CN102196623A - 具有电路检测功能的发光二极管驱动电路与电力转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有电路检测功能的发光二极管驱动电路与电力转换电路。此电力转换电路包括一晶体管、一控制器与一检测电路。晶体管接收一输入电压。控制器耦接至晶体管的一控制端，控制晶体管的导通状态，以稳定电力转换电路的输出。检测电路至少检测晶体管的控制端与低电位端的其中之一端，并在所检测到的任一端电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号。此状态信号用以使提供输入电压的一电源电路中止供电。

Description

具有电路检测功能的发光二极管驱动电路与电力转换电路

技术领域

本发明涉及一种具有电路检测功能的驱动电路，且特别涉及一种具有电路检测功能的发光二极管驱动电路与电力转换电路。

背景技术

随着发光二极管的发光效率的提升，越来越多的发光二极管元件被用来取代传统的灯泡、灯管等照明设备。基本上，发光二极管的亮度是由流过电流的大小所决定。因此，发光二极管驱动电路必须提供适当的设计，以有效控制流经发光二极管的电流大小。

图1为一典型发光二极管驱动电路的电路图。图中的发光二极管D1，D2连接成串，以确保流经各个发光二极管D1，D2的电流i0大小相同。在发光二极管D2与接地端G之间连接有一晶体管T0与一电阻R0。其中，电阻R0用以产生反馈信号VFB。此反馈信号VFB的电位等于流经发光二极管的电流i0乘上此电阻R0的电阻值。晶体管T0则是用以控制流经发光二极管D1，D2的电流大小。

另外，此发光二极管驱动电路还具有一操作放大器EA0，其反向输入端接收上述反馈信号VFB，正向输入端接收一参考电压信号VREF，而输出端则是连接至晶体管T0的栅极。此操作放大器EA0与晶体管T0构成一反馈电路以稳定反馈信号VFB的电位，使其电位等于参考电压信号VREF的电位，亦即可以稳定流经发光二极管D1，D2的电流i0于一预设电流值。

一般而言，发光二极管驱动电路多提供有开路保护(open circuit protection)以因应发光二极管失效而造成开路的状况。当发光二极管D1，D2失效而产生开路，发光二极管D1，D2的电流i0会降至零，使晶体管T0的源极电位亦降至零电位。此时，开路保护功能会启动以停止发光二极管驱动电路。另一方面，当部分发光二极管失效而产生短路时，因为发光二极管D1，D2所造成的压降降低，而导致流经发光二极管D1，D2的电流i0上升。此时，由操作放大器EA0与晶体管T0所构成的反馈电路可将电流i0再稳定回预设电流值，避免电流i0过度上升。

然而，当晶体管T0失效时，传统的发光二极管驱动电路并不能判断出来，故也无法针对晶体管失效的情况，提供适当的电路保护功能。再者，此时亦无法通过控制晶体管T0来达到上述发光二极管开路、短路的保护作用。

发明内容

本发明提供一种具有电路检测功能的发光二极管驱动电路与电力转换电路，可以准确判断前述电路中的晶体管是否正常运作，进而提供适当的电路保护。

为达成上述目的，本发明提供一种具有电路检测功能的发光二极管驱动电路。此驱动电路包括一电源供应端、至少一发光二极管、一开关元件、一电流控制电路与一检测电路。其中，开关元件耦接于电源供应端与发光二极管之间，以决定电源供应端是否对发光二极管供电。电流控制电路耦接于发光二极管与一参考电位端之间，并具有一第一晶体管控制流经发光二极管的电流的大小。检测电路检测第一晶体管的一控制端、一高电位端与一低电位端的至少其中之一端。并在任一端的电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号关断开关元件。

本发明还提供一种具有电路检测功能的电力转换电路。此电力转换电路包括一晶体管、一控制器与一检测电路。控制器耦接至晶体管的一控制端，控制晶体管的导通状态，以稳定电力转换电路的输出。检测电路至少检测晶体管的控制端与低电位端的其中之一端，并在所检测到的任一端电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为一典型发光二极管驱动电路的电路图。

