(57)【要約】【課題】広範囲の負荷電圧に対応しつつ保護動作を適切に実行することのできる点灯装置および照明器具を提供する。【解決手段】点灯装置１００は、入力端子１０２と、ノイズ抑制回路１と、整流回路２と、昇圧チョッパ回路３と、降圧チョッパ回路４と、負荷電圧検出回路５と、制御回路６と、検出電圧可変回路８と、出力端子１０４とを備えている。検出電圧可変回路８は、制御回路６の端子Ｃから入力信号を受け、この入力信号に応じて負荷電圧ＶＦを異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧Ｖｓとして出力する。制御回路６は、検出電圧可変回路８の出力する保護電圧Ｖｓをその端子Ｄで受けて、保護電圧Ｖｓの大きさに基づいて保護動作を行う。制御回路６は、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値が大きいほど負荷電圧ＶＦを小さな値に変換させるように、入力信号を検出電圧可変回路８のトランジスタＱ３のベースにバイアスする。【選択図】図２
2015158983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、
入力側電源回路からの直流電圧が入力され、発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、
前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、
入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、
前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、
を備える点灯装置。
【請求項２】
前記出力側電源回路は、調光器の調光電圧に応じて前記直流電流を調整し、
前記制御回路は、前記調光器の調光電圧が高いほど前記負荷電圧を低い値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与える請求項１に記載の点灯装置。
【請求項３】
前記検出電圧可変回路は、
前記入力信号に従って制御されるトランジスタと、
前記負荷電圧を分圧する分圧抵抗値が前記トランジスタのオンオフにより可変される分圧回路と、
を含む請求項１または２に記載の点灯装置。
【請求項４】
発光素子と、
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、
入力側電源回路からの直流電圧が入力され、前記発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、
前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、
入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、
前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、
を備える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯装置および照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１２−１６０３２２号公報に開示されているように、例えば４５Ｖ〜９５Ｖの範囲内で負荷電圧が互いに異なる複数のＬＥＤモジュールを点灯可能な点灯装置が知られている。負荷異常を検出してＬＥＤランプ点灯装置に保護動作をさせる技術が公知である。一般的には、電源回路の出力電圧を監視して負荷異常を検出する場合、閾値を設定しておき、出力電圧がこの閾値を逸脱したときに異常であると判定する。上記従来技術にかかる点灯装置は、点灯時の負荷電圧をモニタして閾値を都度適切な値に可変するようにしている。このようにすることで、点灯条件の変化に対応して閾値を都度適切な値に追随させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６０３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の点灯装置では、点灯時におけるＬＥＤモジュールの負荷電圧が異なると、これに応じて、電源回路の出力電圧判定のための閾値（すなわち保護閾値電圧）そのものを可変させている。しかしながら、保護閾値電圧を変化させる範囲は、制御回路の電源電圧によって制約を受けてしまう。その結果、対応可能な負荷電圧の範囲を広くとることが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、広範囲の負荷電圧に対応しつつ保護動作を適切に実行することのできる点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる点灯装置は、電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、入力側電源回路からの直流電圧が入力され、発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、を備える。
