三星127cm(50英寸)等离子V5屏模组的电源框图如下图所示
它同107cm(42英寸)的三星等离子v5屏电源模组相比,除了VS驱动电路部分有较大更改以外,其他电路基本没有更改。
从上图可以看出,三星107cm(42英寸)等离子屏的电源和127cm(50英寸)的电源很相似。除了VS电路驱动部分以外,只有个别元器件改变了编号。下面不再介绍整机原理,只介绍与107cm(42英寸)电源不同的地方——VS驱动电路的工作原理。
三星127cm(50英寸)等离子V5屏电源的VS驱动部分主要应用了电压驱动型PWM(脉宽调制)集成电路TL494和四与非门集成电路1W4093BN,电路结构简单,工作可靠性高。
1.TL494集成电路介绍
TL494是美国德州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型PWM器件,可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器,被广泛应用于开关电源中,是开关电源的核心控制器件。它能输出频率固定、脉宽可调的矩形脉冲来控制输出管的导通情况。它的内部电路由:一个振荡器(OSC)、两个比较器、两个误差放大器、一个触发器、两个与门、两个或非门、一个5v基准稳压电源、两个NPN型功率管组成。芯片内的振荡器可以工作在主动方式,也可以工作在被动方式。
激励输出可以工作在推挽输出方式,也可以工作在单端输出方式。工作在推挽输出方式时,它的两路驱动脉冲相差1800;而在单端输出方式时,其两路驱动脉冲为同步同相。它不仅可产生脉冲电流,还可以控制场效应管的导通和截止。在一个芯片内同时解决了电流控制、PWM和最大电流限制等功能。这些特点,使它在开关电源中得到了广泛的应用。
2.TL494的引脚功能介绍
①脚为误差比较放大器1的同相输入端。它的输入与输出为(内部误差比较放大器1的输出端为③脚):
①脚输入的电压上升,比较器的输出端③脚电压也上升。该脚常用作稳压控制输入端。
②脚为误差比较放大器1的反相输入端。一般用于参考电压输入。
⑧脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端。输出时表现为或输出控制特性,也就是在两个放大器中,输出幅度大者起作用:当③脚的电平变高时,TL494送出的驱动脉冲宽度变窄;当⑧脚电平低时,驱动脉冲宽度变宽。
④脚为死区电平控制端。从TL494④脚加入的死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制,加上0~3.3V的电压可以使截止时间从2%线性变化到100%。适当设置死区时间,使截止时间在上述线性变化范围内,这样可以保护开关电源电路中的三极管。
⑤、⑥脚分别用于外接振荡电阻和电容。调整振荡电阻和电容的参数,就可以改变振荡频率,其振荡频率f=l/(Ct.Rt)。
⑦脚为接地端。
⑧、⑨脚和⑩、
(11)脚分别为TL494两个输出三极管的c极和e极,直接从集成电路内部引出,可作e极输出或者c极输出。每组三极管输出电流达200mA。
(12)脚为电源供电端。
(13)脚为功能控制端。也是内部电路复位控制端,用来控制两路输出的工作状态:当(13)脚接地时,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频、同相;当(13)脚接5V电压时,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频、反相。
(14)脚为内部5V基准电压输出端。
(15)、(16)脚分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入端。
当TL494的⑩脚加上工作电压后,内部5V的基准电压产生,同时内部的振荡器开始工作(可以改变⑤脚和⑥脚外接的电阻、电容来改变振荡频率)。输出的振荡信号送到死区比较器和PWM比较器,经隔离送到触发器后,分成互为倒相的脉冲信号送入后面的放大器。由于本机的(13)脚接地,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频同相,所以⑨脚和⑩脚在电路上并联在一起,以提高输出电流。
3.四与非门1W4093BN简介
