CN105451404A - 一种应用于斩波调光场合的led驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种应用于斩波调光场合的LED驱动器,包括:依次连接于相角调光器与LED负载间的整流电路和直流-直流变换电路;并联于所述整流电路输出侧的电流通路,所述电流通路包括阻抗单元、辅助源电路和电流通路切换单元;其中,所述电流通路切换单元的第一端经所述阻抗单元接所述整流电路的第一输出端、其第二端接所述整流电路的第二输出端、其第三端经所述辅助源电路接所述整流电路的第二输出端;连接所述辅助源电路和所述直流-直流变换电路的直流-直流控制单元;以及与所述电流通路切换单元相连的切换控制单元,用于根据预设规则控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第二端或第三端,以降低LED驱动器的功率损耗。
Description
技术领域
本发明涉及斩波调光技术领域,更具体地说,涉及一种应用于斩波调光场合的LED驱动器。
背景技术
在斩波调光场合,相角调光器输出的斩波电压经过LED驱动器后传送至LED(LightEmittingDiode,发光二极管)负载,通过调节所述斩波电压的导通相角的大小即可改变LED驱动电流的大小,进而改变LED负载的亮度。
参见图1,所述LED驱动器包括:依次连接于相角调光器和LED负载之间的整流电路10和直流-直流变换电路20,并联在整流电路10输出侧的串联支路(包括相串联的启动电阻R1和辅助源电路30),以及连接辅助源电路30和直流-直流变换电路20的直流-直流控制单元40。其工作原理为:相角调光器将输入的交流电压Vac斩波为斩波电压Vd后输出至整流电路10;整流电路10将斩波电压Vd整流为直流电压Vb后分两路输出,一路直接输出给直流-直流变换电路20作供电用,另一路流经启动电阻R1为辅助源电路30充电,使得辅助源电路30输出电压供直流-直流控制单元40启动工作;之后,与直流-直流变换电路20的输出电压相耦合的一电源VC开始为辅助源电路30充电以维持直流-直流控制单元40继续工作;直流-直流控制单元40用于控制直流-直流变换电路20将输入的直流电压Vb转换成LED负载的工作电压Vp。
可见,在直流-直流控制单元40启动后,辅助源电路30的能量可以由所述电源VC独立提供,此时启动电阻R1不必要存在,若R1仍连接在原来位置则会带来不必要的损耗,致使所述LED驱动器整体效率较低。而若通过增大启动电阻R1的阻值来降低R1带来的损耗的话,又会影响到直流-直流控制单元40的启动速度。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种应用于斩波调光场合的LED驱动器,以降低LED驱动器的功率损耗。
一种应用于斩波调光场合的LED驱动器,包括:
依次连接于相角调光器与LED负载间的整流电路和直流-直流变换电路;
并联于所述整流电路输出侧的电流通路,所述电流通路包括阻抗单元、辅助源电路和电流通路切换单元;其中,所述电流通路切换单元的第一端经所述阻抗单元接所述整流电路的第一输出端、其第二端接所述整流电路的第二输出端、其第三端经所述辅助源电路接所述整流电路的第二输出端;
连接所述辅助源电路和所述直流-直流变换电路的直流-直流控制单元,用于在所述辅助源电路的供电下启动,输出控制所述直流-直流变换电路中的开关管通断的控制信号;
以及与所述电流通路切换单元相连的切换控制单元,用于根据预设规则控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第二端或第三端。
可选地,所述切换控制单元还与所述辅助源电路相连,用于在检测到所述辅助源电路的输出电压小于第一预设值时,控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第三端;在检测到所述辅助源电路的输出电压不小于第二预设值时,控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第二端。
