CN102244956A - 被动式电流平衡驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种被动式电流平衡驱动装置,其电路态样(circuittopology)仅需由几个简单的被动元件所组成,且得以同时驱动多组发光二极管串。本发明所提的被动式电流平衡驱动装置主要是将每一发光二极管串在交流电源的正负半周的负载特性设计的全然相同。如此一来,流经每一发光二极管串的电流基本上/实质上就会相等,从而得以达到电流平衡的目的。

Description

被动式电流平衡驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电流平衡技术,且特别涉及一种被动式电流平衡驱动装置。
背景技术
近年来,随着半导体科技蓬勃发展,携带型电子产品及平面显示器产品也随之兴起。而在众多平面显示器的类型当中,液晶显示器(Liquid CrystalDisplay;简称:LCD)基于其低电压操作、无辐射线散射、重量轻以及体积小等优点,随即已成为各显示器产品的主流。一般而言,由于液晶显示面板本身并不具备自发光的特性,因此必须在液晶显示面板的下方放置背光模组,藉以提供液晶显示面板所需的光源。
传统的背光模组大致可以分为两类,其一是由冷阴极管(Cold CathodeFluorescent Lamps;简称:CCFL)所组成的背光模组,而另一则由发光二极管(Light Emitting Diode;简称:LED)所组成的背光模组。其中,由于发光二极管背光模组可以提升液晶显示器的色域(color gamut),故而现今各家面板业者大多以发光二极管背光模组来取代冷阴极管背光模组。
发光二极管背光模组具有多组并列在一起的发光二极管串,且每一发光二极管串是由多颗串接在一起的发光二极管所组成。实际上,大多采用直流转换器(DC-DC converter)将直流电源转换成一组可以同时驱动每一发光二极管串所需的直流电压。然而,由于每一发光二极管串的负载特性可能都不尽相同,所以可推知的是,流经每一发光二极管串的电流就会不相同(亦即电流不平衡),从而导致发光二极管背光模组所提供给液晶显示面板的光源亮度就会不均匀。
为了要解决这样的问题,可以藉由在发光二极管背光模组中加入一个电流平衡控制线路来调节流经每一发光二极管串的电流,藉以致使流经每一发光二极管串的电流可以相同(亦即电流平衡)。而常见的电流平衡控制线路可以是由多个主动元件(例如MOSFET)所组成的电流镜(current mirror)电路或是电流反馈补偿(current feedback compensation)电路所组成。另外,电流平衡控制线路亦可由现成的电流调节晶片(例如current sink IC)所组成。
然而,由于MOSFET此类的半导体元件常会因制程差异而导致其汲极电流(Id)与闸源极电压(Vgs)的特性曲线(Id/Vgs)不同。因此,利用MOSFET所兜成的电流镜电路或是电流反馈补偿电路来调节流经每一发光二极管串的电流的精确度是有限的。
另外,现成的电流调节晶片的调节通道数通常是固定的(常为4个或6个调节通道数),且由于一个调节通道用以调节流经一组发光二极管串的电流,所以当发光二极管背光模组具有例如10组发光二极管串时,则必须选用3个具有4个调节通道数的电流调节晶片,或者是选用2个具有6个调节通道数的电流调节晶片,但无论选用哪一种都会浪费掉2个未用的调节通道,这无疑会造成多余的成本浪费。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种被动式电流平衡驱动装置,其电路态样(circuittopology)仅需由几个简单的被动元件所组成,且得以同时驱动多组发光二极管串,并能让流经每一发光二极管串的电流实质上相同(亦即电流平衡)。
本发明所提供的被动式电流平衡驱动装置包括变压器、电容,以及第一至第四二极管。其中,变压器具有一次侧与二次侧,且变压器的一次侧用以接收交流电源。电容的第一端耦接变压器的二次侧的第一端。第一二极管的阴极耦接电容的第二端,而第一二极管的阳极则耦接至一参考电位。第二二极管的阳极耦接电容的第二端,而第二二极管的阴极则透过第一发光二极管串而耦接至所述参考电位。第三二极管的阴极耦接变压器的二次侧的第二端,而第三二极管的阳极则耦接至所述参考电位。第四二极管的阳极耦接变压器的二次侧的第二端,而第四二极管的阴极则透过第二发光二极管串而耦接至所述参考电位。
