CN109217248B - 一种连接器的故障处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连接器故障处理方法和系统，连接器连接第一设备和第二设备，该方法包括：通过第一设备内的一第一检测单元检测第一设备侧的第一参数；第一设备的第一控制器通过连接器内的通讯线获得第二设备侧的第二参数；第一控制器基于第一参数和第二参数确定连接器是否存在故障。该方法不使用任何温度传感器或热敏元件，利用连接器两端设备自带的控制器和检测单元完成对连接器的故障检测和保护，具有成本低、结构简单的优点。

Description

一种连接器的故障处理方法和系统

技术领域

本发明涉及设备保护技术，特别涉及一种连接器的故障处理方法和系统。

背景技术

随着电子产品日益深入到人们的生活和工作当中，各种电子设备(例如，计算机、手机、平板电脑、数码相机、个人数字助理、MP3、导航设备、电源适配器等等)之间需要通过连接器或连接线(以下统称为连接器)互相连接。在电子设备中，连接器是数据和功率传输的接口，是非常重要的元件，所以连接器的可靠性也不容忽视。当连接器进行功率传输时，一旦接口端有异物污染或者接触阻抗增大，很容易造成内阻的增加，进而引发过热甚至是着火危险，所以需要对连接器采取过热保护措施。

在现有技术中，连接器过热保护的一般解决方法是在连接器处添加正温度系数热敏电阻(简称PTC)，或者添加断路器(Breaker)，或者添加控制IC和负温度系数热敏电阻(NTC)温度传感器等。采用PTC的优点在于成本低，但是PTC的温度敏感度较低，一致性较差，动作后阻抗变化较大，无法在过温时完全切断电流，多次动作后，承载电流能力变差，会导致PTC报废，从而无法继续保护连接器。采用断路器的方法与采用PTC的方法相比具有温度敏感度较高，一致性较好的优势，但是断路器的体积较大并且成本高。采用控制IC和NTC温度传感器的方法，与前两种方法相比，温度敏感度最好，精度最高，但成本也最高，并且会影响空载损耗。因此，需要一种节约成本并且可靠的连接器过热保护技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新颖的连接器故障保护方法和系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种连接器故障处理方法，所述连接器连接第一设备和第二设备，其特征在于，该方法包括：通过第一设备内的一第一检测单元检测所述第一设备侧的第一参数；所述第一设备的第一控制器通过所述连接器内的通讯线获得所述第二设备侧的第二参数；所述第一控制器基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

根据本公开的一个实施例，所述第一设备是用电设备，所述第二设备是电源设备。根据另一个实施例，所述第一设备是电源设备，所述第二设备是用电设备。所述电源设备可以为电源适配器，并且所述连接器可以为USB type-C连接器。

可选地，该方法还包括：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第一阈值，所述第一控制器发出警告，但电源设备继续供电。

可选地，该方法还包括：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，所述第一控制器产生一故障信号，并将所述故障信号传送至电源设备的第二控制器，并所述第二控制器控制所述电源设备停止供电。

可选地，该方法还包括：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，所述第一控制器控制所述电源设备停止供电。

可选地，在该方法中，所述第一参数和第二参数是可以电压值、电流值之中的一种参数。

可选地，所述第二设备的第二控制器通过通讯线获得所述第一设备侧的第一参数；并基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子系统，该系统包括第一设备、第二设备和连接第一设备和第二设备的连接器，其特征在于：所述第一设备包括一第一控制器及一第一检测单元，所述第一检测单元用于检测所述第一设备的第一参数；所述第二设备包括一第二检测单元，所述第二检测单元用于检测所述第二设备的第二参数；所述连接器包括一通讯线，用于将所述第二参数传送至第一控制器，以及所述第一控制器基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

根据本公开的一个实施例，所述第一设备是用电设备，所述第二设备是电源设备。根据另一个实施例，所述第一设备是电源设备，所述第二设备是用电设备。所述电源设备可以为电源适配器，所述连接器可以为USBtype-C连接器。