其中,所述第一预设值为所述直流-直流控制单元的最低工作电压,所述第二预设值为所述直流-直流控制单元的最高启动电压。
其中,所述电流通路切换单元包括:阳极接所述阻抗单元、阴极接所述辅助源电路的二极管;及其连接所述整流电路的第二输出端和所述阻抗单元的可控开关,所述可控开关的控制端接所述切换控制单元。
其中,所述阻抗单元为阻抗可调管;所述LED驱动器还包括:与所述阻抗可调管的控制端相连的电流控制单元,用于调控所述阻抗可调管的阻抗大小。
可选地,当所述相角调光器为可控硅调光器时,所述电流控制单元还用于采样所述整流电路的输出电流,并与第三预设值进行比较,通过调控所述阻抗可调管的阻抗大小,使得所述整流电路输出电流不小于所述第三预设值。
其中,当所述整流电路输出电流小于所述第三预设值时,所述电流控制单元用于调控所述阻抗可调管的阻抗大小,直至所述整流电路输出电流等于第三预设值;当所述整流电路输出电流大于或等于所述第三预设值时,所述电流控制单元控制所述阻抗可调管关断。
其中,所述第三预设值大于可控硅维持电流,所述电流控制单元包括采样电阻和阻抗调控单元,其中:
所述采样电阻串联接在所述整流电路的任一输出端和所述电流通路之间;所述阻抗调控单元的第一输入端连接所述采样电阻、其第二输入端接收所述第三预设值、其输出端连接所述阻抗可调管的控制端。
可选地,当所述相角调光器为后沿调光器时,所述电流控制单元还用于采样所述整流电路的输出电流,并与第四预设值进行比较,当所述整流电路的输出电流小于第四预设值时,控制所述阻抗可调管处于导通状态;当所述整流电路的输出电流不小于所述第四预设值时,控制所述阻抗可调管关断。
其中,所述阻抗可调管为MOS、三极管或IGBT。
其中,所述阻抗单元为阻抗大小固定不变的电阻。
可选地,所述LED驱动器还包括:串接于所述电流通路和所述直流-直流变换电路之间的二极管。
从上述的技术方案可以看出,本发明将整流电路的输出线路分为两路,一路直接接入直流-直流变换电路作为供电线路使用,另一路要么依次经过阻抗单元、辅助源电路和直流-直流控制单元接入后所述直流-直流变换电路的控制端,要么直接经过所述阻抗单元后并联于所述整流电路的输出侧,其中所述阻抗单元在前述接线中充当启动电阻使用、在后述接线中充当假负载使用;通过合理安排所述阻抗单元的接线情况,既避免了启动电阻在直流-直流控制单元启动后产生损耗,又解决了相角调光器在带LED驱动器调光时存在的阻抗匹配问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种应用于斩波调光场合的LED驱动器结构示意图;
图2为本发明实施例公开的一种应用于斩波调光场合的LED驱动器结构示意图;
图3为本发明实施例公开的又一种应用于斩波调光场合的LED驱动器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图2,本发明实施例公开了一种应用于斩波调光场合的LED驱动器,以降低LED驱动器的功率损耗,包括整流电路10、直流-直流变换电路20、直流-直流控制单元30、切换控制单元40以及电流通路,其中:
整流电路10和直流-直流变换电路20依次连接于相角调光器与LED负载之间;
所述电流通路并联于整流电路10的输出侧,包括阻抗单元50、辅助源电路60和电流通路切换单元70;其中,电流通路切换单元70的第一端经阻抗单元50接整流电路10的第一输出端、其第二端接整流电路10的第二输出端、其第三端经辅助源电路40接整流电路10的第二输出端;
直流-直流控制单元30连接于辅助源电路60和直流-直流变换电路20之间,用于在辅助源电路60的供电下启动,输出控制直流-直流变换电路20中的开关管通断的控制信号;
