CN104869692B - 发光器件驱动模块 - Google Patents
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Abstract
提供了一种发光器件驱动模块,包括:光发射器,包括第一光发射器和连接至所述第一光发射器的第二光发射器;整流器,接收AC电力并且输出整流电压;以及控制器,接收来自所述整流器的所述整流电压并且根据所述整流电压的大小来控制所述第一光发射器和所述第二光发射器的开/关。根据本实施例的发光器件驱动模块通过使用AC电力来控制两类或更多类发光器件的开/关,因此以这种方式驱动发光器件以具有高的显色指数。
Description
技术领域
本实施例涉及一种发光器件驱动模块,尤其涉及一种能够实现高显色指数(color)rendering index)的发光器件驱动模块。
背景技术
发光二极管(LED)因其是环境友好的并且效率高的光源而受到欢迎。LED被应用于各个领域,例如显示、光通信、汽车和普通照明。特别是,对于制造白光的白色发光二极管的需求日益增加。
一般而言,使用相关色温(CCT)和显色指数(CRI)作为性能指标来评估白光的特性。随着CCT的增大,白光变得更耀眼并且更接近蓝色。随着CRL的增大,白光更接近太阳光(自然光)。特别地,使用CRI作为重要的指标来评估白光的性能。CRI表示当太阳光照射物体和当人造光源(照明设备等)照射物体时,物体的颜色改变的程度。当太阳光照射物体时,物体的颜色被限定为100。即,CRI表示人造光源照射的物体的颜色与太阳光照射的物体的颜色接近程度。CRI由0至100之间的数值表示。传统的白色发光二极管具有低的CRI。
因此,已经尝试通过使用发光二极管封装(LED)荧光体来实现高CRI。然而,当最小CRI被设置为80时,传统的LED封装的发光效率平均降低20%。当通过使用标准的白色LED和红色LED来实现高CRI时,应该额外地配置红色LED封装并且需要单独的电源和控制电路来驱动红色LED芯片。
发明内容
本实施例通过同时控制白色发光器件和红色发光器件提供具有高显色指数的发光器件驱动模块。
本实施例通过使用高压白色发光器件封装和红色发光器件来减少发光器件的开与关之间的电压差而提供具有小功率损耗的发光器件驱动模块。
一个实施例是发光器件驱动模块,包括:光发射器,包括第一光发射器和连接至所述第一光发射器的第二光发射器;整流器,接收AC电力并且输出整流电压;以及控制器,接收来自所述整流器的所述整流电压并且根据所述整流电压的大小来控制所述第一光发射器和所述第二光发射器的开/关。
所述第一光发射器可以是红光发射器,并且所述第二光发射器可以是与所述红光发射器串联连接的白光发射器。
所述白光发射器可以包括一个或多个高压白色发光器件封装。所述一个或多个高压白色发光器件封装可以由所述控制器独立地分别控制。
所述控制器可以通过将所述整流电压与所述光发射器的阈值电压进行比较来控制所述红光发射器和所述白光发射器的开/关。
当所述整流电压高于所述红光发射器的阈值电压时,所述控制器可以使得所述红光发射器处于打开状态。当所述整流电压高于所述红光发射器的阈值电压和预定数量的所述高压白色发光器件封装的阈值电压的总和时,所述控制器可以使得所述预定数量的所述高压白色发光器件封装处于打开状态。
所述红光发射器可以包括一个或多个红色发光器件。所述一个或多个红色发光器件可以彼此串联连接。
所述一个或多个高压白色发光器件封装可以是第一高压白色发光器件封装至第三高压白色发光器件封装。所述第一高压白色发光器件封装至所述第三高压白色发光器件封装可以彼此串联连接。
所述控制器可以包括:第一开关元件(switching unit),控制整个全部光发射器的开/关;以及第二开关元件至第四开关元件,分别控制所述第一高压白色发光器件封装至所述第三高压白色发光器件封装的开/关。
所述第一开关元件至所述第四开关元件可以包括双极结型晶体管(BJT)。
另一个实施例是发光器件驱动模块,包括:整流器,整流AC电力并且输出整流电压;第一光发射器,接收所述整流电压并且包括至少一个第一LED;第二光发射器,直接连接至所述第一光发射器并且包括至少一个第二LED;以及控制器,包括连接在所述第二光发射器与接地部(GND)之间通过所述整流电压打开并且将所述第二LED的正极与所述接地部电连接的开关元件。