在本发明的一实施例中,第一二极管的阳极还透过第三发光二极管串而耦接至所述参考电位;而第三二极管的阳极还透过第四发光二极管串而耦接至所述参考电位。
在本发明的一实施例中,变压器的二次侧可以具有第一子二次侧与第二子二次侧,其中第一子二次侧的第一端可以作为变压器的二次侧的第一端,而第二子二次侧的第二端可以作为变压器的二次侧的第二端。在此条件下,第一子二次侧的第二端与第二子二次侧的第一端可以耦接在一起,或者是可以不耦接在一起。
在本发明的一实施例中,当第一子二次侧的第二端与第二子二次侧的第一端不耦接在一起时,则本发明所提供的被动式电流平衡驱动装置可以还包括第五至第八二极管。其中,第五二极管的阳极耦接第二子二次侧的第一端。第六二极管的阳极透过第五发光二极管串以耦接至第五二极管的阴极,而第六二极管的阴极则耦接至第一子二次侧的第二端。第七二极管的阴极耦接第二子二次侧的第一端。第八二极管的阳极耦接第一子二次侧的第二端,而第八二极管的阴极则透过第六发光二极管串以耦接至第七二极管的阳极。
在本发明的一实施例中,变压器的一次侧可以具有第一子一次侧与第二子一次侧,且第一子一次侧与第一子二次侧可以形成变压器的第一子变压器,而第二子一次侧与第二子二次侧可以形成变压器的第二子变压器。在此条件下,第一子一次侧与第二子一次侧得以各别用以接收所述交流电源。
在此,本发明所提的被动式电流平衡驱动装置主要是将每一发光二极管串在交流电源的正负半周的负载特性设计的全然相同。如此一来,流经每一发光二极管串的电流基本上/实质上就会相等,从而得以达到电流平衡的目的。
应了解的是,上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的,其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
图1为本发明第一实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路示意图。
图2为本发明一实施例的发光二极管串的示意图。
图3为本发明第二实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路示意图。
图4为本发明第三实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路示意图。
图5为本发明第四实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路示意图。
图6为本发明第五实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路示意图。
主要元件符号说明:
100、300、400、500、600:被动式电流平衡驱动装置
T1:变压器                    T11、T12:子电压器
P1:一次侧                    S1:二次侧
P11、P12:子一次侧            S11:第一子二次侧
S12:第二子二次侧             C1:电容
D1:第一二极管                D2:第二二极管
D3:第三二极管                D4:第四二极管
D5:第五二极管                D6:第六二极管
D7:第七二极管                D8:第八二极管
LLB1:第一发光二极管串        LLB2:第二发光二极管串
LLB3:第三发光二极管串        LLB4:第四发光二极管串
LLB5:第五发光二极管串        LLB6:第六发光二极管串
L11~L1N:第一发光二极管      L21~L2N:第二发光二极管
L31~L3N:第三发光二极管      L41~L4N:第四发光二极管