可选地，所述第一设备的第一控制器还被配置成：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第一阈值，则第一控制器发出警告，但所述电源设备继续供电。

可选地，所述第二设备包括一第二控制器，所述第一设备的所述第一控制器和所述第二设备的所述第二控制器还被配置成：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，则所述第一控制器产生一故障信号，并将所述故障信号传送至电源设备的第二控制器，并所述第二控制器控制所述电源设备停止供电。

可选地，所述第一设备的所述第一控制器还被配置成：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，则所述第一控制器控制所述电源设备停止供电。

可选地，在该电子系统中，所述第一参数和第二参数是电压值、电流值之中的一种参数。

可选地，在该电子系统中，所述第二设备还包括一第二控制器，所述第二控制器还配置成：通过所述通讯线获得所述第一参数；并基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时，执行如上所述的方法。

根据本发明的方法和系统，在不使用任何温度传感器或热敏元件测量连接器温度的情况下，利用连接器两端的设备自带的控制器和检测单元，通过对控制器的编程，基于连接器两端的第一参数与第二参数的差值判断是否发生故障，从而实现对连接器的故障检测和保护，具有成本低、节省空间、结构简单的优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的电子系统；

图2根据本发明的一个实施例的连接器的故障处理方法的流程图；

图3示出了图1所示的电子系统中执行的连接器的故障处理方法的流程图；以及

图4示出了根据本发明的另一个实施例的电子系统。

具体实施方式

下面将参考附图，并结合本发明的实施例，详细说明本发明。应当理解，附图是示意性的而不必按照比例绘制，以下的实施例和详细说明仅提供用来帮助理解本发明，而不对本发明构成任何限制。

在下面的详细说明中，本发明以电子系统为例，解释了本发明的连接器保护方法和系统，然而应理解，本发明的概念可以应用于任何使用连接器的场合，而不限于电子系统。

图1示出了根据本发明的一个实施例的电子系统，该系统包括第一设备1、第二设备2和连接第一设备1和第二设备2的连接器3。第一设备1包括一第一控制器11及一第一检测单元13，第一检测单元13用于检测第一设备1的第一参数；第二设备2包括一第二检测单元23，第二检测单元23用于检测第二设备2的第二参数；连接器3包括一通讯线4，用于将第二参数传送至第一设备1，以及第一控制器11基于第一参数和第二参数确定连接器3是否存在故障。

在该实施例中，第一设备1可以是用电设备，第二设备2可以是电源设备；或者，可替代地，第一设备1可以是电源设备，第二设备2可以是用电设备。

第一设备1的第一控制器11还可以被配置成，如果第一参数和第二参数之间的差值大于第一阈值，则第一控制器11发出警告，但电源设备继续供电。

如果第一设备1是用电设备，第二设备2是电源设备，第一设备1的第一控制器11还可以被配置成，如果第一参数和第二参数之间的差值大于第二阈值，则第一控制器11产生一故障信号，并将故障信号传送至电源设备的第二控制器21，并且第二控制器21控制电源设备停止供电。

如果第一设备1是电源设备，第二设备2是用电设备，第一设备1的第一控制器11还被配置成：如果第一参数和第二参数之间的差值大于第二阈值，则第一控制器11控制电源设备停止供电。

第一参数和第二参数可以是系统中能够进行测量的任何参数，包括但不限于：电子系统中的电压值、电流值。

可选地，在该电子系统中，第二设备2还包括一第二控制器21，该第二控制器21还配置成：通过通讯线4获得第一参数；并基于第一参数和第二参数确定连接器3是否存在故障。

下面仍然参考图1，现以第一设备为电源设备，第二设备为用电设备为例，进行详细说明。应理解，该具体实例中的设备型号和具体参数值仅是出于说明目的，而不以任何方式构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的电子系统。该电子系统包括：电源设备1、用电设备2，以及连接电源设备1和用电设备2的连接器3。其中，电源设备1和用电设备2分别包括各自的检测单元和控制器，如图所示，二者的控制器之间经由连接器3内的通讯线4相互进行信号传递。

