changtong
LV.7
3
2009-06-17 20:34
@l003zi
我自己先支持一下!!!
你设计的工作频带是多少?个人觉得你的谐振电容和电感取得不合适.
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l003zi
LV.4
4
2009-06-17 20:58
@changtong
你设计的工作频带是多少?个人觉得你的谐振电容和电感取得不合适.
谢谢您的关注!!

工作频率为70~200K,谐振点在100K左右

电感和电容的取值对环路设定有一些影响,
但不知道会不会直接导致自激啊??

能不能说一下你觉得电感和电容的取值大约在多少?
我也是经典的理论设计的.


设计方法请看文档

1819021245243392.doc




1819021245243038.pdf
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l003zi
LV.4
5
2009-06-17 23:35
@l003zi
谢谢您的关注!!工作频率为70~200K,谐振点在100K左右电感和电容的取值对环路设定有一些影响,但不知道会不会直接导致自激啊??能不能说一下你觉得电感和电容的取值大约在多少?我也是经典的理论设计的.设计方法请看文档1819021245243392.doc1819021245243038.pdf
附上电路原理图,PCB版图,
还有谐振电容,变压器原边波形.

请各位高手帮忙分析一下!

还有一位仁兄给了我邮箱,可惜我一时没有记住,被系统删除了,
请您直至在这里指点吧,谢谢!
1819021245252918.rar
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dengyuan
LV.8
6
2009-06-18 07:39
@l003zi
附上电路原理图,PCB版图,还有谐振电容,变压器原边波形.请各位高手帮忙分析一下!还有一位仁兄给了我邮箱,可惜我一时没有记住,被系统删除了,请您直至在这里指点吧,谢谢!1819021245252918.rar
在这个的功率下,你的谐振电容的取值太大,一般333/630V就好了,变压器设计也不好,应该为660U/100U,匝比为16.参数是这个,就要看你想办法作到了.不是反馈环路的问题.
   不要迷惑于理论,我原来面试的时候一个经理写出一大把理论公式,可是他连变压器的温升问题都解决不了.还说LLC工作在谐振频率点时工作效率最高,实际情况并不是如此.
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l003zi
LV.4
7
2009-06-18 12:36
@dengyuan
在这个的功率下,你的谐振电容的取值太大,一般333/630V就好了,变压器设计也不好,应该为660U/100U,匝比为16.参数是这个,就要看你想办法作到了.不是反馈环路的问题.  不要迷惑于理论,我原来面试的时候一个经理写出一大把理论公式,可是他连变压器的温升问题都解决不了.还说LLC工作在谐振频率点时工作效率最高,实际情况并不是如此.
多谢大侠的指点!
我马上试试看!
不知道仁兄的QQ是多少,可以发到我的站内信箱里吗?
我马上给您反馈结果!
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l003zi
LV.4
8
2009-06-18 17:06
@dengyuan
在这个的功率下,你的谐振电容的取值太大,一般333/630V就好了,变压器设计也不好,应该为660U/100U,匝比为16.参数是这个,就要看你想办法作到了.不是反馈环路的问题.  不要迷惑于理论,我原来面试的时候一个经理写出一大把理论公式,可是他连变压器的温升问题都解决不了.还说LLC工作在谐振频率点时工作效率最高,实际情况并不是如此.
大侠,按照你的方法调试了一下,
果然电路在半载以上的功率都不自激了!真是灵验啊!