L51~L5N:第五发光二极管        L61~L6N:第六发光二极管
I_LLBn(n=1~6):电流           VAC:交流电源
+:交流电源的正半周             -:交流电源的负半周
GND:接地电位
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例,并在附图中说明所述实施例的实例。另外,凡可能之处,在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图1为本发明第一实施例的被动式电流平衡驱动装置100的电路示意图。请参照图1,被动式电流平衡驱动装置100包括变压器(transformer)T1、电容(capacitor)C1,以及第一二极管(diode)D1至第四二极管(diode)D4。在本第一实施例中,变压器T1具有一次侧(primary side)P1与二次侧(secondary side)S1,且变压器T1的一次侧P1用以接收交流电源VAC
电容C1的第一端耦接变压器T1的二次侧S1的第一端。第一二极管D1的阴极(cathode)耦接电容C1的第二端,而第一二极管D1的阳极(anode)则耦接至一参考电位(例如接地电位GND)。第二二极管D2的阳极耦接电容C1的第二端,而第二二极管D2的阴极则透过第一发光二极管串LLB1而耦接至接地电位GND。第三二极管D3的阴极耦接变压器T1的二次侧S1的第二端,而第三二极管D3的阳极则耦接至接地电位GND。第四二极管D4的阳极耦接变压器T1的二次侧S1的第二端,而第四二极管D4的阴极则透过第二发光二极管串LLB2而耦接至接地电位GND。
在本第一实施例中,如图2所示,第一发光二极管串LLB1具有多颗串接在一起的第一发光二极管L11~L1N,且第一发光二极管串LLB1的阳极耦接第二二极管D2的阴极,而第一发光二极管串LLB1的阴极则耦接至接地电位GND。另外,第二发光二极管串LLB2具有多颗串接在一起的第二发光二极管L21~L2N,且第二发光二极管串LLB2的阳极耦接第四二极管D4的阴极,而第二发光二极管串LLB2的阴极则耦接至接地电位GND。
基于上述,在交流电源VAC的正半周(+),此时由于第一发光二极管串LLB1会发光,而流经第一发光二极管串LLB1的电流I_LLB1会行径第三二极管D3、变压器T1的二次侧S1、电容C1、第二二极管D2,以及第一发光二极管串LLB1(亦即:D3→S1→C1→D2→LLB1)。另一方面,在交流电源VAC的负半周(-),此时由于第二发光二极管串LLB2会发光,而流经第二发光二极管串LLB2的电流I_LLB2会行径第一二极管D1、电容C1、变压器T1的二次侧S1、第四二极管D4,以及第二发光二极管串LLB2(亦即:D1→C1→S1→D4→LLB2)。
由此可知,发光二极管串LLBn(n=1,2)在交流电源VAC的正负半周(+&-)的负载特性几近相同。如此一来,流经发光二极管串LLBn(n=1,2)的电流I_LLBn(n=1,2)基本上/实质上就会相等,从而不但可以达到电流平衡的目的,而且还可以让发光二极管串LLBn(n=1,2)的亮度相同。
图3为本发明第二实施例的被动式电流平衡驱动装置300的电路示意图。请合并参照图1与图3,被动式电流平衡驱动装置100与300的相异处是在于被动式电流平衡驱动装置300的第一二极管D1的阳极会透过第三发光二极管串LLB3以耦接至接地电位GND;而被动式电流平衡驱动装置300的第三二极管D3的阳极也会透过第四发光二极管串LLB4以耦接至接地电位GND。
在本第二实施例中,如图2所示,第三发光二极管串LLB3具有多颗串接在一起的第三发光二极管L31~L3N,且第三发光二极管串LLB3的阴极耦接第一二极管D1的阳极,而第三发光二极管串LLB3的阳极则耦接至接地电位GND。另外,第四发光二极管串LLB4具有多颗串接在一起的第四发光二极管L41~L4N,且第四发光二极管串LLB4的阴极耦接第三二极管D3的阳极,而第四发光二极管串LLB4的阳极则耦接至接地电位GND。