【０００７】
本発明にかかる照明器具は、発光素子と、前記発光素子を点灯させる点灯装置と、を備える。前記点灯装置は、電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、入力側電源回路からの直流電圧が入力され、前記発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、負荷電圧から保護電圧を生成する検出電圧可変回路が可変な出力特性を有するので、発光素子の負荷電圧が広範囲に及んでも保護動作を適切に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる照明器具および点灯装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる照明器具および点灯装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる検出電圧可変回路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１および図２は、本発明の実施の形態にかかる照明器具３００を示す図である。照明器具３００は、商用電源Ｖａｃと接続する点灯装置１００と、点灯装置１００に接続するＬＥＤモジュール１２０とを備えている。ＬＥＤモジュール１２０にはＬＥＤ素子の個数が互いに異なるＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂが含まれており、これらのいずれか一方を任意に選択して使用できる。図１および図２には点灯装置１００の回路図が示されている。点灯装置１００は、入力端子１０２が交流電源（典型的には商用電源）Ｖａｃに接続し、出力端子１０４を介してＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂのいずれかに定電流を流し、ＬＥＤ素子を点灯させる。点灯装置１００は、図１に示すようにＬＥＤ素子の個数が互いに異なる複数のＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂの両方に対応しており、どちらが接続されても点灯が可能である。図２に示すように、点灯装置１００は、入力端子１０２と、ノイズ抑制回路１と、整流回路２と、入力側の電源回路である昇圧チョッパ回路３と、昇圧チョッパ回路３と接続してこれよりも出力側に設けられた電源回路である降圧チョッパ回路４と、負荷電圧検出回路５と、制御回路６と、検出電圧可変回路８と、出力端子１０４とを備えている。図２は、ＬＥＤモジュール１２０ａが点灯装置１００に接続されているときの回路図である。ＬＥＤ素子数がＬＥＤモジュール１２０ａより多いＬＥＤモジュール１２０ｂも点灯装置１００に接続可能である。制御回路６には調光器２００が接続されている。
【００１１】
［ノイズ抑制回路１、整流回路２］
ノイズ抑制回路１は、例えばＬ型あるいはΠ型のノイズフィルタなどからなる。整流回路２は、全波整流を行うダイオードブリッジである。
【００１２】
［昇圧チョッパ回路３］
昇圧チョッパ回路３は、一端が整流回路２の高電位側に接続されるインダクタＬ２と、このインダクタＬ２の他端に接続されるＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、アノード端子がスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ２との接続点に接続されるダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソード端子に正極が接続され整流回路２の低電位側に負極が接続される平滑コンデンサＣ３と、この平滑コンデンサＣ３に並列に接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路とを備えている。スイッチング素子Ｑ１は、制御回路６により交流電源Ｖａｃの電源周波数よりも十分に高い周波数（例えば数百ｋＨｚ）でオンオフされる。