(57)【要約】【課題】モータ駆動回路の駆動条件が変更した場合でも過電流保護が可能な過電流保護装置を得ること。【解決手段】モータ駆動回路の電流を検出する電流検出用シャント抵抗と、検出された電流に基づいて発生する検出電圧をフィルタリングするローパスフィルタＡ４０、ローパスフィルタＢ４３と、ローパスフィルタＡ４０またはローパスフィルタＢ４３の出力に切替えるフィルタ切替えＳＷ４６と、過電流状態を判定する基準電圧を設定する過電流遮断レベル設定回路Ａ４７、過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０と、過電流遮断レベル設定回路Ａ４７または過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０の出力に切替える回路切替えＳＷ５３と、フィルタリング後の検出電圧と基準電圧との比較結果に基づいてインバータ回路部を制御し、また、フィルタ切替えＳＷ４６および回路切替えＳＷ５３を制御するインバータ制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを可変速制御するモータ駆動回路における過電流保護装置であって、
前記モータ駆動回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流に基づいて発生する検出電圧をフィルタリングするフィルタ回路と、
前記モータ駆動回路のインバータの駆動状態に基づいて、前記フィルタ回路のフィルタ定数を切替えるフィルタ定数切替え手段と、
過電流状態かどうかを判定する基準電圧を設定する過電流遮断レベル設定回路と、
前記インバータの駆動状態に基づいて、前記過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルを切替える過電流遮断レベル定数切替え手段と、
前記フィルタ回路でフィルタリング後の検出電圧と前記過電流遮断レベル設定回路で設定された基準電圧との比較結果に基づいて前記インバータの駆動・停止を制御し、また、前記フィルタ定数切替え手段および前記過電流遮断レベル定数切替え手段の切替えを制御するインバータ制御手段と、
を備えることを特徴とする過電流保護装置。
【請求項２】
前記インバータ制御手段は、設定したキャリア周波数とキャリア周波数閾値との比較結果に基づいて前記フィルタ定数切替え手段を制御して前記フィルタ定数を切替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、設定したインバータ出力電圧とインバータ電圧閾値との比較結果および検出した直流母線電圧と直流母線電圧閾値との比較結果に基づいて前記過電流遮断レベル定数切替え手段を制御して前記過電流遮断レベルを切替える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の過電流保護装置。
【請求項４】
前記フィルタ回路でフィルタリング後の検出電圧と前記過電流遮断レベル設定回路で設定された基準電圧とを比較する比較器、
を備え、
前記インバータ制御手段は、前記比較器の出力結果に基づいて前記インバータの駆動・停止を制御する、
ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の過電流保護装置。
【請求項５】
モータを可変速制御するモータ駆動回路における過電流保護装置であって、
前記モータ駆動回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流に基づいて発生する検出電圧をフィルタリングするフィルタ回路と、
前記モータ駆動回路のコンバータの駆動状態に基づいて、前記フィルタ回路のフィルタ定数を切替えるフィルタ定数切替え手段と、
過電流状態かどうかを判定する基準電圧を設定する過電流遮断レベル設定回路と、
前記コンバータの駆動状態に基づいて、前記過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルを切替える過電流遮断レベル定数切替え手段と、
前記フィルタ回路でフィルタリング後の検出電圧と前記過電流遮断レベル設定回路で設定された基準電圧との比較結果に基づいて前記コンバータの駆動・停止を制御し、また、前記フィルタ定数切替え手段および前記過電流遮断レベル定数切替え手段の切替えを制御するコンバータ制御手段と、
を備えることを特徴とする過電流保護装置。
【請求項６】
前記コンバータ制御手段は、設定したキャリア周波数とキャリア周波数閾値との比較結果に基づいて前記フィルタ定数切替え手段を制御して前記フィルタ定数を切替える、
ことを特徴とする請求項５に記載の過電流保護装置。
【請求項７】
前記コンバータ制御手段は、設定したコンバータ出力電圧とコンバータ電圧閾値との比較結果および検出した入力交流電圧と入力交流電圧閾値との比較結果に基づいて前記過電流遮断レベル定数切替え手段を制御して前記過電流遮断レベルを切替える、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の過電流保護装置。
【請求項８】
前記フィルタ回路でフィルタリング後の検出電圧と前記過電流遮断レベル設定回路で設定された基準電圧とを比較する比較器、
を備え、