所述第一LED可以是发射彩色光的彩色LED,并且所述第二LED可以是发射白光的高压白色LED封装。
所述第一LED包括红色LED、绿色LED、蓝色LED以及琥珀色LED中的任意一个,所述红色LED的发光峰值波长是在红色区域中从600mm至650mm,所述绿色LED的发光峰值波长是在绿色区域中从520mm至570mm,所述蓝色LED的发光峰值波长是在蓝色区域中从430mm至490mm,所述琥珀色LED的发光峰值波长是在琥珀色区域中从570mm至620mm。
所述高压白色LED封装可以包括蓝色LED和黄色荧光体。
所述第一LED可以被串联连接至多个红色LED,并且所述第二LED可以被串联连接至多个所述高压白色LED封装。
所述开关元件可以包括将所述接地部与所述多个高压白色LED封装中的每一个的正极连接的多个所述开关元件。
可以由所述整流电压来打开所述多个开关元件。
所述多个高压白色LED封装可以包括第一高压白色LED封装、第二高压白色LED封装和第三高压白色LED封装。所述多个开关元件可以包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件。所述第一开关元件至所述第四开关元件可以是双极结型晶体管(BJT)。
所述第一开关元件的发射极可以被连接至接地部、所述第一开关元件的基极可以被连接至第一电阻的一端、并且所述第一开关元件的集电极可以被连接至所述第二开关元件的发射极和所述第一高压白色LED封装的负极。所述第二开关元件的基极可以被连接至第二电阻的一端并且所述第二开关元件的集电极可以被连接至所述第三开关元件的发射极和所述第一高压白色LED封装的正极。所述第三开关元件的基极可以被连接至第三电阻的一端并且所述第三开关元件的集电极可以被连接至所述第四开关元件的发射极和所述第二高压白色LED封装的正极。所述第四开关元件的基极可以被连接至第四电阻的一端并且所述第四开关元件的集电极可以被连接至所述第三高压白色LED封装的正极。所述第一电阻至所述第四电阻的另一端可以被连接至所述整流器的输出端子。
所述整流器可以是桥式整流电路。
在本申请的技术方案中,可以同时控制白色发光器件和红色发光器件而提供具有高显色指数的发光器件驱动模块。
附图说明
参照下面的附图可以来详细描述布置和实施例,附图中类似的附图标记指代类似的元件,附图中:
图1是根据实施例的发光器件驱动模块的方框图;
图2是根据实施例的发光器件驱动模块的简化电路图;
图3a是构成根据实施例的白色发光器件封装的发光结构的简化图,图3b是沿图3a中的A-A’线截取的剖视图;
图4是根据本实施例的发光器件驱动模块的电路图;
图5a至图5d是示出根据本实施例的发光器件驱动模块的光发射器的电流流动的电路图;以及
图6a是示出根据本实施例的发光器件驱动模块的功率损耗的视图,图6b是示出由高压白色发光器件封装组成的光发射器的功率损耗的视图。
具体实施方式
为描述方便和清楚起见,会扩大、省略或示意性示出每层的厚度或尺寸。每个组件的尺寸可以无需指其实际尺寸。
应理解地是,当元件被称为在另一个元件“上”或“下”时,其可以直接地在元件上/下,和/或也可以存在介入元件。当元件被称为“在……上”或“在......下”时,可以包括基于元件“在元件下”以及“在元件上”。
将参照附图详细描述实施例。
图1是根据实施例的发光器件驱动模块的方框图。图2是根据本实施例的发光器件驱动模块的简化电路图。
参照图1和图2,根据本实施例的发光器件驱动模块1可以包括整流器100、控制器200、以及包括第一光发射器310和第二光发射器320的光发射器。
如图1和图2所示,整流器100接收AC电力10并将其整流。由标准二极管或标准二极管的应用器件(例如,桥式整流电路等)可以实现整流器100。另外,能够整流AC电力10的任何器件都可以被包括在本发明的整流器100中。
