(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する直流電源回路と、
この直流電源回路の出力端に接続され、高周波電力を出力する、少なくとも１つのスイッチング素子を含む高周波電源回路と、
この高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、
この誘導コイルに近接して配置される無電極放電灯と、
前記直流電源回路の低圧側の一端と誘導コイルの一端の間に設けられた抵抗と、
この抵抗により前記高周波電源回路に流れる過電流を検出し、その検出出力により高周波電源回路を保護するための異常保護回路と、
前記直流電源回路の高圧側の一端と前記高周波電源回路の入力端との間に設けられたインダクタ、及び少なくとも２つのコンデンサを有したフィルタ回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、
前記２つのコンデンサのそれぞれの一端は前記インダクタの両端に接続され、それぞれの他端は前記抵抗の両端に接続されることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記２つのコンデンサは前記抵抗の両端で交差して接続させたことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路はさらに２つのコンデンサを有し、各々直流電源回路の出力端の両端と前記高周波電源回路の入力端の両端に接続したことを特徴とする請求項２記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記高周波電源回路のスイッチング素子を駆動するためのドライブ回路を設け、このドライブ回路と前記高周波電源回路の間にも前記フィルタ回路と同じ構成の第２のフィルタ回路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記フィルタ回路と前記第２のフィルタ回路のインダクタのインダクタンスは、前記フィルタ回路のインダクタの方が大きいことを特徴とする請求項４記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記フィルタ回路と前記第２のフィルタ回路の少なくとも一方は、多段で構成されたフィルタ回路であることを特徴とする請求項４又は５記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記多段で構成されたフィルタ回路の複数のインダクタのインダクタンスは、高周波電源回路に接続されている側のインダクタのインダクタンスの方が大きいことを特徴とする請求項６記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記直流電源回路から前記高周波電源回路までの配線長より前記直流電源回路から前記ドライブ回路までの配線長の方が長いことを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記抵抗は、前記ドライブ回路と前記高周波電源回路の間に挿入されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記フィルタ回路の入力端または出力端の少なくとも一方にコモンフィルタを挿入したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項１１】
前記誘導コイルと高周波電源回路の間に配置されて両者間のインピーダンス整合をとるマッチング回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項１２】
直流電圧を出力する直流電源回路と、
この直流電源回路の出力端に接続され、高周波電力を出力する、少なくとも１つのスイッチング素子を含む高周波電源回路と、
この高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、
この誘導コイルに近接して配置される無電極放電灯と、
前記直流電源回路の低圧側の一端と誘導コイルの一端の間に設けられた抵抗と、
この抵抗により前記高周波電源回路に流れる過電流を検出し、その検出出力により高周波電源回路を保護するための異常保護回路と、
前記直流電源回路の高圧側の一端と前記高周波電源回路の入力端との間に設けられたインダクタ、及び少なくとも２つのコンデンサを有したフィルタ回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、
前記２つのコンデンサのそれぞれの一端は前記インダクタの両端に接続され、それぞれの他端は前記抵抗の両端に接続され、
前記フィルタ回路は多段で構成され、
前記高周波電源回路のスイッチング素子を駆動するためのドライブ回路を設け、前記抵抗は、このドライブ回路と前記高周波電源回路の間に挿入され、