为了隔离和互补输出vs部分的功率MOS管,本机采用1W4093BN四与非门。大家知道,与非门的逻辑关系是:A和B都为高电平时,输出为低电平;当输入的A或B其中一个为低电平时,输出为高电平。四与非门集成电路1W4093AN的引脚功能见下表所示。
U8010(TL494)的⑨、⑩脚输出的PWM信号分成两路;一路直接加在U8011(1W4093BN)的(12)脚;另一路通过R8061限流,经C8061滤出高频干扰后,加在U8011的⑧、(9)脚。加在U8011(1W4093BN)⑧、⑨脚的PWM信号,在U8011内部实行“与非”逻辑处理后,从⑩脚输出倒相后的PWM信号,经R8103限流后,加在Q8017(A1281)和Q8009(C3209)的b极。Q8009和Q8017在电路中组成互补推挽电路,其e极输出倒相后的PWM信号,该信号经C8099隔直后,加在T8005的初级绕组。
T8005在电路中起隔离电压的作用。
加在U8011(1W4093BN)(12)脚的PWM信号,还经R8068向C8056充电,并加在U8011的⑩脚。当PWM脉冲为高电平时,C8056上充得有较高的电压(R8068的阻值和C8056的容量较小),在U8011内部实行“与非”逻辑处理后,从(11)脚输出倒相后的PWM信号,直接加在U8011的①、②脚;再在内部实行“与非”逻辑处理后,从⑧脚输出再次倒相的PWM信号,与(12)脚输入的PWM脉冲同频、同相。用两级与非门来处理信号,主要是对信号的杂波进行处理并整形,以便与后级电路相配合。
4.VS驱动电路工作原理
当J8001(时序控制模块)从(22)脚发出高电平的VS打开信号后,该电压信号经R8405限流后,加在光电耦合器IC8008(PC123)的①脚,光电耦合器内部的发光二极管发光,内部的光敏三极管等效电阻降低,U8027(7818CT)输出的18V电压,经R8036、R8037、光电耦合器内部的光敏三极管到地,其分压后的电压降低,Q8014的b极电压下降,Q8014导通,从Q8014的c极输出约18V的电压。经C8035滤波后,加在U8020(7812CT)的输入端,经三端稳压器U8020稳压后变为12V电压,为U8010(TL494)和U8011(1W4093BN)供电。
U8010的(12)脚得到工作电压后,从⑨、⑩脚输出PWM脉冲送入U8011的⑧、⑨、(13)脚,在U8011内部进行“与非”逻辑运算后,从U8010③脚输出的PWM与U8010(12)脚输入的PWM脉冲为同频、同相信号,从U8010⑩脚输出的PWM信号与U8010(12)脚输入的PWM脉冲同频、倒相。
U8011③脚输出的PWM脉冲经R8112限流后,加在由Q8019(C3209)、Q8020(A1281)组成的互补推挽电路的b极上,推动Q8004(W20NM50)进入开关状态。
同时,从U8011的⑩脚输出倒相后的PWM信号加到由Q8009、Q8017组成的互补推挽电路的b极上,推挽输出的信号经C8009隔直后,加在T8005的初级绕组上。T8005的次级感应出相应的脉冲电压经D8014、R8120、Q8021(A1281)、C8091、R8121、R8043加在Q8003(W20NM50)的栅极,推动Q8003进入开关工作状态。
Q8021、C8091、D8014组成开机延时导通电路,保证开机瞬间Q8003处于截止状态,防止Q8003在开机瞬间误导通而损坏功率管Q8004(见下图)。
开机延时导通电路的工作原理如下:在开机瞬间,U8011输出的信号可能在T8005的次级产生“上正下负”的感应脉冲,使D8014导通。脉冲经R8120加到Q8003的栅极。同时,次级绕组下端产生的负脉冲感应信号经C8091加到Q8021(PNP)的b极,由于电容两端的电压不能突变,Q8021e极上的电压通过Q8021的e-b极向C8091充电,Q8021导通,使T8005上端感应的正脉冲经D8014、R8120、R8121、Q8021回到T8005的次级下端,Q8003的栅极无电荷而截止。由于C8091的容量很小,充电很快结束,Q8021进入截止状态,不影响Q8003栅极的电荷,保证了每次VS电路工作时Q8004先导通。[Page]
(1)VS电压功率变换电路工作原理