控制器200接收从整流器100输出的整流电压(Vrect)并且根据接收到的整流电压(Vrect)的大小来选择性地控制光发射器300的多个光发射器310和320的开/关。例如,控制器200可以根据接收到的整流电压(Vrect)的大小来以预定顺序控制光发射器300的第一光发射器310和第二光发射器320的开/关。
光发射器300接收整流器100的整流电压(Vrect)输出并且根据控制器200的控制来发光。
光发射器300可以包括第一光发射器310和第二光发射器320。
第一光发射器310可以发射除了白光的彩色光。例如,在通过使用蓝色发光器件和荧光体实现的白色发光器件中,第一光发射器310可以是能够补偿颜色缺失的发射红光的红光发射器310。
第二光发射器320可以是发射白光的白光发射器320。
第一光发射器310可以是发光峰值波长在红色区域从600mm至650mm的红光发射器、或者可以是发光峰值波长在绿色区域从520mm至570mm的绿光发射器、或者可以是发光峰值波长在蓝色区域从430mm至490mm的蓝光发射器、或者可以是发光峰值波长在琥珀色区域从570mm至620mm的琥珀色光发射器。
由蓝色区域中从430mm至490mm的发光峰值波长以及由蓝色区域中的发光波长激发并发射黄光的荧光体可以实现白光发射器320。
彩色光发射器可以包括由荧光体实现的各种颜色以及上述红色。代表性地,可以包括绿色、蓝色、琥珀色等。然而,对此并无限制。除了荧光体,彩色光发射器可以包括通过改变发光结构而实现的颜色。
图3a是构成根据本实施例的白色发光器件封装的发光结构的简化图,图3b是沿图3a中的A-A’线截取的剖视图。
根据本实施例,红光发射器310可以包括至少一个彩色发光器件。当红光发射器310包括多个彩色发光器件时,可以包括彼此串联或并联连接的红色发光器件。
白光发射器320可以包括至少一个白色发光器件。当白光发射器320包括多个白色发光器件时,白色发光器件可以彼此串联或并联连接。
白光发射器320的白色发光器件可以是包括芯片的发光器件封装,其中多个发光结构彼此串联连接以便以高电压被驱动。如图3a和图3b所示,发光结构可以包括n型半导体层、p型半导体层和位于n型半导体层与p型半导体层之间的有源层。具体地,发光结构可以布置在衬底上。衬底可以是蓝宝石衬底(Al2O3)。
根据本实施例的发光结构可以形成在蓝宝石生长衬底上并且可以是使用基于镓的发光二极管的GaN发光结构。GaN发光结构可以包括n型GaN包覆层(clad layer)、有源层和p型GaN包覆层。n型GaN包覆层在蓝宝石衬底上顺序形成。有源层具有多量子阱结构。通过使用类似金属有机化学气相沉积(MOCVD)等的工艺可以沉积GaN发光结构。
因为在整流商用AC电压之后通过控制电压电平可以使用高压白色发光器件封装而无需单独的AC-DC转换,所以高压白色发光器件封装对于实现用于驱动发光器件的电源电路模块是有利的。
红光发射器310可以根据高压白色发光器件封装的亮度或施加电压来控制发光器件的数量。并且,红光发射器310可以根据整流电压(Vrect)的大小和施加到白光发射器320的电压的大小来容易地改变红色发光器件的数量。
并且,红光发射器310可以分别将相互不同的电压和电流供应至驱动白光发射器320的电源和驱动彩色光发射器的电源。在此,假设白光发射器320内的发光器件的数量是Nw,一个发光器件内的白色发光结构的数量是nw,以及一个白色发光结构的驱动电压是Vw(电压白色)。那么,彼此串联连接的白光发射器320的驱动电压Vwt(电压白色总和)将是Nw*nw*Vw。类似地,假设红光发射器310内的发光器件的数量是Nr,一个发光器件内的红色发光结构的数量是nr,以及一个红色发光结构的驱动电压是Vr(电压红色)。那么,红光发射器310的驱动电压Vrt(电压红色总和)将是Nr*nr*Vr。
因此,根据本实施例,因为光发射器300包括红光发射器310和白光发射器320,所以可以实现具有高显色指数的发光器件驱动模块1。并且,当使用红色发光器件和白色发光器件替代发光器件封装荧光体作为红光发射器310和白光发射器320时,发光效率没有降低。当使用单个电源而不使用单独的电源或控制电路来驱动红色发光器件时,能够简单地配置发光器件驱动模块1的电路并且减小芯片的面积。