图2A为本发明具有电路检测功能的发光二极管驱动电路的第一实施例的示意图。

图2B为图2A中的电流控制电路一较佳实施例的电路图。

图2C为图2A中的检测电路一较佳实施例的电路图。

图2D为图2A中的检测电路另一较佳实施例的电路图。

图2E为图2A中的控制电路另一较佳实施例的电路图。

图3为本发明具有电路检测功能的发光二极管驱动电路系统的一实施例的示意图。

图4A为本发明具有电路检测功能的发光二极管驱动电路的第二实施例的示意图。

图4B为图4A的检测电路另一较佳实施例的电路示意图。

图5为本发明具有电路检测功能的二极管驱动电路一第三实施例的示意图。

图6为本发明具有电路检测功能的一电力转换电路的第一实施例的示意图。

图7为本发明具有电路检测功能的一电力转换电路的第二实施例的示意图。

主要元件符号说明：

发光二极管D1，D2；              电流i0；

接地端G；                       晶体管T0；

电阻R0；                        反馈信号VFB；

操作放大器EA0；         参考电压信号VREF；

电源供应端A1；          开关元件SW1；

电流控制电路10；        检测电路20；

控制电路30；            第一晶体管T1；

控制信号CONT；          电流i1；

误差放大器EA1；         参考电压VREF0；

高电位端HV1；           低电位端LV1；

控制端CT1，CT2；        状态信号State；

比较器COM1，COM2，COM3，COM4，COM5，COM6，COM7；

第一参考电压VREF1；     第二参考电压VREF2；

第三参考电压VREF3；     第四参考电压VREF4；

第五参考电压VREF5；     第六参考电压VREF6；

第七参考电压VREF7；     第二晶体管T2；

噪声抑制电路32；        变压器Tr；

外界输入电压V1；        第一驱动电压Vd；

第二驱动电压VDD；       调光信号DIM；

逻辑门22；              非门23；

计时电路24；            误差放大器44；

驱动电路46；            输出VOUT；

二极管D3；              电感L1；

电容C1；                控制器50。

具体实施方式

本发明的主要功能在于检测受控晶体管(包含：金氧半场效晶体管、双极结型晶体管等)的状态，当受控的晶体管因异常而无法正常操作时，产生一状态信号以通知其他电路配合，例如：停止操作或降低输出等，以达到保护的效果。本发明除了可以应用至发光二极管驱动电路外，亦可以应用至电力转换电路，如低压差稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)、直流转直流电压转换器、交流转直流电压转换器、直流转交流电压转换器等利用晶体管进行电路控制的范畴。这些应用将通过以下的实施例进行说明。

图2A为本发明具有电路检测功能的发光二极管驱动电路一第一实施例的示意图。如图中所示，此驱动电路包括一电源供应端A1、至少一发光二极管(图中以二个发光二极管D1，D2为例)、一开关元件SW1、一电流控制电路10与一检测电路20。其中，开关元件SW1耦接于电源供应端A1与发光二极管D1间，以决定电源供应端A1是否对发光二极管D1供电。电流控制电路10耦接于发光二极管D2与一接地端G(参考电位端)间，并具有一第一晶体管T1。此第一晶体管T1依据一控制信号CONT控制流经发光二极管D1，D2的电流i1的大小。本实施例的第一晶体管T1是一金氧半晶体管为例。不过，本发明并不限于此，此第一晶体管T1亦可以是一双极性晶体管(BJT)。

图2B为图2A中的电流控制电路10一较佳实施例的电路图。如图中所示，此电流控制电路10包括第一晶体管T1与一误差放大器EA1。第一晶体管T1的一高电位端HV1耦接于发光二极管D2，一低电位端LV1透过一电阻耦接至接地端G。误差放大器EA1的一输入端耦接至第一晶体管T1的低电位端LV1，另一输入端则是接收一参考电压VREF0。误差放大器EA1依据低电位端LV1的电位与参考电压VREF0的比较结果，控制第一晶体管T1的导通状态，藉以将低电位端LV1的电位稳定于参考电压VREF0，进而稳定流经发光二极管D1，D2的电流i1的大小。