基于上述,在交流电源VAC的正半周(+),此时由于第一发光二极管串LLB1与第四发光二极管串LLB4会发光,而流经第一发光二极管串LLB1与第四发光二极管串LLB4的电流I_LLB1&4会行径第四发光二极管串LLB4、第三二极管D3、变压器T1的二次侧S1、电容C1、第二二极管D2,以及第一发光二极管串LLB1(亦即:LLB4→D3→S1→C1→D2→LLB1)。另一方面,在交流电源VAC的负半周(-),此时由于第二与第三发光二极管串LLB2与LLB3会发光,而流经第二发光二极管串LLB2与第三发光二极管串LLB3的电流I_LLB2&3会行径第三发光二极管串LLB3、第一二极管D1、电容C1、变压器T1的二次侧S1、第四二极管D4,以及第二发光二极管串LLB2(亦即:LLB3→D1→C1→S1→D4→LLB2)。
由此可知,发光二极管串LLBn(n=1~4)在交流电源VAC的正负半周(+&-)的负载特性几近相同。如此一来,流经第一发光二极管串LLB1至第四发光二极管串LLB4的电流I_LLBn(n=1~4)基本上/实质上就会相等,从而不但可以达到电流平衡的目的,而且还可以让第一发光二极管串LLB1至第四发光二极管串LLB4的亮度相同。
图4为本发明第三实施例的被动式电流平衡驱动装置400的电路示意图。请合并参照图3与图4,被动式电流平衡驱动装置300与400的相异处是在于被动式电流平衡驱动装置400的变压器T1的二次侧S1可以具有第一子二次侧S11与第二子二次侧S12。其中,第一子二次侧S11的第一端可以作为二次侧S1的第一端,而第二子二次侧S12的第二端可以作为二次侧S1的第二端,且第一子二次侧S11的第二端与第二子二次侧S12的第一端可以耦接在一起。
在此条件下,在交流电源VAC的正半周(+),此时由于第一发光二极管串LLB1与第四发光二极管串LLB4会发光,而流经第一发光二极管串LLB1与第四发光二极管串LLB4的电流I_LLB1&4会行径第四发光二极管串LLB4、第三二极管D3、第二子二次侧S12、第一子二次侧S11、电容C1、第二二极管D2,以及第一发光二极管串LLB1(亦即:LLB4→D3→S12→S11→C1→D2→LLB1)。另一方面,在交流电源VAC的负半周(-),此时由于第二与第三发光二极管串LLB2与LLB3会发光,而流经第二与第三发光二极管串LLB2与LLB3的电流I_LLB2&3会行径第三发光二极管串LLB3、第一二极管D1、电容C1、第一子二次侧S11、第二子二次侧S12、第四二极管D4,以及第二发光二极管串LLB2(亦即:LLB3→D1→C1→S11→S12→D4→LLB2)。
由此可知,第一发光二极管串LLB1至第四发光二极管串LLB4在交流电源VAC的正负半周(+&-)的负载特性几近相同。如此一来,流经发光二极管串LLBn(n=1~4)的电流LLBn(n=1~4)基本上/实质上就会相等,从而不但可以达到电流平衡的目的,而且还可以让第一发光二极管串LLB1至第四发光二极管串LLB4的亮度相同。
图5为本发明第四实施例的被动式电流平衡驱动装置500的电路示意图。请合并参照图4与图5,被动式电流平衡驱动装置400与500的相异处是在于被动式电流平衡驱动装置500的变压器T1的第一子二次侧S11的第二端与第二子二次侧S12的第一端并没有耦接在一起,而且更多出了第五至第八二极管D5~D8。
在本第五实施例中,第五二极管D5的阳极耦接第二子二次侧S12的第一端。第六二极管D6的阳极透过第五发光二极管串LLB5以耦接至第五二极管D5的阴极,而第六二极管D6的阴极则耦接至第一子二次侧S11的第二端。第七二极管D7的阴极耦接第二子二次侧S12的第一端。第八二极管D8的阳极耦接第一子二次侧S11的第二端,而第八二极管D8的阴极则透过第六发光二极管串LLB6以耦接至第七二极管D7的阳极。
相似地,如图2所示,第五发光二极管串LLB5具有多颗串接在一起的第五发光二极管L51~L5N,且第五发光二极管串LLB5的阳极耦接第五二极管D5的阴极,而第五发光二极管串LLB5的阴极则耦接至第六二极管D6的阳极。另外,第六发光二极管串LLB6具有多颗串接在一起的第六发光二极管L61~L6N,且第六发光二极管串LLB6的阳极耦接第八二极管D8的阴极,而第六发光二极管串LLB6的阴极则耦接至第七二极管D7的阳极。