当Q8004的栅极有高电平时,Q8004导通,此时,由于Q8003的栅极电平与Q8004的栅极电平相反,所以,Q8003截止。VPFC电压经08029、T8001的初级绕组、L8012、Q8004的漏极、Q8004的源极、R8059到地,电容C8029充电,T8001的初级电流从零按斜率线性增加,电容C8029的两端电压逐渐升高,感应电动势为“上正下负”。当Q8004关断、Q8003未导通时,谐振电容C8029和T8001的初级谐振,产生的谐振电流经Q8003的体电容回到C8029的左端,由于体电容容量很小,此过程很快结束。谐振电流从Q8003的源极和Q8003的体二极管继续向电容放电,Q8003的源极电压逐渐降到Q8003的VPFC电压为止。此时,Q8003的栅极加上零电压而导通。VPFC电压,即C8029的左端电压经Q8003的漏极和源极、L8012、T8001的初级回到C8029的右端,C8029放电,T8001的初级电流从零按斜率线性增加,感应电动势为“下正上负”。当Q8003关断、Q8004未导通时,谐振电容C8029和T8001的初级谐振,谐振电流经R8059、Q8004的体电容、L8012、T8001的初级绕组、C8029和VPFC电压的负载形成回路,由于体电容容量很小,此过程很快结束。谐振电流再经Q8004的体二极管形成回路,使Q8004的漏极电压和源极电压相等为止。此时Q8004的栅极加上零电压而Q8004导通,驱动电路进入下一个周期驱动状态。vs电压形成电路的功率部分如下图所示。
当T8001的初级绕组有交变的电流流过,T8001的次级就会产生感应电压,当D8015的正极产生的感应电压为正时,D8015导通,感应电压经D8015、C8050、C8049、vs电压负载回到D8016的正极,此时,由于D8016的正极电压低于负极电压而D8016截止。
所以,负载返回的电流经C8046回到T8001的次级绕组。当D8015的正极产生的电压为负时,T8001次级感应的脉冲经C8046、D8016整流,在次级绕组上形成一个直流电压,经D8015整流、C8049、C8050滤波形成vs电压。
(2)VS电压形成电路的稳压电路
D8015输出的vs电压经R8233、R8234、R8235、R8236、VR8002、R8237分压后,加在精密电压基准集成电路U8016的REF端。同时,5VSB电压经D8011、C8112隔离滤波后,经R8111加在IC8012(光耦合器)的①脚,IC8012的②脚接U8016的阳极。当vs的负载变轻时,vs电压升高,U8016的REF端分得的电压升高,该电压与内部的2.5V基准电压比较,使阳极的输出电压降低;IC8012内部的发光二极管的两端正向电压增大,发光二极管的发光强度增加,IC8012内部的光敏三极管等效电阻降低;U8010的①脚输入的电流增加,经内部比较器比较后,使PWM输出的脉冲占空比减小,T8001的储能减小,经D8015和D8016整流、C8049和C8050滤波后的vs电压下降,VS电压回到预调值。当VS输出电压的负载变重时,VS电压下降,稳压过程与上述流程相反。
VS输出的电压分成五路:一路通过接插件CN8006送入Y扫描驱动板,作为Y驱动板上的维持电压;第二路VS电压通过接插件CN8007送入维持板,作为维持板上的维持电压;第三路VS电压通过U8311和T8006转换成电压VSET,经CN8006送入Y驱动板,作为扫描脉冲的复位电压;第四路VS电压通过US8312和T8007转换成电压VSCAN,经CN8006送入Y驱动板,作为扫描脉冲正常工作的扫描电压;第五路VS电压通过U8313和T8008转换成电压VE,经CN8007送 入维持板,作为维持脉冲的擦除电压。
(3)VS电压形成电路的保护电路
VS电压形成电路的保护电路主要由过流保护电路构成。R8059为过流检测电阻。当VS电压形成电路过流时,流过R8059两端的电流增大,电阻上的压降增大,经R8054和R8053限流后,加到U8010的(16)脚电压升高,U8010的内部电流比较器翻转,使U8010的⑨脚和⑩脚无驱动脉冲输出,vs电压形成电路进入保护工作状态。
电源输出电压范围及电流大小见下表所示。
它同107cm(42英寸)的三星等离子v5屏电源模组相比,除了VS驱动电路部分有较大更改以外,其他电路基本没有更改。
从上图可以看出,三星107cm(42英寸)等离子屏的电源和127cm(50英寸)的电源很相似。除了VS电路驱动部分以外,只有个别元器件改变了编号。下面不再介绍整机原理,只介绍与107cm(42英寸)电源不同的地方——VS驱动电路的工作原理。