前記高周波電源回路はＤ級増幅回路であることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源回路の直流出力を高周波電源回路に供給し、その高周波電源回路からの高周波出力を無電極放電灯の近傍に配置された誘導コイルに供給し高周波電磁界を誘起して、無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無電極放電灯点灯装置（特開平５−２７５１８３号）の回路図を図８に示す。以下、図８の点灯装置の構成について簡単に説明する。直流電源１の両端に第１のフィルタ６ａを介して発振部ａが接続され、この発振部ａの両端に第１のフィルタ６ａとは異なる第２のフィルタ６ｂを介してプリアンプｂが接続され、このプリアンプｂの両端に第２のフィルタ６ｂとは異なる第３のフィルタ６ｃを介してメインアンプｃが接続されている。また、メインアンプｃの出力端には、誘導コイル３及び無電極放電灯４からなる負荷回路が接続されている。このように構成することにより、発振部ａによる直流電源１側に及ぼす干渉は、安定な発振が要求される発振部ａの発振特性に応じたフィルタ特性を有する、専用に設計されたπ型フィルタ６ａにより効果的に防止することができる。また、各回路ブロックａ，ｂ，ｃ間相互の干渉は、各回路ブロックａ，ｂ、各回路ブロックｂ，ｃ又は各回路ブロックａ，ｃの閉回路中に第２のフィルタ６ｂ又は第３のフィルタ６ｃが設けられているので、干渉による障害を防止することができる。この従来例のように、直流電源１とメインアンプｃの間にフィルタ回路を挿入することは、よく知られている。
【０００３】
また、他の従来の無電極放電灯点灯装置（特開平６―１１１９６６号）の回路図を図９に示す。以下、図９の点灯装置の構成について簡単に説明する。過電流保護回路５は、無電極放電灯４が無負荷になると、直流電源１と高周波電源回路２の間に設けられた抵抗Ｒｘに発生する電圧を検出し、プリアンプ７２のトランジスタのべース・エミッタ間を短絡し、高周波電源回路２の回路動作を停止させている。この従来例では、直流電源回路１と高周波電源回路２の間に設けられたフィルタ回路６の構成と過電流保護回路５の検出抵抗Ｒｘの接続関係は、図１０に示す構成になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例においては、高周波電源回路２から発生するノイズが直流電源回路１に帰還しないようにするために、コンデンサ及びインダクタからなるフィルタ回路６が挿入されている。ところが検出抵抗Ｒｘが、このフィルタ回路６と高周波電源回路２の間に挿入されていると、検出抵抗Ｒｘにはフィルタ回路６で除去されない高周波電源回路２から発生するノイズ成分も印加されることになる。また、検出抵抗Ｒｘの損失を少なくするためには、低抵抗の抵抗を使用する必要があるため、検出抵抗Ｒｘに発生する電圧は非常に小さい。従って、検出抵抗Ｒｘは高周波電源回路２から発生するノイズの影響を受けやすく、このようなノイズの影響を受けると、過電流保護回路５は非常に誤動作しやすくなるという問題がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、高周波電源回路から発生するノイズを防止するとともに、異常保護回路が誤動作することなく正常に高周波電源回路が動作することができる無電極放電灯点灯装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧を出力する直流電源回路１と、この直流電源回路１の出力端に接続され、高周波電力を出力する、少なくとも１つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む高周波電源回路２と、この高周波電源回路２の出力端に接続された誘導コイル３と、この誘導コイル３に近接して配置される無電極放電灯４と、前記直流電源回路１の低圧側の一端と誘導コイル３の一端の間に設けられた抵抗ＲＸ１と、その抵抗ＲＸ１により前記高周波電源回路２に流れる過電流を検出し、その検出出力により高周波電源回路２を保護するための異常保護回路５と、前記直流電源回路１の高圧側の一端と前記高周波電源回路２の入力端との間に設けられたインダクタＬ２、及び少なくとも２つのコンデンサＣ４，Ｃ５を有したフィルタ回路６とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記２つのコンデンサＣ４，Ｃ５のそれぞれの一端は前記インダクタＬ２の両端に接続され、それぞれの他端は前記抵抗ＲＸ１の両端に接続することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図１に示す。直流電源回路１（図では直流電源）の出力端には、フィルタ回路６を介して、高周波電源回路２（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びインダクタＬ１とコンデンサＣ１，Ｃ２からなる、いわゆるＤ級増幅回路）が接続されており、その出力端には誘導コイル３が接続されている。そして、誘導コイル３の近傍には透光性のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯４が配置されている。