但是在轻载下还是存在自激,而且改变环路参数后,
自激频率在200hz到2k之间变化,不能消除.
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2009-06-18 21:19
@l003zi
大侠,按照你的方法调试了一下,果然电路在半载以上的功率都不自激了!真是灵验啊!但是在轻载下还是存在自激,而且改变环路参数后,自激频率在200hz到2k之间变化,不能消除.
Q值好像要选取1较好
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dengyuan
LV.8
10
2009-06-19 07:38
@l003zi
大侠,按照你的方法调试了一下,果然电路在半载以上的功率都不自激了!真是灵验啊!但是在轻载下还是存在自激,而且改变环路参数后,自激频率在200hz到2k之间变化,不能消除.
老兄,我上次匝比写的太快,错了,应该是4.
如果你还没有调试到合适的波形,试着该该原边匝数,要选输入电压的中心值做匝比的计算基准.
若是你做240-270VDC,我告诉你匝比也不行,我开始以为你是做240-270VAC的.
匝比为(240+270)/2/2/(48+1)=2.6
如果用ER39的双槽,我估计取26/10(半桥电路),好些.漏感60U,主电感400U,谐振电容的容量你可以看波形选取,如果电容的电压基本是正弦,表示选取比较合适,同时有能输出功率,因为这个电容有蓄能和释能的作用.
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l003zi
LV.4
11
2009-06-19 12:39
@dengyuan
老兄,我上次匝比写的太快,错了,应该是4.如果你还没有调试到合适的波形,试着该该原边匝数,要选输入电压的中心值做匝比的计算基准.若是你做240-270VDC,我告诉你匝比也不行,我开始以为你是做240-270VAC的.匝比为(240+270)/2/2/(48+1)=2.6如果用ER39的双槽,我估计取26/10(半桥电路),好些.漏感60U,主电感400U,谐振电容的容量你可以看波形选取,如果电容的电压基本是正弦,表示选取比较合适,同时有能输出功率,因为这个电容有蓄能和释能的作用.
谢谢您!!
我实际取的参数是11:5匝,磁芯是我们自己设计的一个特殊的.
原来Cr=120u,Lr=25u,Lp=180u,
现在改成了Cr=50u,Lr=62u,Lp=420u,
果然效果就好多了!

我设计的方法遵循意法半导体公司的一个llc设计资料,资料如下
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l003zi
LV.4
12
2009-06-19 12:40
@雪山无痕
Q值好像要选取1较好
谢谢您!!
我实际取的参数是11:5匝,磁芯是我们自己设计的一个特殊的.
原来Cr=120u,Lr=25u,Lp=180u,
现在改成了Cr=50u,Lr=62u,Lp=420u,
果然效果就好多了!


我设计的方法遵循意法半导体公司的一个llc设计资料,资料如下 1819021245386418.pdf
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l003zi
LV.4
13
2009-06-19 13:07
@l003zi
谢谢您!!我实际取的参数是11:5匝,磁芯是我们自己设计的一个特殊的.原来Cr=120u,Lr=25u,Lp=180u,现在改成了Cr=50u,Lr=62u,Lp=420u,果然效果就好多了!我设计的方法遵循意法半导体公司的一个llc设计资料,资料如下
我发现TL431的供电与自激有很大的关系.
如果431采用一个固定的电平供电的时候(因为考虑到高压输出时可能会超过431的最大耐压,所以采用外部的一个12V辅助供电),见图1,就容易自激;
如果431采用输出电压供电的时候,见图2,就不容易自激.

不知道造成这种情况的原因是什么??各位怎么看?

另外,如图1,如果将光耦的接收端上端直接接入L6599的第5脚,
很容易进入自激,如果将光耦上端与L6599第4引脚之间用电阻分压后再接入第5脚,就不容易自激,而且分压合理,也可以使得很轻负载下进入打嗝模式而稳压,

不知各位用过L6599的朋友们,你们怎么看待这个现象?




现在直接采用输出给431供电,而且当输入电压逐渐上升,经测试其电压已经超过40v,居然没有损坏.
现在的问题还有两个:
一是在轻载下出现一定程度的自激,怎么样继续克服
二是怎么样保护431,使得其电压不超过37V耐压值