三星127cm(50英寸)等离子V5屏电源的VS驱动部分主要应用了电压驱动型PWM(脉宽调制)集成电路TL494和四与非门集成电路1W4093BN,电路结构简单,工作可靠性高。
1.TL494集成电路介绍
TL494是美国德州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型PWM器件,可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器,被广泛应用于开关电源中,是开关电源的核心控制器件。它能输出频率固定、脉宽可调的矩形脉冲来控制输出管的导通情况。它的内部电路由:一个振荡器(OSC)、两个比较器、两个误差放大器、一个触发器、两个与门、两个或非门、一个5v基准稳压电源、两个NPN型功率管组成。芯片内的振荡器可以工作在主动方式,也可以工作在被动方式。
激励输出可以工作在推挽输出方式,也可以工作在单端输出方式。工作在推挽输出方式时,它的两路驱动脉冲相差1800;而在单端输出方式时,其两路驱动脉冲为同步同相。它不仅可产生脉冲电流,还可以控制场效应管的导通和截止。在一个芯片内同时解决了电流控制、PWM和最大电流限制等功能。这些特点,使它在开关电源中得到了广泛的应用。
2.TL494的引脚功能介绍
①脚为误差比较放大器1的同相输入端。它的输入与输出为(内部误差比较放大器1的输出端为③脚):
①脚输入的电压上升,比较器的输出端③脚电压也上升。该脚常用作稳压控制输入端。
②脚为误差比较放大器1的反相输入端。一般用于参考电压输入。
⑧脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端。输出时表现为或输出控制特性,也就是在两个放大器中,输出幅度大者起作用:当③脚的电平变高时,TL494送出的驱动脉冲宽度变窄;当⑧脚电平低时,驱动脉冲宽度变宽。
④脚为死区电平控制端。从TL494④脚加入的死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制,加上0~3.3V的电压可以使截止时间从2%线性变化到100%。适当设置死区时间,使截止时间在上述线性变化范围内,这样可以保护开关电源电路中的三极管。
⑤、⑥脚分别用于外接振荡电阻和电容。调整振荡电阻和电容的参数,就可以改变振荡频率,其振荡频率f=l/(Ct.Rt)。
⑦脚为接地端。
⑧、⑨脚和⑩、
(11)脚分别为TL494两个输出三极管的c极和e极,直接从集成电路内部引出,可作e极输出或者c极输出。每组三极管输出电流达200mA。
(12)脚为电源供电端。
(13)脚为功能控制端。也是内部电路复位控制端,用来控制两路输出的工作状态:当(13)脚接地时,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频、同相;当(13)脚接5V电压时,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频、反相。
(14)脚为内部5V基准电压输出端。
(15)、(16)脚分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入端。
当TL494的⑩脚加上工作电压后,内部5V的基准电压产生,同时内部的振荡器开始工作(可以改变⑤脚和⑥脚外接的电阻、电容来改变振荡频率)。输出的振荡信号送到死区比较器和PWM比较器,经隔离送到触发器后,分成互为倒相的脉冲信号送入后面的放大器。由于本机的(13)脚接地,⑨脚和⑩脚输出的脉冲同频同相,所以⑨脚和⑩脚在电路上并联在一起,以提高输出电流。
3.四与非门1W4093BN简介
为了隔离和互补输出vs部分的功率MOS管,本机采用1W4093BN四与非门。大家知道,与非门的逻辑关系是:A和B都为高电平时,输出为低电平;当输入的A或B其中一个为低电平时,输出为高电平。四与非门集成电路1W4093AN的引脚功能见下表所示。
引脚 | 字符 | 功能 |
1 | A | 与非门输入端A |
2 | B | 与非门输入端B |
3 | J | 与非门输出端J |
4 | K | 与非门输出端K |