昇圧チョッパ回路３では、スイッチング素子Ｑ１をオンオフさせると、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にインダクタＬ２に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にダイオードＤ１を介して放出される。そして、整流回路２からの出力にインダクタＬ２から放出されるエネルギーが重畳される形で平滑コンデンサＣ３が充電されるため、平滑コンデンサＣ３の両端電圧を整流回路２の出力電圧よりも昇圧することができる。平滑コンデンサＣ３の両端電圧は抵抗Ｒ１、Ｒ２を用いて分圧され、抵抗Ｒ２の両端電圧が制御回路６に入力される。制御回路６は、入力された抵抗Ｒ２の両端電圧に基づいて、平滑コンデンサＣ３の両端電圧の平均値が一定化されるようにスイッチング素子Ｑ１をオンオフする。
【００１３】
［降圧チョッパ回路４］
降圧チョッパ回路４はＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２の直列回路を備えており、この直列回路が昇圧チョッパ回路３の平滑コンデンサＣ３と並列に接続されている。降圧チョッパ回路４は、チョークコイルＬ３、平滑コンデンサＣ４、および抵抗Ｒ３の直列回路を備えており、この直列回路がダイオードＤ２に並列に接続されている。抵抗Ｒ３は、ＬＥＤモジュール１２０ａに流れるＬＥＤ電流を検出するためのものである。降圧チョッパ回路４は、いわゆる非絶縁型の降圧コンバータである。この降圧チョッパ回路４は、入力される平滑コンデンサＣ３の平滑電圧を低い直流電圧に変換する。降圧チョッパ回路４は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間に入力から出力へ電流が流れるとともに、チョークコイルＬ３にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Ｑ２のオフ期間に、チョークコイルＬ３に蓄えられたエネルギーにて、ダイオードＤ２を介して、ＬＥＤモジュール１２０ａのＬＥＤ素子に電流を流す。さらに、平滑コンデンサＣ４にて高周波リップルを抑制している。このとき、ＬＥＤモジュール１２０ａの電流を検出する抵抗Ｒ３からの検出電圧が制御回路６に入力され、制御回路６はこの検出電圧に基づいて、ＬＥＤ素子に流れる電流が一定電流になるように降圧チョッパ回路４のスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。また、この抵抗Ｒ３からの検出電圧に基づいて、ＬＥＤモジュール１２０ａが接続されているか否かを判断する。この点については他の方法でも良く例えば特開２０１２−１６０３２２号公報に記載の方法などでも構わない。
【００１４】
［負荷電圧検出回路５］
負荷電圧検出回路５は、降圧チョッパ回路４の出力端に接続するＬＥＤモジュール１２０ａの負荷電圧ＶＦを分圧して、制御回路６に入力する。すなわち、負荷電圧検出回路５は、負荷電圧ＶＦに比例的に対応する保護電圧Ｖｓを制御回路６に入力する。負荷電圧検出回路５は、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６からなる直列回路が、降圧チョッパ回路４のチョークコイルＬ３と平滑コンデンサＣ４の接点と、グランドの間に並列に接続されている。また、抵抗Ｒ６と並列に、検出電圧可変回路８が接続されている。
【００１５】
［検出電圧可変回路８］
図３は、検出電圧可変回路８の回路図である。検出電圧可変回路８は、抵抗Ｒ７、Ｒ８の直列回路が、負荷電圧検出回路５の抵抗Ｒ６と並列に接続されている。抵抗Ｒ８に並列に接続しているコンデンサＣ５は、ノイズ除去用である。制御回路６の端子Ｃからの入力は、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１にて分圧され、トランジスタＱ３のベースに入力される。抵抗Ｒ１１に並列に接続しているコンデンサＣ６は、ノイズ除去用である。
【００１６】
検出電圧可変回路８は、制御回路６の端子Ｃから入力信号を受け、この入力信号に応じて負荷電圧ＶＦを異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧Ｖｓとして出力する。すなわち、制御回路６の端子Ｃから入力信号でトランジスタＱ３がオンすると、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の分圧電圧が、制御回路６の端子Ｄに入力される。一方、トランジスタＱ３がオフすると、抵抗Ｒ７、Ｒ８の分圧電圧が制御回路６の端子Ｄに入力される。このようにすることで、検出電圧可変回路８は、端子Ｃから受ける入力信号に応じてトランジスタＱ３のオン、オフを制御することによって、負荷電圧ＶＦに対する保護電圧Ｖｓの出力特性を切り替えることができる。