500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245387661.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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dengyuan
LV.8
14
2009-06-19 15:16
@l003zi
我发现TL431的供电与自激有很大的关系.如果431采用一个固定的电平供电的时候(因为考虑到高压输出时可能会超过431的最大耐压,所以采用外部的一个12V辅助供电),见图1,就容易自激;如果431采用输出电压供电的时候,见图2,就不容易自激.不知道造成这种情况的原因是什么??各位怎么看?另外,如图1,如果将光耦的接收端上端直接接入L6599的第5脚,很容易进入自激,如果将光耦上端与L6599第4引脚之间用电阻分压后再接入第5脚,就不容易自激,而且分压合理,也可以使得很轻负载下进入打嗝模式而稳压,不知各位用过L6599的朋友们,你们怎么看待这个现象?现在直接采用输出给431供电,而且当输入电压逐渐上升,经测试其电压已经超过40v,居然没有损坏.现在的问题还有两个:一是在轻载下出现一定程度的自激,怎么样继续克服二是怎么样保护431,使得其电压不超过37V耐压值[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245387661.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
直接用输出给光耦供电,应该在供电电路上串一个30V的稳压二极管.
你用原边11TS,磁芯会不会饱和啊
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l003zi
LV.4
15
2009-06-19 15:19
@dengyuan
直接用输出给光耦供电,应该在供电电路上串一个30V的稳压二极管.你用原边11TS,磁芯会不会饱和啊
是的!!
我中午试了一下,发现给431输出并一个30V的稳压管之后,电路性能不变,但是却保住了tl431,但是轻载的自激依然存在,但不管了.
下面还要继续修改指标,要做成一个1013V,300am的高压电源,
不知兄台有何启示没?
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l003zi
LV.4
16
2009-06-19 15:20
@dengyuan
直接用输出给光耦供电,应该在供电电路上串一个30V的稳压二极管.你用原边11TS,磁芯会不会饱和啊
应该不会饱和,我用的磁性是自己设计的,中柱很大,
11匝的时候B只有0.18的样子
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dengyuan
LV.8
17
2009-06-19 16:29
@l003zi
是的!!我中午试了一下,发现给431输出并一个30V的稳压管之后,电路性能不变,但是却保住了tl431,但是轻载的自激依然存在,但不管了.下面还要继续修改指标,要做成一个1013V,300am的高压电源,不知兄台有何启示没?
这么高的电压没有作过,不知道会出什么样的问题,但你的光耦供电就需要另外出一个12V的绕组了.
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l003zi
LV.4
18
2009-06-20 15:15
@dengyuan
这么高的电压没有作过,不知道会出什么样的问题,但你的光耦供电就需要另外出一个12V的绕组了.
我还是想用一个稳压管把431保护起来就算了,看看情况怎么样
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l003zi
LV.4
19
2009-06-25 21:07
@l003zi
应该不会饱和,我用的磁性是自己设计的,中柱很大,11匝的时候B只有0.18的样子
本人做了一个LLC,输入260~280dc,输出270Vdc,1A.效果还行.
设计步骤如下:
No.1、0.5Vin-nom/Vout=a, 即a=0.5

No.2、依经验取Q为0.5~1.5,这里取为0.81,取K=5

No.3、设定谐振频率为100Khz,
Xmin=0.88,(见下图的公式)

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909935.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

其中2aMmax=2a*Vout/Vinmin,
依经验Qs/Qmax1=0.9
所以,fmin=0.88*100Khz=88Khz
只设计最低工作频率,最高工作频率通过具体调试设计.

No.4  
Re=8*a*a*Rout/(pi*pi)=54.769Ω
ZR=Re*Qs=54.769*0.810Ω=44.363Ω

No.5
Cr=1/(2*pi*fr*ZR)=35.800n
Lr=ZR/(2*pi*fr)=70.537uH
Lp=K*Lr=356.000uH

调试发现,最重要的是设置光耦和431的偏置,如果偏置设计不合理,会出现因为5脚撞击1.25v的平台而出现的打嗝或者说自激.
测试第五脚的电压V5,R1采用10k可调电阻,R2采用50K可调电阻,R1初值为7.5k,R2初直为10k.R3=1K.
(1)如果随着输入电压上升,V5低于1.25v而撞击平台,说明R2过大,使得光耦接受端饱和,应小R2,但是幅度不应过大.
(2)如果随着输入电压上升,V5不撞击平台,而输出开始不能稳压,说明光耦初级电流不够,应减小R1.
如此交替进行,就可以设定好正确的偏置.