5 | C | 与非门输入端C |
6 | D | 与非门输入端D |
7 | Vss | 集成电路内部接地端 |
8 | E | 与非门输入端E |
9 | F | 与非门输入端F |
10 | L | 与非门输出端L |
11 | M | 与非门输出端M |
12 | G | 与非门输入端6 |
13 | H | 与非门输入端H |
14 | k | 集成电路内部供电端 |
T8005在电路中起隔离电压的作用。
加在U8011(1W4093BN)(12)脚的PWM信号,还经R8068向C8056充电,并加在U8011的⑩脚。当PWM脉冲为高电平时,C8056上充得有较高的电压(R8068的阻值和C8056的容量较小),在U8011内部实行“与非”逻辑处理后,从(11)脚输出倒相后的PWM信号,直接加在U8011的①、②脚;再在内部实行“与非”逻辑处理后,从⑧脚输出再次倒相的PWM信号,与(12)脚输入的PWM脉冲同频、同相。用两级与非门来处理信号,主要是对信号的杂波进行处理并整形,以便与后级电路相配合。
4.VS驱动电路工作原理
当J8001(时序控制模块)从(22)脚发出高电平的VS打开信号后,该电压信号经R8405限流后,加在光电耦合器IC8008(PC123)的①脚,光电耦合器内部的发光二极管发光,内部的光敏三极管等效电阻降低,U8027(7818CT)输出的18V电压,经R8036、R8037、光电耦合器内部的光敏三极管到地,其分压后的电压降低,Q8014的b极电压下降,Q8014导通,从Q8014的c极输出约18V的电压。经C8035滤波后,加在U8020(7812CT)的输入端,经三端稳压器U8020稳压后变为12V电压,为U8010(TL494)和U8011(1W4093BN)供电。
U8010的(12)脚得到工作电压后,从⑨、⑩脚输出PWM脉冲送入U8011的⑧、⑨、(13)脚,在U8011内部进行“与非”逻辑运算后,从U8010③脚输出的PWM与U8010(12)脚输入的PWM脉冲为同频、同相信号,从U8010⑩脚输出的PWM信号与U8010(12)脚输入的PWM脉冲同频、倒相。
U8011③脚输出的PWM脉冲经R8112限流后,加在由Q8019(C3209)、Q8020(A1281)组成的互补推挽电路的b极上,推动Q8004(W20NM50)进入开关状态。
同时,从U8011的⑩脚输出倒相后的PWM信号加到由Q8009、Q8017组成的互补推挽电路的b极上,推挽输出的信号经C8009隔直后,加在T8005的初级绕组上。T8005的次级感应出相应的脉冲电压经D8014、R8120、Q8021(A1281)、C8091、R8121、R8043加在Q8003(W20NM50)的栅极,推动Q8003进入开关工作状态。
Q8021、C8091、D8014组成开机延时导通电路,保证开机瞬间Q8003处于截止状态,防止Q8003在开机瞬间误导通而损坏功率管Q8004(见下图)。
开机延时导通电路的工作原理如下:在开机瞬间,U8011输出的信号可能在T8005的次级产生“上正下负”的感应脉冲,使D8014导通。脉冲经R8120加到Q8003的栅极。同时,次级绕组下端产生的负脉冲感应信号经C8091加到Q8021(PNP)的b极,由于电容两端的电压不能突变,Q8021e极上的电压通过Q8021的e-b极向C8091充电,Q8021导通,使T8005上端感应的正脉冲经D8014、R8120、R8121、Q8021回到T8005的次级下端,Q8003的栅极无电荷而截止。由于C8091的容量很小,充电很快结束,Q8021进入截止状态,不影响Q8003栅极的电荷,保证了每次VS电路工作时Q8004先导通。[Page]
(1)VS电压功率变换电路工作原理