前記コンバータ制御手段は、前記比較器の出力結果に基づいて前記コンバータの駆動・停止を制御する、
ことを特徴とする請求項５，６または７に記載の過電流保護装置。
【請求項９】
前記フィルタ回路が、フィルタ定数の異なるフィルタ手段を複数備える場合に、
前記フィルタ定数切替え手段を、前記フィルタ回路内にある複数のフィルタ手段を切替える切替えスイッチとする、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の過電流保護装置。
【請求項１０】
前記過電流遮断レベル設定回路が、過電流遮断レベルの異なる複数の過電流遮断レベル設定手段を備える場合に、
前記過電流遮断レベル定数切替え手段を、前記過電流遮断レベル設定回路内にある複数の過電流遮断レベル設定手段を切替える切替えスイッチとする、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の過電流保護装置。
【請求項１１】
前記モータ駆動回路において、スイッチングを行う半導体素子をワイドバンドギャップ素子とする、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを可変速制御するモータ駆動回路の過電流保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、モータを可変速制御するコンバータ回路、インバータ回路によって構成されるモータ駆動回路では、駆動回路を構成する半導体素子、モータを保護するため、過電流保護回路が設けられている。過電流保護回路は、モータ駆動回路の電流検出部で検出されたモータ電流に応じて発生する検出電圧と設定された過電流判定用の基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧を超える場合に、駆動回路を停止することによって半導体素子、モータを保護する。
【０００３】
モータを可変速制御するモータ駆動回路では、半導体素子をスイッチングする際にノイズが発生し、そのノイズが過電流保護回路の基準電圧を超えると保護が必要ない状態においても過電流保護回路が誤動作する。そのため、過電流保護回路の入力部にローパスフィルタを構成するなどしてノイズ等による過電流保護回路の誤動作を防止している。
【０００４】
従来の過電流保護回路として、起動開始時など駆動回路の出力周波数が上昇する過渡領域と駆動回路の出力周波数が指令周波数に到達した定常領域とで、過電流検出回路の基準電圧を設定する基準抵抗値を、リレーによって切替えることで運転状態に応じた最適な過電流遮断レベルの設定をしているものがある（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１２１９１８号公報（第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、基準電圧を設定するための基準抵抗を切替えて過電流遮断レベルを可変する過電流遮断回路では、過電流遮断レベルは可変できるもののローパスフィルタの時定数を可変することができない。そのため、短い幅のパルス電流が繰返し流れるような場合は、過電流遮断レベルを可変するだけでは過電流を検出できず過電流保護機能が働かなくなる、という問題があった。
【０００７】
また、近年のＳｉＣ、ＧａＮを代表とするワイドバンドギャップ半導体の実現により、高速スイッチングが可能となりキャリア周波数の高速化が求められている。高速化が可能となったことでキャリア周波数の選択幅が広がり、運転状態に応じてキャリア周波数を低速と高速で切替える制御が検討されている。このような制御を行った場合、キャリア周波数によって電流幅が変化してしまい、同一の過電流保護回路を用いた場合、例えば、キャリア周波数を高速動作させたときに過電流遮断可能となるようにローパスフィルタの時定数を小さく設定すると、キャリア周波数を低速動作させたときにインバータ発生ノイズを過電流と誤検出して意図しないところで過電流保護が作動してしまうことがある。逆に、キャリア周波数を低速動作させたときに時定数を合わせると、キャリア周波数を高速動作させたときに過電流を検出できなくなる。このように、それぞれのキャリア周波数に適したローパスフィルタの時定数の設定が困難となる、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ駆動回路において駆動条件の変更で過電流幅が変化した場合でも過電流保護が可能な過電流保護装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータを可変速制御するモータ駆動回路における過電流保護装置であって、前記モータ駆動回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された電流に基づいて発生する検出電圧をフィルタリングするフィルタ回路と、前記モータ駆動回路のインバータの駆動状態に基づいて、前記フィルタ回路のフィルタ定数を切替えるフィルタ定数切替え手段と、過電流状態かどうかを判定する基準電圧を設定する過電流遮断レベル設定回路と、前記インバータの駆動状態に基づいて、前記過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルを切替える過電流遮断レベル定数切替え手段と、前記フィルタ回路でフィルタリング後の検出電圧と前記過電流遮断レベル設定回路で設定された基準電圧との比較結果に基づいて前記インバータの駆動・停止を制御し、また、前記フィルタ定数切替え手段および前記過電流遮断レベル定数切替え手段の切替えを制御するインバータ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータ駆動回路において駆動条件の変更で過電流幅が変化した場合でも過電流保護ができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、過電流保護装置を備えたモータ駆動回路の構成例を示す図である。