【０００８】
異常保護回路５は、図２に示すように、コンパレータＩＣ１からなり、コンパレータＩＣ１の負入力端は、直流電源回路１の出力端（点Ｅ−Ａ間）と並列に直列接続された抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧点に接続されている。コンパレータＩＣ１の正入力端は、直流電源回路１と高周波電源回路２の間に設けられた検出抵抗ＲＸ１の高周波電源回路２側（点Ｂ）に接続されている。また検出抵抗ＲＸ１と並列にコンデンサＣ３が接続されている。コンパレータＩＣ１の出力端は、バイアス抵抗Ｒ４を介して、トランジスタＱ３のべース端子と接続されている。さらに、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間（点Ｇ−Ａ間）と並列にダイオードＤ２とトランジスタＱ３の直列回路が接続されている。また、コンパレータＩＣ１の出力端は、抵抗Ｒ３とダイオードＤ１を介してコンパレータＩＣ１の正入力端とも接続されている。フィルタ回路６は、インダクタＬ２及びコンデンサＣ４，Ｃ５からなる。
【０００９】
まず、本実施例における正常時の回路動作について説明する。直流電源回路１により直流電圧を高周波電源回路２に供給する。この直流電圧を電源として、高周波電力を誘導コイル３に供給する高周波電源回路２が動作する。なお、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は交互にＯＮ・ＯＦＦする。そして、この高周波電源回路２により誘導コイル３に数百ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル３に高周波電磁界が発生し、無電極放電灯４が点灯する。
【００１０】
このとき、異常保護回路５のコンパレータＩＣ１の正入力端の電位よりも負入力端の電位の方を高く設定している。よって、コンパレータＩＣ１の出力はＬｏｗレべルであり、異常保護回路５のトランジスタＱ３はＯＦＦであるので、高周波電源回路２も動作し続けて、無電極放電灯４は点灯し続ける。
【００１１】
次に、例えば無電極放電灯１が破損した場合のように、いわゆる無負荷時での回路動作について説明する。無負荷時には、高周波電源回路２に流れる電流が急激に増加するので、検出抵抗ＲＸ１の両端に発生する電圧も上昇し、異常保護回路５のコンパレータＩＣ１の正入力端の電位が負入力端の電位よりも高くなり、コンパレータＩＣ１の出力はＨｉｇｈレべルとなる。コンパレータＩＣ１の出力がＨｉｇｈレべルとなると、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１を介してコンパレータＩＣ１の正入力端にコンパレータＩＣ１の出力が印加されるので、コンパレータＩＣ１の正入力端の電位が負入力端の電位よりも高くなった状態を維持する。
【００１２】
同時に、コンパレータＩＣ１の出力は異常保護回路５のバイアス抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ３のべース端子に電流を流すので、トランジスタＱ３はＯＮ状態となり、ＯＮ状態を維持する。トランジスタＱ３がＯＮ状態となると、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間をダイオードＤ２を介して短絡するので、高周波電源回路２の回路動作は停止し、無電極放電灯４は消灯する。そして、無電極放電灯４は消灯し続ける。従って、高周波電源回路２は回路動作を停止維持するので、高周波電源回路２に過大な電圧が印加されたり過大な電流が流れることがない。本実施例では、この異常保護回路５がノイズにより誤動作することがなくなり、高周波電源回路２の回路素子は破壊せず確実に保護される。
【００１３】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図３に示す。図１に示した第１の実施例と同じ回路構成には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。第１の実施例と本実施例の異なる点は、フィルタ回路６の回路構成である。フィルタ回路６は、π型のフィルタ回路構成であり、インダクタＬ２とコンデンサＣ４，Ｃ５で構成されている。インダクタＬ２は、直流電源回路１の正極出力端子と高周波電源回路２の正極入力端子の間に設けられ、コンデンサＣ４は、インダクタＬ３の直流電源回路１側の一端と検出抵抗ＲＸ１の高周波電源回路２側の一端の間に接続されている。また、コンデンサＣ５は、インダクタＬ３の高周波電源回路２側の一端と検出抵抗ＲＸ１の直流電源回路１側の一端の間に接続されている。
【００１４】
このように、フィルタ回路６のコンデンサＣ４及びＣ５を検出抵抗ＲＸ１の両端で交差させて接続しても、第１の実施例と同様に、異常保護回路５がノイズにより誤動作することが無くなり、高周波電源回路２の回路素子は破壊せず確実に保護される。異常保護回路５の構成及び動作は図２と同様である。