切换控制单元40与电流通路切换单元70相连,用于根据预设规则控制电流通路切换单元70的第一端导通至其第二端或第三端。
该LED驱动器的工作原理为:
相角调光器将输入的交流电压斩波为斩波电压后输出至整流电路10,整流电路10将所述斩波电压整流为直流电压后分两路输出;
第一路电流直接输出给直流-直流变换电路20,为后级电路供电;
第二路电流在切换控制单元40控制电流通路切换单元70的第一端导通至第三端时,流经阻抗单元50为辅助源电路60充电;此时阻抗单元50充当启动电阻使用;
或者,第二路电流在切换控制单元40控制电流通路切换单元70的第一端导通至第二端时,流经并联于整流电路10输出侧的阻抗单元50实现相角调光器与LED驱动器之间的阻抗匹配;此时阻抗单元50充当假负载使用;
电流通路切换单元70在上述两种导通状态间的切换由装载于切换控制单元40中的预设规则决定,该预设规则具体为:在直流-直流控制单元30启动工作前,控制电流通路切换单元70的第一端切换导通至其第三端,使得整流电路10的输出电压经过启动电阻R1为辅助源电路40充电,直至直流-直流控制单元30能够启动工作;之后,控制电流通路切换单元70的第一端切换导通至其第二端,从而利用假负载实现相角调光器与LED驱动器间的阻抗匹配;
在直流-直流控制单元30启动工作之后,控制直流-直流变换电路20将接收到的直流电压转换成LED负载所需的工作电压,继而由与直流-直流变换电路30的输出电压相耦合的一电源VC独立为辅助源电路60充电以维持直流-直流控制单元30继续工作(换言之,辅助源电路60此时不再需要整流电路10的输出电压经过启动电阻R1这一路径来为其充电),以使得直流-直流控制单元30能够继续通过控制直流-直流变换电路20内部开关管的正常通断,来保证直流-直流变换电路20将接收到的直流电压转换成LED负载所需的工作电压;且工作人员可根据相角调光器输出的斩波电压的导通相角的大小来任意、准确地调节LED负载的亮度。
由上述描述可知,本实施例通过将整流电路10的输出线路分为两路,一路直接接入直流-直流变换电路30作为供电线路使用;另一路要么依次经过阻抗单元50、辅助源电路60并联于整流电路10的输出侧,要么直接经过阻抗单元50并联于整流电路10的输出侧,其中阻抗单元50在前述接线中充当启动电阻使用、在后述接线中充当假负载使用;从而,通过合理安排阻抗单元50的接线情况,既避免了启动电阻在直流-直流控制单元30启动后产生损耗,又解决了相角调光器在带LED驱动器调光时存在的阻抗匹配问题。
其中需要说明的是,应用于斩波调光场合的所述相角调光器可以是前沿调光器也可以是后沿调光器,在此不做限定。
对于可控硅调光器(一种最常用的前沿调光器)而言,由于在LED驱动器中,通常需要在直流-直流变换电路30的输入侧并联电容以滤除高频分量,但是可控硅调光器输出的斩波电压会因为电压突变作用在该电容上带来较大的冲击电流,该冲击电流回落时容易振荡至可控硅维持电流(所述维持电流是指可控硅调光器导通之后维持导通状态所需的最低工作电流)以下,造成可控硅调光器不正常关断,调光闪烁。而本实施例在直流-直流控制单元30启动工作之后,切换控制单元40通过控制电路通路切换单元70的第一端导通至其第二端使得阻抗单元50直接并联在整流电路10的输出侧,增大了整流电路10的输出电流,即增大了可控硅调光器的工作电流,此时,通过合理设置阻抗单元50的阻抗大小,即可使得所述增大后的工作电流不小于可控硅调光器的维持电流,从而确保可控硅调光器不会不正常关断。
对于后沿调光器而言,在调光器关断时,若LED驱动器的输入阻抗较大,则调光器关断阻抗和LED驱动器的输入阻抗对电网电压进行分压,即LED驱动器的输入电压不为零,这样不便于准确检测调光相角(所述调光相角是指相角调光器输出的斩波电压的导通相角)的大小,也就难以根据调光相角的大小来调光。而本实施例在直流-直流控制单元30启动工作之后,切换控制单元40通过控制电路通路切换单元70的第一端导通至其第二端使得阻抗单元直接并联在整流电路10的输出侧,减小了LED驱动器的输入阻抗,由此,在后沿调光器关断时,LED驱动器的输入电压为零,便于准确检测调光相角的大小来调光。