当Q8004的栅极有高电平时,Q8004导通,此时,由于Q8003的栅极电平与Q8004的栅极电平相反,所以,Q8003截止。VPFC电压经08029、T8001的初级绕组、L8012、Q8004的漏极、Q8004的源极、R8059到地,电容C8029充电,T8001的初级电流从零按斜率线性增加,电容C8029的两端电压逐渐升高,感应电动势为“上正下负”。当Q8004关断、Q8003未导通时,谐振电容C8029和T8001的初级谐振,产生的谐振电流经Q8003的体电容回到C8029的左端,由于体电容容量很小,此过程很快结束。谐振电流从Q8003的源极和Q8003的体二极管继续向电容放电,Q8003的源极电压逐渐降到Q8003的VPFC电压为止。此时,Q8003的栅极加上零电压而导通。VPFC电压,即C8029的左端电压经Q8003的漏极和源极、L8012、T8001的初级回到C8029的右端,C8029放电,T8001的初级电流从零按斜率线性增加,感应电动势为“下正上负”。当Q8003关断、Q8004未导通时,谐振电容C8029和T8001的初级谐振,谐振电流经R8059、Q8004的体电容、L8012、T8001的初级绕组、C8029和VPFC电压的负载形成回路,由于体电容容量很小,此过程很快结束。谐振电流再经Q8004的体二极管形成回路,使Q8004的漏极电压和源极电压相等为止。此时Q8004的栅极加上零电压而Q8004导通,驱动电路进入下一个周期驱动状态。vs电压形成电路的功率部分如下图所示。
当T8001的初级绕组有交变的电流流过,T8001的次级就会产生感应电压,当D8015的正极产生的感应电压为正时,D8015导通,感应电压经D8015、C8050、C8049、vs电压负载回到D8016的正极,此时,由于D8016的正极电压低于负极电压而D8016截止。
所以,负载返回的电流经C8046回到T8001的次级绕组。当D8015的正极产生的电压为负时,T8001次级感应的脉冲经C8046、D8016整流,在次级绕组上形成一个直流电压,经D8015整流、C8049、C8050滤波形成vs电压。
(2)VS电压形成电路的稳压电路
D8015输出的vs电压经R8233、R8234、R8235、R8236、VR8002、R8237分压后,加在精密电压基准集成电路U8016的REF端。同时,5VSB电压经D8011、C8112隔离滤波后,经R8111加在IC8012(光耦合器)的①脚,IC8012的②脚接U8016的阳极。当vs的负载变轻时,vs电压升高,U8016的REF端分得的电压升高,该电压与内部的2.5V基准电压比较,使阳极的输出电压降低;IC8012内部的发光二极管的两端正向电压增大,发光二极管的发光强度增加,IC8012内部的光敏三极管等效电阻降低;U8010的①脚输入的电流增加,经内部比较器比较后,使PWM输出的脉冲占空比减小,T8001的储能减小,经D8015和D8016整流、C8049和C8050滤波后的vs电压下降,VS电压回到预调值。当VS输出电压的负载变重时,VS电压下降,稳压过程与上述流程相反。
VS输出的电压分成五路:一路通过接插件CN8006送入Y扫描驱动板,作为Y驱动板上的维持电压;第二路VS电压通过接插件CN8007送入维持板,作为维持板上的维持电压;第三路VS电压通过U8311和T8006转换成电压VSET,经CN8006送入Y驱动板,作为扫描脉冲的复位电压;第四路VS电压通过US8312和T8007转换成电压VSCAN,经CN8006送入Y驱动板,作为扫描脉冲正常工作的扫描电压;第五路VS电压通过U8313和T8008转换成电压VE,经CN8007送 入维持板,作为维持脉冲的擦除电压。
(3)VS电压形成电路的保护电路
VS电压形成电路的保护电路主要由过流保护电路构成。R8059为过流检测电阻。当VS电压形成电路过流时,流过R8059两端的电流增大,电阻上的压降增大,经R8054和R8053限流后,加到U8010的(16)脚电压升高,U8010的内部电流比较器翻转,使U8010的⑨脚和⑩脚无驱动脉冲输出,vs电压形成电路进入保护工作状态。
电源输出电压范围及电流大小见下表所示。
VS | VSET | VSCAN | VE |
190-215V(1.3A) | 180-220V(0.05A) | -180-220V(0.08A) | 80-130V(0.05A) |
VG | A12V | D5V | D3 3V |
15V(1.5A) | 12V(1.0A) | 5.2V(3.5A) | 3.4V(4A) |
5 VSB | Vamp | VA | VT |
5.2V(2.0A) | 12V(3.1A或)24V(1.4A) | 50-72V(1.6A) | 33V(0.02A) |
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