检测电路20检测第一晶体管T1的控制端CT1、高电位端HV1与低电位端LV1的至少其中之一端。并在任一端的电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号State关断开关元件SW1。在本发明中，所谓预定电位范围可以是介于一上限值和一下限值之间的范围、或者是大于某值的范围或小于某值的范围。在本实施例中，检测电路20检测第一晶体管T1的低电位端LV1的电位，以决定是否产生状态信号State。

图2C为图2A中的检测电路20一较佳实施例的电路图。如图中所示，此检测电路20包括一比较器COM1。比较器COM1的正向输入端耦接至第一晶体管的低电位端LV1，反向输入端通入一第一参考电压VREF1。在正常运作状态下，第一晶体管T1的低电位端LV1的电位会保持在第一参考电压VREF1之下。不过，当第一晶体管T1产生短路(short)时，低电位端LV1的电位会快速上升而超过第一参考电压VREF1。此时，比较器COM1会产生高电位的状态信号State，显示第一晶体管T1发生异常。

图2D为图2A中的检测电路20另一较佳实施例的电路图。不同于图2C的检测电路20是用来检测第一晶体管T1是否产生短路，本实施例的检测电路20则是用来检测第一晶体管T1是否产生开路(open)。如图中所示，此检测电路20包括一比较器COM2。比较器COM2的反向输入端耦接至第一晶体管的低电位端LV1，正向输入端通入一第二参考电压VREF2。在正常运作状态下，第一晶体管T1的低电位端LV1的电位会保持在第二参考电压VREF2之上。不过，当第一晶体管T1产生开路(open)时，低电位端LV1的电位会快速降低而低于第二参考电压VREF2。此时，比较器COM2会产生高电位的状态信号State，显示第一晶体管T1发生异常。

前述图2C与图2D的实施例是将比较器COM1，COM2输出的高准位信号设定为状态信号State。不过，本发明并不限于此。通过改变比较器COM1，COM2的正向输入端与反向输入端所通入的信号，亦可将比较器COM1，COM2输出的低准位信号设定为状态信号State。

如图2A所示，本实施例的发光二极管驱动电路还具有一控制电路30，耦接开关元件SW1的一控制端。当控制电路30接收到状态信号State后，控制电路30即依据此状态信号State关断(Turn off)开关元件SW1。

图2E为本发明控制电路30一较佳实施例的电路图。如图中所示，此控制电路30具有一第二晶体管T2与一噪声抑制电路32。其中，第二晶体管T2耦接于开关元件SW1的控制端CT2与一接地端之间。噪声抑制电路32耦接至第二晶体管T2的控制端。当噪声抑制电路32接收到状态信号State时，噪声抑制电路32不会立刻产生控制信号导通第二晶体管T2，而是必须等到状态信号State持续时间超过一预定时间，确认第一晶体管T1确实产生问题后，才会导通第二晶体管T2。在第二晶体管T2导通后，开关元件SW1的控制端CT2的电位会被迅速拉低，使开关元件SW1由导通转变为不导通，以停止电源供应端A1对于发光二极管D1，D2的供电。

其次，在电源供应端A1尚未供电至发光二极管D1，D2的时候，第一晶体管T1的各端点的电位亦可能会落于前述预定电位范围之外，而造成误判。为了避免此问题的发生，检测电路20可同时确认电源供应端A1的状态，依据电源供应端A1是否已经稳定供电，以决定是否开始检测第一晶体管T1的端点电位，以输出状态信号State。又或者，检测电路20可以直接透过检测第一晶体管T1的各端点的电位，在所检测的端点电位落入相对应的预定电位范围，以确定电源供应端A1已经开始稳定供电后，才开始根据各端点的电位来决定是否输出状态信号State。

图3为本发明具有电路检测功能的二极管驱动电路系统一较佳实施例的示意图。如图中所示，此电路系统具有一变压器Tr。此变压器Tr包括一第一绕组、一第二绕组与一辅助绕组，用以将外界输入电压V1转换为一第一驱动电压Vd与一第二驱动电压VDD。其中，第一驱动电压Vd提供至电源供应端A1，以驱动发光二极管D1，D2。第二驱动电压VDD则是提供检测电路20运作所需的电能。当电源供应端A1开始稳定对发光二极管供电时，第二驱动电压VDD也会稳定供电至检测电路20，使检测电路20开始运作，以检测第一晶体管T1的端点电位。