图4是根据本实施例的发光器件驱动模块的电路图。
如图4所示,根据本实施例的整流器100通过第一连接端子CT1和第二连接端子CT2接收AC电力10,并且然后整流接收到的AC电力10并且输出整流电压(Vrect)。整流器100可以为使用第一二极管D1至第四二极管D4的桥式整流器。
整流电压(Vrect),即整流器100的输出,通过第一节点N1被传输至控制器200。控制器200接收整流电压(Vrect)并且根据整流电压(Vrect)的大小来控制光发射器300的发光器件的开/关。
为此,控制器200可以包括多个开关元件,开关元件根据整流电压(Vrect)的大小来控制光发射器300的发光器件的开/关。在本实施例中,控制器200可以包括第一开关元件Q1至第四开关元件Q4。
为了快速响应的目的,第一开关元件Q1至第四开关元件Q4可以由晶体管来实现,或者为了减小功率损耗的目的,第一开关元件Q1至第四开关元件Q4可以是双极结型晶体管(BJT)。
电阻R1至R4可以分别被连接至开关元件Q1至Q4的基极。
第一开关元件Q1的发射极可以被连接至接地电阻。第一开关元件Q1的基极可以被连接至第一基极电阻R1。第一开关元件Q1的集电极可以被连接至第二开关元件Q2的发射极以及第一白色发光器件LED1的负极。
第二开关元件Q2的基极可以被连接至第二基极电阻R2。第二开关元件Q2的集电极可以被连接至第三开关元件Q3的发射极、第一白色发光器件LED1的正极以及第二白色发光器件LED2的负极。
第三开关元件Q3的基极可以被连接至第三基极电阻R3。第三开关元件Q3的集电极可以被连接至第四开关元件Q4的发射极、第二白色发光器件LED2的正极以及第三白色发光器件LED3的负极。
第四开关元件Q4的基极可以被连接至第四基极电阻R4。第四开关元件Q4的集电极可以被连接至第三白色发光器件LED3的正极以及彩色光发射器310的负极。
同时,光发射器300可以包括彩色光发射器310和白光发射器320。彩色光发射器310可以是红光发射器、蓝光发射器、绿光发射器、黄光发射器或琥珀色光发射器。然而,对此并没有限制。
如图4所示,白光发射器320可以包括彼此串联连接的三个白色发光器件LED1、LED2和LED3。三个白色发光器件LED1、LED2和LED3可以是高压白色发光器件封装。由控制器200来分别控制三个白色发光器件LED1、LED2和LED3。因为在整流商用AC电压之后通过控制电压电平可以使用高压白色发光器件而无需单独的AC-DC转换,所以高压白色发光器件封装对于实现用于驱动发光器件的电源电路模块是有利的。
彩色光发射器310可以包括彼此串联连接的三个彩色发光器件LED4、LED5和LED6。三个彩色发光器件LED4、LED5和LED6可以彼此串联连接。
下文,将描述发光器件驱动模块如何根据本实施例实现高显色指数。
图5a至图5d是示出根据本实施例的发光器件驱动模块的光发射器的电流流动的电路图。
例如,假设发光器件的正向阈值电压是3V并且整流电压(Vrect)的幅值是24V。当发光器件驱动模块1的所有发光器件LED1至LED6变为关闭状态的区间被指定为第一区间时,那么第一区间的整流电压(Vrect)小于9V。因此,彩色光发射器310变为关闭状态,从而所有的发光器件保持关闭状态。
接续,假设彩色光发射器310处于打开状态而白光发射器320处于关闭状态的区间被指定为第二区间。在这种情形下,第二区间的整流电压(Vrect)大于9V且小于12V。如图5a所示,电流以如下方式流经光发射器300:电流流过彩色光发射器310的彩色发光器件LED6、LED5和LED4,然后流过控制器200的第四开关元件Q4、第三开关元件Q3、第二开关元件Q2和第一开关元件Q1。流过控制器200的电流返回至整流器100。因此,彩色光发射器310的彩色发光器件LED4、LED5和LED6变为打开状态。在此,流过控制器200和光发射器300的电流满足以下等式(1)。
IQ1=IQ2=IQ3=IQ4+ILD3=ILD4……等式(1)
这里,IQ1、IQ2、IQ3和IQ4表示从第一开关元件Q1至第四开关元件Q4的集电极流至发射极的电流。ILD1、ILD2、ILD3和ILD4表示流过第一发光器件LED1至第四发光器件LED4的电流。