总结
(1) 由于控制芯片L6599的第四脚电压只有2V,光耦的非线性又特别强,所以个人感觉LLC电路不适合做宽输入电压的电源,输入电压偏差最好不要超过±5%
(2) 光耦对该电路的调节也有较大影响,原来用ps2501效果一直不好,改用ps357后效果明显改善.
(3) 采用两个可调电阻设置偏置是一个不错的方法.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909462.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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wenzun
LV.1
20
2010-06-02 15:53
@dengyuan
在这个的功率下,你的谐振电容的取值太大,一般333/630V就好了,变压器设计也不好,应该为660U/100U,匝比为16.参数是这个,就要看你想办法作到了.不是反馈环路的问题.  不要迷惑于理论,我原来面试的时候一个经理写出一大把理论公式,可是他连变压器的温升问题都解决不了.还说LLC工作在谐振频率点时工作效率最高,实际情况并不是如此.
那请问LLC工作在哪里效率最高?本人也一直是这么认为的
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2010-06-03 14:14
@l003zi
本人做了一个LLC,输入260~280dc,输出270Vdc,1A.效果还行.设计步骤如下:No.1、0.5Vin-nom/Vout=a,即a=0.5No.2、依经验取Q为0.5~1.5,这里取为0.81,取K=5No.3、设定谐振频率为100Khz,Xmin=0.88,(见下图的公式)[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909935.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">其中2aMmax=2a*Vout/Vinmin,依经验Qs/Qmax1=0.9所以,fmin=0.88*100Khz=88Khz只设计最低工作频率,最高工作频率通过具体调试设计.No.4  Re=8*a*a*Rout/(pi*pi)=54.769ΩZR=Re*Qs=54.769*0.810Ω=44.363ΩNo.5Cr=1/(2*pi*fr*ZR)=35.800nLr=ZR/(2*pi*fr)=70.537uHLp=K*Lr=356.000uH调试发现,最重要的是设置光耦和431的偏置,如果偏置设计不合理,会出现因为5脚撞击1.25v的平台而出现的打嗝或者说自激.测试第五脚的电压V5,R1采用10k可调电阻,R2采用50K可调电阻,R1初值为7.5k,R2初直为10k.R3=1K.(1)如果随着输入电压上升,V5低于1.25v而撞击平台,说明R2过大,使得光耦接受端饱和,应小R2,但是幅度不应过大.(2)如果随着输入电压上升,V5不撞击平台,而输出开始不能稳压,说明光耦初级电流不够,应减小R1.如此交替进行,就可以设定好正确的偏置.总结(1)由于控制芯片L6599的第四脚电压只有2V,光耦的非线性又特别强,所以个人感觉LLC电路不适合做宽输入电压的电源,输入电压偏差最好不要超过±5%(2)光耦对该电路的调节也有较大影响,原来用ps2501效果一直不好,改用ps357后效果明显改善.(3)采用两个可调电阻设置偏置是一个不错的方法.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909462.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
总结的好,学习
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fy2006
LV.1
22
2013-06-20 00:38
@wenzun
那请问LLC工作在哪里效率最高?本人也一直是这么认为的
Cr=50u
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fy2006
LV.1
23
2013-06-20 00:39
@fy2006
Cr=50u
Cr=50u?扯淡的吧?谐振频率是多少算过吗?
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2013-06-20 09:02
@l003zi
本人做了一个LLC,输入260~280dc,输出270Vdc,1A.效果还行.设计步骤如下:No.1、0.5Vin-nom/Vout=a,即a=0.5No.2、依经验取Q为0.5~1.5,这里取为0.81,取K=5No.3、设定谐振频率为100Khz,Xmin=0.88,(见下图的公式)[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909935.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">其中2aMmax=2a*Vout/Vinmin,依经验Qs/Qmax1=0.9所以,fmin=0.88*100Khz=88Khz只设计最低工作频率,最高工作频率通过具体调试设计.No.4  Re=8*a*a*Rout/(pi*pi)=54.769ΩZR=Re*Qs=54.769*0.810Ω=44.363ΩNo.5Cr=1/(2*pi*fr*ZR)=35.800nLr=ZR/(2*pi*fr)=70.537uHLp=K*Lr=356.000uH调试发现,最重要的是设置光耦和431的偏置,如果偏置设计不合理,会出现因为5脚撞击1.25v的平台而出现的打嗝或者说自激.测试第五脚的电压V5,R1采用10k可调电阻,R2采用50K可调电阻,R1初值为7.5k,R2初直为10k.R3=1K.(1)如果随着输入电压上升,V5低于1.25v而撞击平台,说明R2过大,使得光耦接受端饱和,应小R2,但是幅度不应过大.(2)如果随着输入电压上升,V5不撞击平台,而输出开始不能稳压,说明光耦初级电流不够,应减小R1.如此交替进行,就可以设定好正确的偏置.总结(1)由于控制芯片L6599的第四脚电压只有2V,光耦的非线性又特别强,所以个人感觉LLC电路不适合做宽输入电压的电源,输入电压偏差最好不要超过±5%(2)光耦对该电路的调节也有较大影响,原来用ps2501效果一直不好,改用ps357后效果明显改善.(3)采用两个可调电阻设置偏置是一个不错的方法.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/78/1819021245909462.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
很不错的经验。。。。做下记号。。。
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