此外，如图3所示，本实施例亦可如同图2A的实施例，加入开关元件SW1于变压器Tr的二次侧与发光二极管D1，D2间，并以一控制电路30根据状态信号State来决定是否停止变压器Tr的二次侧对于发光二极管D1，D2的供电。

图4A为本发明具有电路检测功能的发光二极管驱动电路一第二实施例的示意图。本实施例与本发明第一实施例的差异在于，本实施例的检测电路20是检测第一晶体管T1的控制端CT1的电位。并且，检测电路20同时接收一调光信号DIM，以避免将调光过程所造成的电位变动，误判为晶体管异常。

电流控制电路10依据调光信号DIM的工作周期的长短，调整发光二极管D1，D2亮度。此调光信号DIM可以通入误差放大器EA1，以控制误差放大器EA1的输出，又或者此调光信号DIM可来调整参考电压VREF0的电位高低，以改变误差放大器EA1的输出。

检测电路20具有一比较器COM3与一逻辑门22。比较器COM3的反向输入端连接至第一晶体管T1的控制端CT1，正向输入端接收一第三参考电压VREF3。比较器COM3将第一晶体管T1的控制端CT1的电位与第三参考电压VREF3进行比较。逻辑门22接收比较器COM3输出的一输出信号与一调光信号DIM，判断第一晶体管T1的控制端CT1的电位变化是否与调光信号DIM有关，以决定是否产生状态信号State。

进一步来说，当第一晶体管T1发生短路时，流过第一晶体管T1的电流会突然增加。此时，为了稳定发光二极管D1，D2的亮度，电流控制电路10会迅速调降第一晶体管T1的控制端CT1的电位，而使控制端CT1的电位低于第三参考电压VREF3。不过，在调光信号DIM处于「暗」(DIMMING OFFPERIOD)周期时，第一晶体管T1的控制端CT1的电位也会降低。此时，亦可能使控制端CT1的电位低于第三参考电压VREF3。因此，单单以比较器COM3是否产生高电位的输出信号，并不能确定究竟是由于第一晶体管T1发生短路，还是由于调光所致。

为了确认第一晶体管T1是否确实发生短路，逻辑门22同时接收来自比较器COM3的输出信号与调光信号DIM进行逻辑判断。关于此逻辑判断过程，举例来说，调光信号DIM为低电位是对应于发光二极管D1，D2不发光，逻辑门22可以是一与门。在比较器COM3的输出信号与调光信号DIM都是高电位时，逻辑门22才会产生高电位的状态信号State显示第一晶体管T1异常。

图4B为图4A的检测电路20另一较佳实施例的电路示意图。不同于图4A的检测电路20是用来检测第一晶体管T1是否产生短路，本实施例的检测电路20则是用来检测第一晶体管T1是否产生开路。此外，不同于图4A的检测电路20是检测第一晶体管T1的控制端CT1的电位，本实施例的检测电路则是检测第一晶体管的低电位端LV1的电位。如图4B所示，此检测电路20包括一比较器COM4与一逻辑门22。比较器COM4的反向输入端连接至第一晶体管T1的低电位端LV1，正向输入端接收一第四参考电压VREF4。比较器COM4将第一晶体管T1的低电位端LV1的电位与第四参考电压VREF4进行比较。逻辑门22接收比较器COM4输出的一输出信号与一调光信号DIM，判断第一晶体管T1的低电位端LV1的电位变化是否与调光信号DIM有关，以决定是否产生状态信号State。

进一步来说，当第一晶体管T1发生开路时，流过第一晶体管T1的电流会突然消失。此时，低电位端LV1的电位会降至零而低于第四参考电压VREF4。不过，当调光信号DIM处于「暗」周期时，发光二极管D1，D2不流经电流。此时，亦可能使低电位端LV1的电位低于第四参考电压VREF4。因此，单单以比较器COM4是否产生高电位的输出信号，并不能确定究竟是由于第一晶体管T1发生开路，还是由于发光二极管D1，D2的调光所致。