【００１７】
［制御回路６］
制御回路６は、点灯装置１００に交流電源Ｖａｃが入力されると、昇圧チョッパ回路３を駆動させるとともに、降圧チョッパ回路４を起動させる。制御回路６は、ＬＥＤ電流ＩＦを検出する抵抗Ｒ３からの検出電圧より、ＬＥＤモジュール１２０ａまたはＬＥＤモジュール１２０ｂの接続有無を確認する。その後、ＬＥＤモジュール接続有りの場合、制御回路６は、降圧チョッパ回路４を駆動させる。一方、モジュールの接続無しの場合、制御回路６は、昇圧チョッパ回路３と降圧チョッパ回路４のそれぞれのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を停止する。
【００１８】
制御回路６は、検出電圧可変回路８の出力する保護電圧Ｖｓをその端子Ｄで受けて、保護電圧Ｖｓの大きさに基づいて保護動作を行う。制御回路６は、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値が大きいほど負荷電圧ＶＦを小さな値に変換させるように、入力信号を検出電圧可変回路８のトランジスタＱ３のベースにバイアスする。制御回路６は、異なる負荷電圧ＶＦを有するＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂのいずれが点灯されている場合においても保護電圧Ｖｓが概略同等の値、好ましくは等しい値になるように、トランジスタＱ３のオンオフを制御する。
【００１９】
図４〜図７は、それぞれ異なる動作条件での点灯装置１００の特性を説明するための図である。図４（ａ）〜図７（ａ）はそれぞれ昇圧チョッパ回路３の出力電圧Ｖｂｕｓの波形を示しており、破線Ｖｂｕｓ（ａｖ）は出力電圧Ｖｂｕｓの平均値である。図４（ｂ）〜図７（ｂ）はそれぞれ調光電圧Ｖｄｉｍを示し、図４（ｃ）〜図７（ｃ）はそれぞれ保護電圧Ｖｓを示している。図４および図７は、ＬＥＤ電圧すなわち負荷電圧がＶＦであるＬＥＤモジュール１２０ａを点灯装置１００に接続したときの特性である。図５および図６は、負荷電圧がその４倍（すなわちＶＦ×４）であるＬＥＤモジュール１２０ｂを点灯装置１００に接続したときの特性である。図４および図５におけるＬＥＤ電流をＩＦとすると、図６および図７におけるＬＥＤ電流はその半分である。図４の場合の昇圧チョッパ回路３の出力電流をＩＯとすると、図５の場合には昇圧チョッパ回路３がその４倍の出力電流（ＩＯ×４）を出力し、図６の場合には昇圧チョッパ回路３がその２倍の出力電流（ＩＯ×２）を出力し、図７の場合には昇圧チョッパ回路３がその１／２倍の出力電流（ＩＯ×１／２）を出力する。ＩＯ＝（ＶＦ×ＩＦ）／Ｖｂｕｓで求められる。
【００２０】
降圧チョッパ回路４を駆動させた後、昇圧チョッパ回路３の出力電圧を所定時間検出して得た値が基準値とされる。なお、この所定期間は、図４（ａ）〜図７（ａ）に示すように本実施の形態では出力電圧波形の４周期分の長さとしているが、本発明はこれに限られず、３周期分以下でもよいし、５周期分以上でもよい。図４（ａ）〜図７（ａ）に示すように昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値を、閾値Ｖｂｔｈ１、Ｖｂｔｈ２と比較する。図４（ａ）に示すように所定期間内で出力電圧の最大値が閾値Ｖｂｔｈ２を数回超えた場合、制御回路６は端子Ｃにハイ電圧を出力する。一方、図７（ａ）に示すように閾値Ｖｂｔｈ１を下回っている場合は、制御回路６は端子Ｃにロー電圧を出力する。
【００２１】
図６（ａ）に示すように所定期間内で出力電圧の最大値が閾値Ｖｂｔｈ１を数回超えかつ閾値Ｖｂｔｈ２以下の場合、制御回路６は、ＬＥＤ電流ＩＦを検出する抵抗Ｒ３からの検出電圧と、閾値を比較する。すなわち、図６（ｂ）に示すように降圧チョッパ回路４の負荷電流に対応する調光電圧Ｖｄｉｍと、調光閾値電圧Ｖｄｔｈを比較する。図６（ｃ）に示すように調光電圧Ｖｄｉｍが調光閾値電圧Ｖｄｔｈを下回っている場合は、制御回路６は端子Ｃにロー電圧を出力する。一方、調光電圧Ｖｄｉｍが調光閾値電圧Ｖｄｔｈ以上の場合、制御回路６は端子Ｃにハイ電圧を出力する。
【００２２】
昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値と、降圧チョッパ回路４の負荷電流に対応する調光電圧Ｖｄｉｍと調光閾値電圧Ｖｄｔｈを比較することで、降圧チョッパ回路４の負荷電圧を試算する。その結果を基に、異なる負荷電圧ＶＦを有するＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂのいずれが点灯されている場合も、制御回路６に入力される保護電圧Ｖｓ（すなわち端子Ｄの電圧）が概略同じ電圧となるように、検出電圧可変回路８のトランジスタＱ３をオン／オフさせる。また、概略同じ電圧が入力されるように、抵抗Ｒ４〜Ｒ９の定数は選定される。