在此条件下,在交流电源VAC的正半周(+),此时由于第一发光二极管串LLB1、第四发光二极管串LLB4与第五发光二极管串LLB5会发光,而流经第一发光二极管串LLB1、第四发光二极管串LLB4与第五发光二极管串LLB5的电流I_LLB1&4&5会行径第四发光二极管串LLB4、第三二极管D3、第二子二次侧S12、第五二极管D5、第五发光二极管串LLB5、第六二极管D6、第一子二次侧S11、电容C1、第二二极管D2,以及第一发光二极管串LLB1(亦即:LLB4→D3→S12→D5→LLB5→D6→S11→C1→D2→LLB1)。
另一方面,在交流电源VAC的负半周(-),此时由于第二发光二极管串LLB2、第三发光二极管串LLB3与第六发光二极管串LLB6会发光,而流经第二发光二极管串LLB2、第三发光二极管串LLB3与第六发光二极管串LLB6的电流I_LLB2&3&6会行径第三发光二极管串LLB3、第一二极管D1、电容C1、第一子二次侧S11、第八二极管D8、第六发光二极管串LLB6、第七二极管D7、第二子二次侧S12、第四二极管D4,以及第二发光二极管串LLB2(亦即:LLB3→D1→C1→S11→D8→LLB6→D7→S12→D4→LLB2)。
由此可知,发光二极管串LLBn(n=1~6)在交流电源VAC的正负半周(+&-)的负载特性几近相同。如此一来,流经第一发光二极管串LLB1至第六发光二极管串LLB6的电流I_LLBn(n=1~6)基本上/实质上就会相等,从而不但可以达到电流平衡的目的,而且还可以让第一发光二极管串LLB1至第六发光二极管串LLB6的亮度相同。
图6为本发明第五实施例的被动式电流平衡驱动装置600的电路示意图。请合并参照图5与图6,被动式电流平衡驱动装置500与600的相异处是在于被动式电流平衡驱动装置600的变压器T1的一次侧P1可以具有第一子一次侧P11与第二子一次侧P12。其中,第一子一次侧P11与第一子二次侧S11可以形成变压器T1的第一子变压器T11(可看作是一个独立的变压器),而第二子一次侧P12与第二子二次侧S12可以形成变压器T1的第二子变压器T12(亦可看作是一个独立的变压器),且第一子一次侧P11与第二子一次侧P12可以各别用以接收交流电源VAC。在此条件下,被动式电流平衡驱动装置600在交流电源VAC的正负半周(+&-)的运作方式系与被动式电流平衡驱动装置500类似,故而在此并不再加以赘述之。
在此值得一提的是,若要致使本发明所提出的被动式电流平衡驱动装置同时驱动6组以上(例如8组)的发光二极管串的话,则只需将第四或第五实施例的第二子二次侧(S12)再分成两个子二次侧(例如第三子二次侧与第四子二次侧),并在第二子二次侧与第三子二次侧间加入如同第一子二次侧与第二子二次侧(S11与S12)间的元件(亦即D5~D7、LLB5,以及LLB6),且让第四子二次侧耦接原先耦接至第二子二次侧的元件(亦即D3、D4、LLB2,以及LLB4)。如此一来,即可同时驱动8组的发光二极管串。
另外,若要致使本发明所提出的被动式电流平衡驱动装置同时驱动8组以上(例如10、12、14、16...组,以每加2组为一个单位)的发光二极管串的话,恳请参照上述教示同时驱动8组发光二极管串的方式进行类推,故而在此并不再加以赘述之。
就应用层面来看,只要把上述实施例的被动式电流平衡驱动装置拿来驱动液晶显示器的发光二极管背光模组(LED backlight module)中的多组并列在一起的发光二极管串时,则可以致使流经每一发光二极管串的电流相同(亦即电流平衡),从而使得发光二极管背光模组所提供给液晶显示面板的光源亮度更加均匀。
然而,上述实施例的被动式电流平衡驱动装置并不限制于仅能拿来驱动液晶显示器的发光二极管背光模组中的每一发光二极管串而已。换言之,只要在同时间驱动多组发光二极管串的条件下(例如:大型的发光二极管广告看板),上述实施例的被动式电流平衡驱动装置就可以被应用来平衡电流之用。
除此之外,由于上述实施例的被动式电流平衡驱动装置仅需由几个简单的被动元件所组成即可。因此,所需花费的制作成本将远低于传统技艺利用多个主动元件(MOSFET)或是电流调节晶片(current sink IC)所组成的电流平衡控制线路的成本。