为了确认第一晶体管T1是否确实发生开路，逻辑门22同时接收来自比较器COM4的输出信号与调光信号DIM进行逻辑判断。逻辑门22在比较器COM4的输出信号与调光信号DIM都是高电位时，才会产生高电位的状态信号State显示第一晶体管T1异常。

图5为本发明具有电路检测功能的二极管驱动电路一第三实施例的示意图。本实施例与本发明第一实施例的差异在于，本实施例的检测电路20连接至第一晶体管T1的高电位端HV1，亦即第一晶体管T1与二极管D2的接点处。其次，本实施例的第一晶体管T1使用双极性晶体管，而非如第一实施例使用金氧半晶体管。此外，本实施例的检测电路20内具有一计时电路24，依据比较器COM5的输出信号，以产生状态信号State。

本实施例的比较器COM5的反向输入端连接至第一晶体管T1的高电位端HV1，正向输入端则是通入一第五参考电压VREF5。在正常运作状态下，第一晶体管T1的高电位端HV1的电位可通过误差放大器EA1所提供的反馈控制，稳定于一预定电位范围。此第五参考电压VREF5可设定为此预定电压范围的下限。当第一晶体管T1产生短路，第一晶体管T1的高电位端HV1的电位会快速下降，而降低至第五参考电压VREF5以下。此时，比较器COM5会产生高电位的信号输出至计时电路24。

计时电路24在接收到比较器COM5所产生的高电位信号后，不会立即产生状态信号State，而必须等到比较器COM5持续产生高电位信号超过一预定时间后，才会产生状态信号State。就一较佳实施例而言，此计时电路24可包括一电容。比较器COM5产生的高电位信号对此电容充电，而在电容所储存的电位高于一预定电位后，才会产生状态信号State。

计时电路24的主要功能是在于防止误判的产生。第一晶体管T1在正常运作状态下，其各端点的电位仍可能因为噪声等因素而突然产生变动。因此，必须在第一晶体管T1的高电位端HV1的电位维持在第五参考电压VREF5以下超过一定时间，计时电路24才会产生状态信号State。

图6为本发明具有电路检测功能的一电力转换电路的第一实施例的示意图。本实施例以一低压差稳压器(LDO)为例。如图中所示，此低压差稳压器具有一第一晶体管T1、一控制器40与一检测电路20。其中，控制器40具有分压电阻42、一误差放大器44与一驱动电路46。低压差稳压器的输出VOUT经由分压电阻42提供至误差放大器44。误差放大器44接收来自分压电阻42的信号与一第六参考电压VREF6，以产生一反馈信号提供至驱动电路46。驱动电路46连接至第一晶体管T1的控制端CT1，并依据此反馈信号控制第一晶体管T1的导通状态，藉以稳定此低压差稳压器的输出VOUT。

检测电路20检测第一晶体管T1的低电位端LV1的电位，在所检测到的端电位脱离一预定电位范围时，产生一状态信号State。其运作方式与本发明第一实施例大致相同，在此不予赘述。此外，虽然本实施例的检测电路20检测第一晶体管T1的低电位端LV1的电位。不过，本发明并不限于此。此检测电路20亦可通过检测第一晶体管T1的控制端CT1的电位，来达到确认晶体管T1是否产生异常的目的。