另外还需要说明的是,为了避免阻抗单元50充当启动电阻时因阻值过大造成辅助源电路60的充电电流过小,进而致使直流-直流变换电路30的启动时间延长,阻抗单元50的阻值不宜设计的过大;
此外,整流电路10的两个输出端即为整流电路10输出侧的正负输出端,即:整流电路10的第一输出端为正输出端、第二输出端为负输出端,或者,整流电路10的第一输出端为负输出端、第二输出端为正输出端;其中,整流电路10的正输出端连接直流-直流变换电路20的正输入端,整流电路10的负输出端连接直流-直流变换电路20的负输入端。
基于上述公开的LED驱动器,优选的,参见图2,所述电流通路和直流-直流变换电路20之间还串接有二极管VD。具体的,二极管VD的阳极连接整流电路10的正输出端、阴极连接直流-直流变换电路20的正输入端,或者,二极管VD的阳极连接直流-直流变换电路20的负输入端、阴极连接整流电路10的负输出端(图2中所示二极管VD的连接方式为上述第一种连接方式)。引入二极管VD的优势在于:直流-直流变换电路20的输入侧通常并联有用于滤除高频开关分量的滤波电容,二极管VD用于在电流通路切换单元70的第一端导通至其第二端时,阻止所述滤波电容存储的能量倒灌进所述电流通路中而引起不必要的损耗,同时有助于准确检测调光相角的大小。
基于上述公开的LED驱动器,本发明实施例公开了又一种更为优选的应用于斩波调光场合的LED驱动器,参见图3,该LED驱动器的切换控制单元40还与辅助源电路60相连,用于在检测到辅助源电路60的输出电压小于第一预设值时,控制电流通路切换单元70的第一端导通至其第三端;在检测到辅助源电路的输出电压不小于第二预设值时,控制电流通路切换单元70的第一端导通至其第二端。其中,所述第一预设值可设定为直流-直流控制单元30的最低工作电压,所述第二预设值可设定为直流-直流控制单元30的最高启动电压,但并不局限。
行业内,为了使得直流-直流控制单元30能够一次启动成功不出现反复启动的现象,其内部设置的启动工作电压一般大于最低工作的电压。举例说明,直流-直流控制单元30启动工作时所需的辅助源电压为9V,在直流-直流控制单元30启动工作之后,其辅助源电压只有在降低至7V以下时,直流-直流控制单元30才会停止工作。上述9V辅助源电压即为所述第二预设值,上述7V辅助源电压即为所述第一预设值。又因为即使同一直流-直流控制单元30在不同环温下或其他条件下,其启动工作电压会有所偏差,因此所述第二预设值优选为直流-直流控制单元30的最高启动电压。
其中,电流通路切换单元70具体可选用下述电路结构实现,仍参见图3,它包括:阳极接阻抗单元50、阴极接辅助源电路60的二极管VD,及其连接整流电路10的第二输出端和阻抗单元50的可控开关K,可控开关K的控制端接切换控制单元40。
具体的,切换控制单元40在检测到辅助源电路60的输出电压低于所述第一预设值时,控制可控开关K断开,此时,二极管VD正向导通,辅助源电路60处于充电状态;切换控制单元40在检测到辅助源电路60被充电至其输出电压不小于所述第二预设值时,控制可控开关K闭合,此时,由于辅助源电路60的输出电压已建立,二极管VD反向截止,阻抗单元50并联于整流电路10的输出侧。