综上所述,本发明所提的被动式电流平衡驱动装置主要是将每一发光二极管串在交流电源的正负半周的负载特性设计的全然相同。如此一来,流经每一发光二极管串的电流基本上/实质上就会相等,从而得以达到电流平衡的目的。
虽然本发明已以实施例揭示如上,但是并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,故本发明的保护范围当视所附的权利要求界定者为准。

Claims (10)

1.一种被动式电流平衡驱动装置,包括:
一变压器,具有一一次侧与一二次侧,其中所述一次侧用以接收一交流电源;
一电容,其第一端耦接所述二次侧的第一端;
一第一二极管,其阴极耦接所述电容的第二端,而其阳极则耦接至一参考电位;
一第二二极管,其阳极耦接所述电容的第二端,而其阴极则透过一第一发光二极管串而耦接至所述参考电位;
一第三二极管,其阴极耦接所述二次侧的第二端,而其阳极则耦接至所述参考电位;以及
一第四二极管,其阳极耦接所述二次侧的第二端,而其阴极则透过一第二发光二极管串而耦接至所述参考电位。
2.根据权利要求1所述的被动式电流平衡驱动装置,其中
所述第一二极管的阳极还透过一第三发光二极管串而耦接至所述参考电位;以及
所述第三二极管的阳极还透过一第四发光二极管串而耦接至所述参考电位。
3.根据权利要求2所述的被动式电流平衡驱动装置,其中
所述第一发光二极管串具有多颗串接在一起的第一发光二极管,且所述第一发光二极管串的阳极耦接所述第二二极管的阴极,而所述第一发光二极管串的阴极则耦接至所述参考电位;
所述第二发光二极管串具有多颗串接在一起的第二发光二极管,且所述第二发光二极管串的阳极耦接所述第四二极管的阴极,而所述第二发光二极管串的阴极则耦接至所述参考电位;
所述第三发光二极管串具有多颗串接在一起的第三发光二极管,且所述第三发光二极管串的阴极耦接所述第一二极管的阳极,而所述第三发光二极管串的阳极则耦接至所述参考电位;以及
所述第四发光二极管串具有多颗串接在一起的第四发光二极管,且所述第四发光二极管串的阴极耦接所述第三二极管的阳极,而所述第四发光二极管串的阳极则耦接至所述参考电位。
4.根据权利要求3所述的被动式电流平衡驱动装置,其中所述二次侧具有一第一子二次侧与一第二子二次侧。
5.根据权利要求4所述的被动式电流平衡驱动装置,其中所述第一子二次侧的第一端用以作为所述二次侧的第一端,而所述第二子二次侧的第二端用以作为所述二次侧的第二端。
6.根据权利要求5所述的被动式电流平衡驱动装置,其中所述第一子二次侧的第二端与所述第二子二次侧的第一端耦接在一起。
7.根据权利要求5所述的被动式电流平衡驱动装置,还包括:
一第五二极管,其阳极耦接所述第二子二次侧的第一端;
一第六二极管,其阳极透过一第五发光二极管串以耦接至所述第五二极管的阴极,而其阴极则耦接至所述第一子二次侧的第二端;
一第七二极管,其阴极耦接所述第二子二次侧的第一端;以及
一第八二极管,其阳极耦接所述第一子二次侧的第二端,而其阴极则透过一第六发光二极管串以耦接至所述第七二极管的阳极。
8.根据权利要求7所述的被动式电流平衡驱动装置,其中
所述第五发光二极管串具有多颗串接在一起的第五发光二极管,且所述第五发光二极管串的阳极耦接所述第五二极管的阴极,而所述第五发光二极管串的阴极则耦接至所述第六二极管的阳极;以及
所述第六发光二极管串具有多颗串接在一起的第六发光二极管,且所述第六发光二极管串的阳极耦接所述第八二极管的阴极,而所述第六发光二极管串的阴极则耦接至所述第七二极管的阳极。
9.根据权利要求8所述的被动式电流平衡驱动装置,其中所述一次侧具有一第一子一次侧与一第二子一次侧,且所述第一子一次侧与所述第一子二次侧形成所述变压器的一第一子变压器,而所述第二子一次侧与所述第二子二次侧形成所述变压器的一第二子变压器。
10.根据权利要求9所述的被动式电流平衡驱动装置,其中所述第一子一次侧与所述第二子一次侧各别用以接收所述交流电源。
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