接续,假设彩色光发射器310处于打开状态并且仅仅白光发射器320的第三白色发光器件LED3处于打开状态的区间被指定为第三区间。在这种情形下,第三区间的整流电压(Vrect)大于12V且小于15V。如图5b所示,电流以如下方式流经光发射器300:电流流过彩色光发射器310的彩色发光器件LED6、LED5和LED4并且流过白光发射器320的第三白色发光器件LED3、然后流过第三开关元件Q3、第二开关元件Q2和第一开关元件Q1。流过控制器200的电流返回至整流器100。因此,彩色光发射器310和第三白色发光器件LED3变为打开状态。在此,流过控制器200和光发射器300的电流满足以下等式(2)。
IQ1=IQ2=IQ3+ILD2=ILD3=ILD4……等式(2)
接续,假设彩色光发射器310处于打开状态并且白光发射器320的第二白色发光器件LED2和第三白色发光器件LED3处于打开状态的区间被指定为第四区间。在这种情形下,第四区间的整流电压(Vrect)大于15V且小于18V。如图5c所示,电流以如下方式流经光发射器300:电流流过彩色光发射器310的彩色发光器件LED6、LED5和LED4并且流过白光发射器320的第三白色发光器件LED3和第二白色发光器件LED2,然后流过第二开关元件Q2和第一开关元件Q1。流过控制器200的电流返回至整流器100。因此,彩色光发射器310、第三白色发光器件LED3和第二白色发光器件LED2变为打开状态。这里,流过控制器200和光发射器300的电流满足以下等式(3)。
IQ1=IQ2+ILD1=ILD2=ILD3=ILD4……等式(3)
最后,假设彩色光发射器310以及白光发射器320的所有发光器件处于打开状态的区间被指定为第五区间。在这种情形下,第五区间的整流电压(Vrect)增大的更多并且大于18V小于21V。如图5d所示,电流以如下方式流经光发射器300:电流流过彩色光发射器310的彩色发光器件LED6、LED5和LED4并且流过白光发射器320的第三白色发光器件LED3、第二白色发光器件LED2和第一白色发光器件LED1,然后流过第一开关元件Q1。流过控制器200的电流返回至整流器100。因此,彩色光发射器310以及白光发射器320的所有发光器件LED1至LED6变为打开状态。在此,流过控制器200和光发射器300的电流满足以下等式(4)。
IQ1=ILD1=ILD2=ILD3=ILD4……等式(4)
如上所述,取决于整流电压(Vrect)的大小,控制器200能够控制光发射器300的发光器件LED1至LED6的打开/关闭。
尽管在本实施例中已经描述彩色光发射器310包括三个彩色发光器件并且白光发射器320包括三个高压白色发光器件封装,但是对此没有限制。例如,彩色光发射器310可以包括三个或更多彩色发光器件并且白光发射器320可以包括四个或更多高压白色发光器件封装。比彩色发光器件的电压相对较高的电压可以被施加到高压白色发光器件封装。
取决于施加到根据本实施例的光发射器300的整流电压(Vrect)的大小,可以改变彩色光发射器310的彩色发光器件的数量和白光发射器320的白色发光器件的数量。
图6a是示出根据本实施例的发光器件驱动模块的功率损耗的图,图6b是示出由高压白色发光器件封装组成的光发射器的功率损耗的图。
根据本实施例的发光器件驱动模块1的光发射器300包括白光发射器320和彩色光发射器310。一般而言,高压白色发光器件封装的驱动电压比彩色发光器件的驱动电压相对较大。因此,在根据本实施例的发光器件驱动模块1中,白光发射器320包括至少一个高压白色发光器件封装并且彩色光发射器310包括至少一个彩色发光器件。因此,当整流电压(Vrect)被施加到光发射器300时,在白光发射器320的高压白色发光器件执行开/关操作的时间段期间,彩色光发射器310的彩色发光器件执行开/关操作。
因此,如图6a和图6b所示,根据本实施例的发光器件驱动模块的功率损耗L1小于包括仅由高压白色发光器件封装组成的光发射器的发光器件驱动模块的功率损耗L2。