其中,阻抗单元50可选用阻抗大小固定不变的电阻;但更为优选的,阻抗单元50优选阻抗大小可调的阻抗可调管51实现,如MOS(MetalOxideSemiconductorFET,金属氧化物半导体场效应晶体管)、三极管或IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)等。对应的,所述LED驱动器还包括:与阻抗可调管51的控制端相连的电流控制单元,用于调节阻抗可调管51的阻抗大小。具体的,所述电流控制单元还用于采样所述整流电路10的输出电流大小,在整流电路10的输出电流小于某一预设值时(在相角调光器为可控硅调光器时,某一预设值为下述第三预设值;在相角调光器为后沿调光器时,某一预设值为下述第四预设值),减小阻抗可调管51的阻抗大小;在整流电路10的输出电流不小于上述这一预设值时,控制阻抗可调管51关断。
当阻抗可调管51充当启动电阻时,通过降低阻抗可调管51的阻抗大小可提高辅助源电路60的充电电流大小,节约充电时间,提高直流-直流控制单元30的启动速度。其中需要说明的是,当阻抗单元50充当启动电阻或假负载时,流经阻抗单元50的电流大小可以相等也可以不相等,在阻抗单元50的阻抗为无穷大时该电流大小为零。
下面具体说明,在阻抗可调管51充当假负载时,所述电流控制单元如何调节阻抗可调管51的阻抗大小。
当相角调光器为可控硅调光器时,所述电流控制单元还用于采样整流电路10的输出电流,并与第三预设值进行比较,通过调控阻抗可调管51的阻抗大小,使得整流电路10输出电流不小于所述第三预设值。
具体的,当整流电路10的输出电流小于所述第三预设值时,所述电流控制单元调控阻抗可调管51的阻抗大小,直至整流电路10的输出电流等于第三预设值(由于整流电路10的输出电流等于阻抗可调管51中的电流与直流-直流变换电路20的输入电流之和,且通过调节阻抗可调管51的阻抗大小,可以调节流经它的电流,因此,当整流电路10输出电流过小时,可减小阻抗可调管51的阻抗来增大整流电路10的输出电流,使其等于所述第三预设值);当整流电路10的输出电流大于或等于所述第三预设值时,所述电流控制单元控制阻抗可调管51关断。其中所述第三预设值大于所述可控硅调光器的维持电流。
具体的,所述电流控制单元可采用下述电路结构实现,它包括采样电阻R和阻抗调控单元80,其中:
采样电阻R串联接在整流电路10的任一输出端和所述电流通路之间;阻抗调控单元80的第一输入端连接采样电阻R、其第二输入端用于接收第三预设值Vf、其输出端连接阻抗可调管51的控制端,用于在采样电阻R的采样电流小于所述第三预设值时调控阻抗可调管51的阻抗大小,直至整流电路10的输出电流等于所述第三预设值;在采样电阻R的采样电流大于或等于所述第三预设值时,控制阻抗可调管51关断以避免不必要的损耗,从而保证可控硅的工作电流始终不小于其维持电流,确保可控硅不会非正常关断而导致LED负载闪烁。
当所述相角调光器为后沿调光器时,在所述电流控制单元检测到整流电路10的输出电流小于第四预设值时,减小阻抗可调管51的阻抗大小(具体是指控制阻抗可调管51处于导通状态,该导通状态可以是指线性导通也可以是饱和导通);在所述电流控制单元检测到所述整流电路10的输出电流不小于所述第四预设值时,控制阻抗可调管51关断。通过合理设置所述第四预设值的大小以达到以下目的:在后沿调光器导通时,整流电路10的输出电流不小于所述第四预设值,控制阻抗可调管51关断避免增加不必要的损耗;在所述后沿调光器关断后,整流电路10的输出电流为零,则整流电路10的输出电流小于所述第四预设值,控制阻抗可调管51导通使得LED驱动器输入电压为零,便于准确检测调光相角大小。
综上所述,本发明将整流电路的输出线路分为两路,一路直接接入直流-直流变换电路作为供电线路使用,另一路要么依次经过阻抗单元、辅助源电路和直流-直流控制单元接入后所述直流-直流变换电路的控制端,要么直接经过所述阻抗单元后并联于所述整流电路的输出侧,其中所述阻抗单元在前述接线中充当启动电阻使用、在后述接线中充当假负载使用;通过合理安排所述阻抗单元的接线情况,既避免了启动电阻在直流-直流控制单元启动后产生损耗,又解决了相角调光器在带LED驱动器调光时存在的阻抗匹配问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种应用于斩波调光场合的LED驱动器,其特征在于,包括:
依次连接于相角调光器与LED负载间的整流电路和直流-直流变换电路;
并联于所述整流电路输出侧的电流通路,所述电流通路包括阻抗单元、辅助源电路和电流通路切换单元;其中,所述电流通路切换单元的第一端经所述阻抗单元接所述整流电路的第一输出端、其第二端接所述整流电路的第二输出端、其第三端经所述辅助源电路接所述整流电路的第二输出端;
连接所述辅助源电路和所述直流-直流变换电路的直流-直流控制单元,用于在所述辅助源电路的供电下启动,输出控制所述直流-直流变换电路中的开关管通断的控制信号;
以及与所述电流通路切换单元相连的切换控制单元,用于根据预设规则控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第二端或第三端。
2.根据权利要求1所述的LED驱动器,其特征在于,所述切换控制单元还与所述辅助源电路相连,用于在检测到所述辅助源电路的输出电压小于第一预设值时,控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第三端;在检测到所述辅助源电路的输出电压不小于第二预设值时,控制所述电流通路切换单元的第一端导通至其第二端。
3.根据权利要求2所述的LED驱动器,其特征在于,所述第一预设值为所述直流-直流控制单元的最低工作电压,所述第二预设值为所述直流-直流控制单元的最高启动电压。
4.根据权利要求1所述的LED驱动器,其特征在于,所述电流通路切换单元包括:阳极接所述阻抗单元、阴极接所述辅助源电路的二极管;及其连接所述整流电路的第二输出端和所述阻抗单元的可控开关,所述可控开关的控制端接所述切换控制单元。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED驱动器,其特征在于,所述阻抗单元为阻抗可调管;所述LED驱动器还包括:与所述阻抗可调管的控制端相连的电流控制单元,用于调控所述阻抗可调管的阻抗大小。
6.根据权利要求5所述的LED驱动器,其特征在于,当所述相角调光器为可控硅调光器时,所述电流控制单元还用于采样所述整流电路的输出电流,并与第三预设值进行比较,通过调控所述阻抗可调管的阻抗大小,使得所述整流电路输出电流不小于所述第三预设值。
7.根据权利要求6所述的LED驱动器,其特征在于,当所述整流电路输出电流小于所述第三预设值时,所述电流控制单元用于调控所述阻抗可调管的阻抗大小,直至所述整流电路输出电流等于第三预设值;当所述整流电路输出电流大于或等于所述第三预设值时,所述电流控制单元控制所述阻抗可调管关断。
8.根据权利要求7所述的LED驱动器,其特征在于,所述第三预设值大于可控硅维持电流,所述电流控制单元包括采样电阻和阻抗调控单元,其中:
所述采样电阻串联接在所述整流电路的任一输出端和所述电流通路之间;所述阻抗调控单元的第一输入端连接所述采样电阻、其第二输入端接收所述第三预设值、其输出端连接所述阻抗可调管的控制端。
9.根据权利要求5所述的LED驱动器,其特征在于,当所述相角调光器为后沿调光器时,所述电流控制单元还用于采样所述整流电路的输出电流,并与第四预设值进行比较,当所述整流电路的输出电流小于第四预设值时,控制所述阻抗可调管处于导通状态;当所述整流电路的输出电流不小于所述第四预设值时,控制所述阻抗可调管关断。
10.根据权利要求5所述的LED驱动器,其特征在于,所述阻抗可调管为MOS、三极管或IGBT。
11.根据权利要求1所述的LED驱动器,其特征在于,所述阻抗单元为阻抗大小固定不变的电阻。
12.根据权利要求1所述的LED驱动器,其特征在于,所述LED驱动器还包括:串接于所述电流通路和所述直流-直流变换电路之间的二极管。
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