【図２】図２は、過電流検出部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、ローパスフィルタのフィルタ定数および過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルの切替え処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は、過電流保護装置を備えたモータ駆動回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる過電流保護装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本実施の形態における過電流保護装置を備えたモータ駆動回路の構成例を示す図である。モータ駆動回路は、一般的な構成として、交流電源１から得られた交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部２と、コンバータ回路部２によって交流電圧から変換された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ３と、直流電圧をスイッチングすることでモータ５を駆動するインバータ回路部４と、を備える。
【００１４】
また、モータ駆動回路は、電流検出用シャント抵抗６を備えており、電流が流れたときに発生する電圧降下を過電流検出部７が検出する。過電流検出部７は、フィルタ定数設定部８および過電流遮断レベル設定部９を備えており、電圧降下に基づく検出電圧と設定した基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧を超えた場合に、インバータ制御部１０へ検出電圧が基準電圧を超えている（過電流状態である）ことを示す信号を出力する。インバータ制御部１０では、過電流検出部７から過電流状態であることを示す信号を入力すると、インバータ回路部４を停止して、インバータ回路部４を構成する半導体素子およびモータ５を保護する制御を行う。
【００１５】
図２は、過電流検出部の構成例を示す図である。過電流検出部７は、フィルタ定数設定部８と、過電流遮断レベル設定部９と、比較器５４と、を備える。
【００１６】
フィルタ定数設定部８は、ローパスフィルタＡ４０と、ローパスフィルタＢ４３と、フィルタ切替えスイッチ（ＳＷ）４６と、を備える。ローパスフィルタＡ４０およびローパスフィルタＢ４３は、入力信号（検出電圧）に対して直列接続される抵抗と並列接続されるコンデンサを用いたＲＣフィルタである。
【００１７】
ローパスフィルタＡ４０は、抵抗４１とコンデンサ４２によって構成され、ローパスフィルタＢ４３は、抵抗４４とコンデンサ４５によって構成されている。フィルタ切替えＳＷ４６は、ローパスフィルタＡ４０またはローパスフィルタＢ４３のいずれかに切替えて、ローパスフィルタ通過後の信号（検出電圧）を比較器５４へ出力する。
【００１８】
ここで、ローパスフィルタＡ４０およびローパスフィルタＢ４３は、それぞれ異なる抵抗値の抵抗およびコンデンサ容量のコンデンサによって構成されている。フィルタ切替えＳＷ４６によってローパスフィルタを切替えることによって、フィルタ定数設定部８では、遮断周波数が異なる（フィルタ定数（時定数）が異なる）ローパスフィルタを構成することができる。
【００１９】
過電流遮断レベル設定部９は、過電流遮断レベル設定回路Ａ４７と、過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０と、回路切替えスイッチ（ＳＷ）５３と、を備える。過電流遮断レベル設定回路Ａ４７および過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０は、直列接続された２つの抵抗による分圧抵抗回路によって構成されている。
【００２０】
過電流遮断レベル設定回路Ａ４７は、抵抗４８と抵抗４９によって構成され、過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０は、抵抗５１と抵抗５２によって構成されている。回路切替えＳＷ５３は、過電流遮断レベル設定回路Ａ４７または過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０のいずれかに切替えて、過電流遮断レベル設定回路によって設定される基準電圧を比較器５４へ出力する。
【００２１】