本说明书中的任何参考“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等指与本实施例有关描述的特别特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中各个地方出现的这种短语无需都指相同的实施例。另外,当与任何实施例有关来描述特别的特征、结构或特性时,主张其在本领域技术人员影响与其他实施例相关的这种特征、结构或特性的范围内。
虽然已经参照多个示例性实施例描述了本实施例,但应理解的是,本领域技术人员可以设想出落入本公开原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。更具体地,在本公开、附图和所附权利要求的范围内,主题组合布置的组成部件和/或布置可以有各种变型和修改。除了组成部件和/或布置的组成部件和/或布置之外,替代使用对本领域技术人员也将是显而易见的。
Claims (7)
1.一种发光器件驱动模块,包括:
光发射器,包括第一光发射器和连接至所述第一光发射器的第二光发射器,其中所述第一光发射器包括至少一个第一发光二极管LED,所述第二光发射器包括至少一个第二LED;
整流器,用于接收AC电力并且输出第一节点和接地的第二节点之间的整流电压;以及
控制器,用于接收来自所述整流器的所述整流电压并且根据所述整流电压的大小来控制所述第一光发射器和所述第二光发射器的开/关;
其中所述控制器包括第一晶体管以及至少一个第二晶体管,其中所述第一晶体管连接在所述第二光发射器和所述第二节点之间,并且所述第一晶体管的基极经由第一电阻连接至所述第一节点,其中每个所述第二晶体管与所述第二光发射器的至少一个第二LED中的相应的一个LED并联连接,并且每个所述第二晶体管的基极经由相应的第二电阻连接至第一节点;
其中所述第一晶体管经由第三电阻连接至所述第二节点;
其中所述发光器件驱动模块还包括第三晶体管,所述第三晶体管连接在所述第一节点和所述第二节点之间,并且所述第三晶体管的基极连接至所述第一晶体管与所述第三电阻之间的第三节点,其中所述第一晶体管和所述第三晶体管控制整个所述光发射器的开/关;
其中当所述第一光发射器和所述第二光发射器中的LED处于打开状态时,所述第一光发射器和所述第二光发射器中的LED以及所述第一晶体管串联连接在所述第一节点和所述第二节点之间;
其中所述第一光发射器是多个红光发射器,
所述第二光发射器是发射白光的白光发射器,
所述白光发射器包括至少一个白色发光器件,
所述白色发光器件是包括芯片的发光器件封装,其中多个发光结构彼此串联连接以便以高电压被驱动,
所述白光发射器包括一个或多个高压白色发光器件封装,所述红光发射器根据所述高压白色发光器件封装的亮度或施加电压来控制发光器件的数量。
2.根据权利要求1所述的发光器件驱动模块,
其中所述第二光发射器是与所述红光发射器串联连接的白光发射器。
3.根据权利要求2所述的发光器件驱动模块,其中所述一个或多个高压白色发光器件封装由所述控制器独立地分别控制。
4.根据权利要求1所述的发光器件驱动模块,其中所述控制器通过将所述整流电压与所述光发射器的阈值电压进行比较来控制所述红光发射器和所述白光发射器的开/关。
5.根据权利要求4所述的发光器件驱动模块,其中,当所述整流电压高于所述红光发射器的阈值电压时,所述控制器使得所述红光发射器处于打开状态,并且
其中,当所述整流电压高于所述红光发射器的阈值电压和预定数量的高压白色发光器件封装的阈值电压的总和时,所述控制器使得预定数量的高压白色发光器件封装处于打开状态。
6.根据权利要求3所述的发光器件驱动模块,其中所述一个或多个高压白色发光器件封装是第一高压白色发光器件封装至第三高压白色发光器件封装,并且其中所述第一高压白色发光器件封装至所述第三高压白色发光器件封装彼此串联连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光器件驱动模块,其中所述第一晶体管和所述第二晶体管是双极结型晶体管BJT。
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