图7为本发明具有电路检测功能的一电力转换电路的第二实施例的示意图。图中以一降压电路(buck converter)为例。如图中所示，此降压电路具有一第一晶体管T1、一个二极管D3、一电感L1、一电容C1、一控制器50与一检测电路20。控制器50耦接至第一晶体管T1的控制端，依据降压电路的输出电压VOUT的电位高低，产生一栅极控制信号Gate控制第一晶体管T1的导通周期。检测电路20具有一比较器COM7与一逻辑门22。比较器COM7检测第一晶体管T1的低电位端LV1的电位，并将此电位与一第七参考电压VREF7进行比较。栅极控制信号Gate经由一非门23输入逻辑门22。此逻辑门22可以是一与门。逻辑门22判断第一晶体管T1的低电位端LV1的电位变化是否与栅极控制信号Gate有关，以决定是否输出状态信号State。当第一晶体管T1发生短路时，低电位端LV1的电位会高于第七参考电压VREF7。不过，当栅极控制信号Gate处于高电位的周期时，低电位端LV1的电位可能会也可能高于第七参考电压VREF7。为了确认晶体管T1是否确实发生短路，逻辑门22同时接收来自比较器COM7的输出信号与栅极控制信号Gate进行逻辑判断。在比较器COM7的输出信号为高电位(低电位端LV1的电位高于第七参考电压VREF7)且栅极控制信号Gate为低电位时，逻辑门22才会输出高电位的状态信号State显示第一晶体管T1异常。

本发明所提供的具有电路检测功能的电路，可以准确判断受控晶体管是否产生短路或开路等异常现象。并且，在此受控晶体管无法正常操作时，产生一状态信号以停止通过此受控晶体管供电，以避免受控晶体管的异常现象造成电路的其他部分受损。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，包括：

一电源供应端；

至少一发光二极管；

一开关元件，耦接于该电源供应端与该发光二极管之间，以决定该电源供应端是否对该发光二极管供电；

一电流控制电路，耦接于该发光二极管与一参考电位端之间，并具有一第一晶体管控制流经该发光二极管的电流大小；以及

一检测电路，检测该第一晶体管的一控制端、一高电位端与一低电位端的至少其中之一端，于任一端的电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号关断该开关元件。

2.根据权利要求1所述的具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，还包括一控制电路，耦接该开关元件的一控制端，当该控制电路接收该状态信号时，该控制电路关断该开关元件。

3.根据权利要求2所述的具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，其中，该控制电路包括一第二晶体管，耦接至该开关元件的该控制端与该参考电位端，该状态信号用以导通该第二晶体管以关断该开关元件。

4.根据权利要求3所述的具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，其中，该控制电路还包括一噪声抑制电路，耦接至该第二晶体管，当该噪声抑制电路接收该状态信号时，该噪声抑制电路依据该状态信号的持续时间以决定是否导通该第二晶体管。

5.根据权利要求1所述的具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，其中，该检测电路依据该电源供应端是否已经供电，以决定是否输出该状态信号。

6.根据权利要求1所述的具有电路检测功能的发光二极管驱动电路，其中，该检测电路包括一比较器与一逻辑门，该比较器连接至该第一晶体管的该控制端，并将该第一晶体管的该控制端的电位与一参考电压进行比较，该逻辑门接收该比较器输出的一输出信号与一调光信号，以据此决定是否产生该状态信号。

7.一种具有电路检测功能的电力转换电路，包括：

一晶体管，耦接一输入电压；

一控制器，耦接至该晶体管的一控制端，控制该晶体管的导通状态，以稳定该电力转换电路的输出；以及

一检测电路，至少检测该晶体管的该控制端与一低电位端的其中之一端，在所检测到的任一端电位脱离一相对应的预定电位范围时，产生一状态信号。

8.根据权利要求7所述的具有电路检测功能的电力转换电路，其中，该状态信号用以使提供该输入电压的一电源电路中止提供该输入电压。

9.根据权利要求7所述的具有电路检测功能的电力转换电路，其中，该检测电路下列任一状态发生时输出该状态信号：

该低电位端的电位高于一第一参考电压；

该低电位端的电位低于一第二参考电压；

该控制端的电位低于一第三参考电压；或

该控制端的电位高于一第四参考电压。

10.根据权利要求7所述的具有电路检测功能的电力转换电路，其中，该晶体管是一双极结型晶体管或是一金氧半场效晶体管。

11.根据权利要求7所述的具有电路检测功能的电力转换电路，其中，该检测电路包括一比较器，将该晶体管的该端电位与一参考电位进行比较。

12.根据权利要求7所述的具有电路检测功能的电力转换电路，其中，该检测电路还包括一计时电路，接收该比较器的输出信号，以决定是否产生该状态信号。

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