ここで、過電流遮断レベル設定回路Ａ４７および過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０は、それぞれ異なる抵抗値の抵抗によって構成されている。回路切替えＳＷ５３によって過電流遮断レベル設定回路を切替えることによって、過電流遮断レベル設定部９では、遮断周波数が異なる（過電流遮断レベルが異なる）過電流遮断レベル設定回路を構成することができる。
【００２２】
比較器５４は、電流検出用シャント抵抗６に発生した電圧降下を抵抗とコンデンサによって構成されたローパスフィルタ通過後の検出電圧であるフィルタ定数設定部８からの出力と、制御電圧が抵抗の分圧比によって分圧することで設定された基準電圧である過電流遮断レベル設定部９からの出力とを入力し、検出電圧が基準電圧よりも大きい場合はインバータ制御部１０へ過電流状態であることを示す信号を出力する。これにより、インバータ制御部１０では、インバータ回路部４を停止する制御を行うことができる。
【００２３】
なお、図１に示す各構成に使用する半導体素子としては、例えば、ＳｉＣ、ＧａＮを代表とするワイドバンドギャップ半導体を使用することで、キャリア周波数の高速化を実現できる。
【００２４】
つづいて、過電流検出部７において、フィルタ定数設定部８のローパスフィルタの切替え処理および過電流遮断レベル設定部９の過電流遮断レベル設定回路の切替え処理について説明する。
【００２５】
インバータ制御部１０では、自身で設定したキャリア周波数、インバータ出力電圧、および自身で検出した直流母線電圧について、それぞれの値を各閾値と比較し、比較結果に基づいて、フィルタ定数設定部８に対してローパスフィルタの切替え、また、過電流遮断レベル設定部９に対して過電流遮断レベル設定回路の切替えを指示する。
【００２６】
フィルタ定数設定部８は、インバータ制御部１０からの指示を受信すると、フィルタ切替えＳＷ４６を制御してローパスフィルタの切替えを行う。また、過電流遮断レベル設定部９は、インバータ制御部１０からの指示を受信すると、回路切替えＳＷ５３を制御して過電流遮断レベル設定回路の切替えを行う。
【００２７】
例えば、モータ駆動回路において、インバータ制御部１０が、空調機で通常運転中のインバータ回路部４の駆動はキャリア周波数を数ｋＨｚで制御し、運転停止中は圧縮機保温のために鉄損を期待してインバータ回路部４の駆動はキャリア周波数を数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまで高速化する制御を行う場合を想定する。
【００２８】
通常運転中にキャリア周波数を数ｋＨｚで制御している場合、モータ駆動回路では、過電流のパルス幅が広くなる。そのため、インバータ制御部１０の制御により、フィルタ定数設定部８は、電流脈動、高周波ノイズによる誤動作防止の対策としてローパスフィルタの時定数（フィルタ定数）を大きく設定するようにフィルタ切替えＳＷ４６を制御する。同様に、インバータ制御部１０の制御により、過電流遮断レベル設定部９は、過電流遮断レベルもインバータ回路部４を構成する半導体素子の電流定格値、モータ５の減磁耐力を超えない値（過電流遮断レベル）を設定するように回路切替えＳＷ５３を制御する。
【００２９】
運転停止中にキャリア周波数を数十ｋＨｚから数百ｋＨｚで高速化スイッチングする場合、モータ駆動回路では、過電流のパルス幅が狭くなり、通常運転中のキャリア周波数である数ｋＨｚの駆動状態で調整されたフィルタ定数では過電流がフィルタリングされてしまい、過電流が検出できないおそれがある。そのため、インバータ制御部１０の制御により、フィルタ定数設定部８は、ローパスフィルタの時定数（フィルタ定数）を小さく設定するようにフィルタ切替えＳＷ４６を制御する。同様に、インバータ制御部１０の制御により、過電流遮断レベル設定部９は、過電流遮断レベルもインバータ出力電圧、直流母線電圧値に応じてインバータ短絡時に発生する過電流を検出できるレベルまで小さく設定された値（過電流遮断レベル）を設定するように回路切替えＳＷ５３を制御する。
【００３０】
具体的には、インバータ制御部１０は、設定したキャリア周波数、インバータ出力電圧、および検出した直流母線電圧値について、キャリア周波数が所定の値（キャリア周波数判定閾値）よりも大きくなった場合にフィルタ切替えＳＷ４６をローパスフィルタの時定数が小さい方（例えば、ローパスフィルタＡ４０）に切替えるようにフィルタ定数設定部８を制御する。同様に、インバータ制御部１０は、インバータ出力電圧が所定の値（インバータ出力電圧判定閾値）以下となり、および／または、直流母線電圧が所定の値（直流母線電圧判定閾値）以下となった場合に回路切替えＳＷ５３を過電流遮断レベルが小さい方（例えば、過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０）に切替えるように過電流遮断レベル設定部９を制御する。これにより、過電流検出部７では、インバータ回路部４の運転状態に応じて最適な過電流遮断の回路を設定することができる。
【００３１】
図３は、ローパスフィルタのフィルタ定数および過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルの切替え処理を示すフローチャートである。まず、インバータ制御部１０は、キャリア周波数とインバータ出力電圧を設定し（ステップＳ１）、直流母線電圧を検出する（ステップＳ２）。