【００２３】
保護電圧Ｖｓが保護閾値電圧Ｖｓｔｈを逸脱したときには、制御回路６は降圧チョッパ回路４を制御して安全動作をおこなう。安全動作の内容は既に公知の各種の制御動作を適宜に採用すればよいので、説明は省略する。
【００２４】
なお、本実施の形態では昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値に対する閾値を２つ設け（すなわちＶｂｔｈ１、Ｖｂｔｈ２）、降圧チョッパ回路４の負荷電流に対応する調光電圧の調光閾値電圧Ｖｄｔｈを１つ設けたが、本発明はこれに限られない。互いに負荷電圧が異なるさらに多くの個数のＬＥＤモジュールに対応するため、検出電圧可変回路８、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値に対する閾値Ｖｂｔｈの数と、降圧チョッパ回路４の負荷電流に対応する調光電圧Ｖｄｉｍの調光閾値電圧Ｖｄｔｈの数を増やしてもよい。また、ＬＥＤ電流すなわちＩＦが固定出力の点灯装置の場合、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値と閾値を比較することで、降圧チョッパ回路４の負荷電圧を試算できることはいうまでもない。
【００２５】
このように、異なる負荷電圧のＬＥＤモジュールを使用しても、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値と、降圧チョッパ回路４の負荷電流に対応する調光電圧と閾値を比較することで、降圧チョッパ回路４の負荷電圧を試算する。その結果を基に、異なる負荷電圧のＬＥＤモジュール１２０ａ、１２０ｂのいずれを点灯させる場合でも概略同じ電圧が入力されるように、検出電圧可変回路８のトランジスタＱ３をオン／オフさせる。また、概略同じ電圧が入力されるように、抵抗Ｒ４〜Ｒ９の定数を選定しておく。また、例えば、ＬＥＤモジュールを点灯しているときにＬＥＤモジュールが接続手段から外された場合、降圧チョッパ回路４が一定電流を流そうとする結果、降圧チョッパ回路４の出力電圧が上昇する。降圧チョッパ回路４の出力電圧は最大で昇圧チョッパ回路３の出力電圧まで上がるが、制御回路６はその前に降圧チョッパ回路４および昇圧チョッパ回路３の発振を停止する。このようにすることで、ＬＥＤ電圧に対して出力電圧が過度に大きな値となるのを防止でき、ＬＥＤモジュールが接続手段に再接続されたときに過大なサージ電流がＬＥＤ素子に流れることを防止できる。
【００２６】
また、負荷電圧に対応する保護電圧の出力特性を可変させているので保護閾値電圧Ｖｓｔｈを可変しなくともよく、制御回路６の電源電圧の制約を受けずに負荷電圧が広範囲である場合にも適切に保護動作を実行できる。
なお、上述したように、制御回路６は、昇圧チョッパ回路３の出力電圧の最大値が大きいほど負荷電圧ＶＦを小さな値に変換させるように、入力信号を検出電圧可変回路８のトランジスタＱ３のベースにバイアスしている。このバイアス制御には、「出力電圧の最小値が小さいほど」負荷電圧ＶＦを小さな値に変換させるようにトランジスタＱ３のベースへのバイアスを制御することを含んでもよく、「出力電圧の最大値あるいは最小値と出力電圧の平均値との間の差が大きいほど」負荷電圧ＶＦを小さな値に変換させるようにトランジスタＱ３のベースへのバイアスを制御することを含んでもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  ノイズ抑制回路、２  整流回路、３  昇圧チョッパ回路、４  降圧チョッパ回路、５  負荷電圧検出回路、６  制御回路、８  検出電圧可変回路、１００  点灯装置、１０２  入力端子、１０４  出力端子、１２０，１２０ａ，１２０ｂ  ＬＥＤモジュール、２００  調光器、３００  照明器具、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  端子
【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】
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【図６】
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【図７】
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