【００１５】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を図４及び図５に示す。なお、第１又は第２の実施例と同じ回路構成については同じ符号を符して詳細な説明は省略する。第１又は第２の実施例と本実施例の異なる点は、直流電源回路１が具体化した点と、フィルタ回路６の回路構成と、高周波電源回路２とドライブ回路７の間に第２のフィルタ回路８を追加した点と、高周波電源回路２と誘導コイル３の間にマッチング回路１１を追加した点と、高周波電源回路２とドライブ回路７の間に検出抵抗ＲＸ２を設けた点である。異常保護回路５の構成及び動作は図２と同様である。
【００１６】
以下、図４及び図５の回路構成について説明する。商用電源ＡＣに、インダクタ及びコンデンサからなる電源フィルタ回路９及びダイオードブリッジからなる整流回路１０を介して直流電源回路１（図ではいわゆる昇圧チョッパ回路）が接続されている。直流電源回路１の出力端には高周波電源回路２（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びインダクタＬ１，コンデンサＣ１からなる、いわゆるＤ級増幅回路）が接続されており、誘導コイル３と高周波電源回路２の間のインピーダンスを整合し、無電極放電灯４に効率良く高周波電力を伝達するコンデンサＣ２，Ｃ６，Ｃ７からなるマッチング回路１１を介して誘導コイル３に接続されている。そして、誘導コイル３の近傍には透光性のガラスバルブまたは内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気等の放電ガスを封入した無電極放電灯４が配置されている。また、直流電源回路１の出力端には高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動するためのドライブ回路７が接続されている。そして、高周波電源回路２から誘導コイル３に数百ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル３に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯４に高周波電力を供給し、内部に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生させるようになっている。
【００１７】
直流電源回路１は、インダクタＬ４、スイッチング素子Ｑ４（図ではＭＯＳＦＥＴ）、ダイオードＤ３、コンデンサＣ８、及び、スイッチング素子Ｑ４をＯＮ・ＯＦＦ駆動制御する制御回路からなり、商用電源ＡＣを整流した直流電圧を昇圧した直流電圧に変換している。
【００１８】
ドライブ回路７は、水晶振動子Ｘを用いた発振回路及び増幅回路で構成され、駆動トランスＴ１の１次巻線ｎ１の両端に、高周波の略正弦波電圧を発生させ、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する。この回路は、よく知られているので詳細な説明は省略する。
【００１９】
フィルタ回路６は、インダクタＬ５及びコンデンサＣ９〜Ｃ１２で構成され、それぞれのコンデンサの一端は図４に示すＡ点（検出抵抗ＲＸ２の直流電源回路１側の一端）またはＢ点（検出抵抗ＲＸ２の高周波電源回路２側の一端）に接続されている。第２のフィルタ回路８は、インダクタＬ６及びコンデンサＣ１３，Ｃ１４で構成され、コンデンサＣ１３の一端はＡ点に、コンデンサＣ１４はＢ点に接続されている。また、検出抵抗ＲＸ２は、ドライブ回路７と高周波電源回路２の間に設けられている。
【００２０】
次に、本実施例における回路動作について説明する。商用電源ＡＣが投入されると、電源フィルタ回路９及び整流回路１０を介して直流電源回路１（図ではいわゆる昇圧チョッパ回路）が動作し、チョッパ回路の出力電圧は、商用電源ＡＣを整流平滑した電圧（電圧実効値の√２倍）よりも高い直流電圧Ｅとして高周波電源回路２に供給される。この直流電圧Ｅを電源として、高周波電力を誘導コイル３に供給する高周波電源回路２が動作する。ほぼ同時に、ドライブ回路７が動作し、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にＯＮ・ＯＦＦさせている。そして、この高周波電源回路２によりマッチング回路１１を介して誘導コイル３に高周波電流を流すことにより、誘導コイル３に高周波電磁界が発生し、無電極放電灯４が点灯する。
【００２１】
このとき、異常保護回路５（図２）のコンパレータＩＣ１の正入力端の電位よりも負入力端の電位の方を高く設定している。よって、コンパレータＩＣ１の出力はＬｏｗレべルであり、異常保護回路５のトランジスタＱ３はＯＦＦであるので、高周波電源回路２も動作し続けて、無電極放電灯４は点灯し続ける。
【００２２】
本実施例においては、フィルタ回路６を上記のように構成したので直流電源回路１（いわゆる昇圧チョッパ回路）のスイッチング素子Ｑ４のスイッチング時に発生するノイズが、高周波電源回路２へ影響を与えないという効果がある。また、本実施例においては、ドライブ回路７と高周波電源回路２の間にも第２のフィルタ回路８を設けたので、ドライブ回路７と高周波電源回路２との間の相互干渉による障害を防止できるという効果もある。