【００３２】
つぎに、インバータ制御部１０は、設定したキャリア周波数とキャリア周波数判定閾値との比較を行う（ステップＳ３）。設定したキャリア周波数の方が大きい場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、インバータ制御部１０は、フィルタ定数設定部８にフィルタ切替えＳＷ４６の切替えを指示し、フィルタ定数設定部８は、ローパスフィルタＡ４０を設定するようにフィルタ切替えＳＷ４６を制御する（ステップＳ４）。設定したキャリア周波数がキャリア周波数判定閾値以下の場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、インバータ制御部１０は、フィルタ定数設定部８にフィルタ切替えＳＷ４６の切替えを指示し、フィルタ定数設定部８は、ローパスフィルタＢ４３を設定するようにフィルタ切替えＳＷ４６を制御する（ステップＳ５）。
【００３３】
つぎに、インバータ制御部１０は、設定したインバータ出力電圧とインバータ出力電圧判定閾値との比較、および検出した直流母線電圧と直流母線電圧判定閾値との比較を行う（ステップＳ６）。設定したインバータ出力電圧の方が大きく、かつ、検出した直流母線電圧の方が大きい場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、インバータ制御部１０は、過電流遮断レベル設定部９に回路切替えＳＷ５３の切替えを指示し、過電流遮断レベル設定部９は、過電流遮断レベル設定回路Ａ４７を設定するように回路切替えＳＷ５３を制御する（ステップＳ７）。設定したインバータ出力電圧がインバータ出力電圧判定閾値以下の場合、または／および、検出した直流母線電圧が直流母線電圧判定閾値以下の場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、インバータ制御部１０は、過電流遮断レベル設定部９に回路切替えＳＷ５３の切替えを指示し、過電流遮断レベル設定部９は、過電流遮断レベル設定回路Ｂ５０を設定するように回路切替えＳＷ５３を制御する（ステップＳ８）。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、過電流保護装置では、インバータ制御部において設定したキャリア周波数、インバータ出力電圧等の駆動状態、および検出した直流母線電圧に基づいて、ローパスフィルタのフィルタ定数および過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルを切替えて、駆動状態に応じて最適化した回路構成で過電流検出を行うこととした。これにより、キャリア周波数を高速と低速で切替えるような制御を行って過電流のパルス幅が大幅に変化するような場合においても、様々な駆動状態にあわせて回路構成を変更して過電流を検出することで、過電流保護を実施することができる。
【００３５】
また、駆動状態に合わせて定数を変更することができるため、キャリア周波数の高周波化、制御方式の変更など、選択できる駆動定数の範囲を広げることが可能となり、汎用性を高めることができる。
【００３６】
また、駆動状態に合わせて新たな過電流保護装置を追加することなく、過電流保護装置の基本構成は同じで定数切替えを行えばよいので、低コストで様々な駆動状態に対応することが可能となる。
【００３７】
なお、インバータ回路部４の過電流保護に利用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、コンバータ回路部２の過電流保護など、その他の過電流保護に利用することができる。図４は、本実施の形態における過電流保護装置を備えたモータ駆動回路の構成例を示す図である。インバータ制御部１０に替えてコンバータ制御部１１を備える点が図１と異なる。インバータ制御部１０と同様、コンバータ制御部１１が、設定したキャリア周波数、コンバータ出力電圧、検出した入力交流電圧に基づいて、ローパスフィルタのフィルタ定数および過電流遮断レベル設定回路の過電流遮断レベルを切替える制御を行うことで、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる過電流保護装置は、モータ駆動回路に有用であり、特に、モータを可変速制御するモータ駆動回路に適している。
【符号の説明】
【００３９】
１  交流電源、２  コンバータ回路部、３  平滑コンデンサ、４  インバータ回路部、５  モータ、６  電流検出用シャント抵抗、７  過電流検出部、８  フィルタ定数設定部、９  過電流遮断レベル設定部、１０  インバータ制御部、１１  コンバータ制御部、４０  ローパスフィルタＡ、４１，４４，４８，４９，５１，５２  抵抗、４２，４５  コンデンサ、４３  ローパスフィルタＢ、４６  フィルタ切替えスイッチ（ＳＷ）、４７  過電流遮断レベル設定回路Ａ、５０  過電流遮断レベル設定回路Ｂ、５３  回路切替えスイッチ（ＳＷ）、５４  比較器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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