【００２３】
（実施例４）
本発明の第４の実施例の要部回路構成を図６に示す。本実施例は、図４に示した第３の実施例において、フィルタ回路６のみを図６に示す構成に置き換えたものである。第３の実施例のフィルタ回路６と本実施例のフィルタ回路６の異なる点は、フィルタ回路を多段構成にした点である。
【００２４】
以下、図６の回路構成について説明する。本実施例におけるフィルタ回路６は、インダクタＬ７及びコンデンサＣ１５，Ｃ１６からなるπ型のフィルタ回路をもう一段追加している。図中の点Ａ，Ｂは図４の点Ａ，Ｂにそれぞれ接続される。特に高周波電源回路２がＤ級増幅回路で構成されている場合においては、スイッチングの電圧波形が略矩形波なので、高周波電源回路２の動作周波数の高調波成分を多く含む。従って、本実施例のように、フィルタ回路６の構成を多段構成にすることにより、高周波電源回路２から発生する高調波成分のノイズは除去され、よりノイズ低減効果がある。なお、本実施例では２段のフィルタ構成であったが、３段、４段などのさらに多段のフィルタ回路構成であっても良いことは言うまでもない。
【００２５】
（実施例５）
本発明の第５の実施例の要部回路構成を図７に示す。本実施例は、図４に示した第３の実施例において、フィルタ回路６のみを図７に示す構成に置き換えたものである。本実施例においては、フィルタ回路６にコンデンサＣ１８とインダクタＬ９の直列回路及びコンデンサＣ１９とインダクタＬ１０の直列回路を有して構成されている。また、直流電源回路１の出力端と並列にコンデンサＣ１７が接続されており、高周波電源回路２の入力端と並列にコンデンサＣ２０が接続されている。そして、フィルタ回路６の入力側端子間には、コモンフィルターＴ２が挿入されている。図中の点Ａ，Ｂは図４の点Ａ，Ｂにそれぞれ接続される。このような構成にすることにより、高周波電源回路２から発生するスイッチングノイズが、より低減される。また、異常保護回路５も誤動作することなく正常に動作できる。
【００２６】
なお、上記各実施例において、高周波電源回路２はＤ級増幅回路に限定されるものではなく、Ｃ級増幅回路やＥ級増幅回路でもよい。また、上記各実施例においては、異常保護回路５は、負荷異常時に一瞬にして高周波電源回路２の回路動作を停止させているが、間欠発振動作などの出力を制限する手段などのように、とにかく高周波電源回路２の回路が保護される手段であれば何でもよいことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、直流電圧を出力する直流電源回路と、この直流電源回路の出力端に接続され、高周波電力を出力する、少なくとも１つのスイッチング素子を含む高周波電源回路と、この高周波電源回路の出力端に接続された誘導コイルと、この誘導コイルに近接して配置される無電極放電灯と、前記直流電源回路の低圧側の一端と誘導コイルの一端の間に設けられた抵抗と、その抵抗により前記高周波電源回路に流れる過電流を検出し、その検出出力により高周波電源回路を保護するための異常保護回路と、前記直流電源回路の高圧側の一端と前記高周波電源回路の入力端との間に設けられたインダクタ、及び少なくとも２つのコンデンサを有したフィルタ回路とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記２つのコンデンサのそれぞれの一端は前記インダクタの両端に接続され、それぞれの他端は前記抵抗の両端に接続することによって、高周波電源回路から発生するノイズを防止するとともに、異常保護回路が誤動作することなく正常に高周波電源回路が動作することができる無電極放電灯点灯装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例の異常保護回路の回路図である。
【図３】本発明の第２の実施例の回路図である。
【図４】本発明の第３の実施例の主回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施例の電源回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第４の実施例のフィルタ回路の回路図である。
【図７】本発明の第５の実施例のフィルタ回路の回路図である。
【図８】第１の従来例の回路図である。
【図９】第２の従来例の回路図である。
【図１０】第２の従来例の要部回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１    直流電源回路
２    高周波電源回路
３    誘導コイル
４    無電極放電灯
５    異常保護回路
６    フィルタ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003719009.tif 000006
【図６】
0003719009.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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