在实际应用中，大多用电设备都包括自己的控制器，如，电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机、摄像机、扫描仪等等。很多电源设备也具有自己的控制器，通讯线既可包括在连接器中，也可以简单地通过用信号线连接电源设备和用电设备来添加，以实现电源设备和用电设备之间的通讯功能。另外，在电源设备中，一般包含过电压、过电流保护电路或者过热保护电路，因此，检测电源设备中的电压、电流或温度的功能亦是电源设备现有的或也可以简单地通过添加检测单元来实现。同样，很多的用电设备，如，笔记本电脑中，也包含过电压、过电流保护电路或者过热保护电路，因此，检测用电设备中的电压、电流的功能亦是用电设备现有的或也可以简单地通过添加检测单元来实现。本发明不同于以往额外添加热敏元件或者断路器的做法，而是利用连接器两端所连接的设备中固有的硬件，通过设备中的检测单元检测电路参数并通过设备中的控制器执行简单的计算和比较，即可实现连接器故障检测和处理的功能。

在图1的系统中，实时检测电源设备1和用电设备2的电压或电流，通过连接器3的通讯线4在电源设备1和用电设备2之间共享电压或电流数据，当电源设备1或用电设备2中的控制器计算出两者电压或者电流的差值大于第一设定值而小于第二设定值时，这说明在连接器上有过大的功率损耗，可以认定连接器有接触阻抗增大或者异物污染的情况，但还没有连接器损坏的危险，此时，可以发出警告提示，并且在电压或电流的差值大于第二设定值时电源设备停止供电，以对连接器进行保护。第一和第二设定值，需要根据实际应用中的不同连接器的接口端接触阻抗、连接线阻抗、连接器的耐温和承受功率，并考虑一些设计余量，来设计。

下面将结合具体的系统设计实例来详细讲解本发明的技术方案。以一款笔记本电脑作为用电设备为例，它使用的电源设备为USB PD 65W的电源适配器，连接器为USB type-C连接器，并且通讯线为cc pin通讯线。在该系统中，USB PD 65W的电源适配器的输出电压根据笔记本电脑的需求，可以为5V/3A或9V/3A或15V/3A或20V/3.25A。

参照图1，将连接器接触阻抗和连接线阻抗简化为一个等效电阻R1，正常情况下，此等效电阻R1约为0.1欧姆。当电源设备输出电流为3A时，连接器3两端的电压差U1-U2＝0.1ohm*3A＝0.3V。当连接器3的接触引脚之间出现松动或接触不良时，连接器的该等效电阻将会增大，导致连接器两端的电压差增大。因为电压差与输出电流的乘积，就是施加在连接器上的功率损耗，当电压差大于设定值时，就说明在连接器上有过大的功率损耗，可以认定连接器存在接口端有接触阻抗增大的现象，此时可以发出警告提示或者电源设备停止供电等动作，起到保护连接器的功能。

根据USB type-C连接器3实际可以承受的损耗来设定该电压差的设定值。当电压差大于1.5V时，在连接器3上有1.5V*3A＝4.5W的功率损耗，此时，可以认定连接器3存在接口端有接触阻抗增大的情况，但是还不会造成USB type-C连接器3损坏或熔断，此时可以通过cc pin通讯线4告知笔记本电脑2的控制器，发出警告提示，但电源适配器1仍然正常工作，不执行断电保护处理。当电压差大于3.0V时，在连接器3上有3.0V*3A＝9W的功率损耗，可以认定接触阻抗太大，可能造成USB type-C连接器3损坏或熔断，此时电源适配器1立即进行保护，关断输出电压，并通过cc pin通讯线4将故障信息通知笔记本电脑2的控制器，发出连接器3存在故障的信息。在排除故障后，电源适配器1重新上电，才能正常输出供电。通过这种方式，可以提示用户及时保存文件并保护连接器不受损坏。以上通过第一检测单元检测的电源设备的第一参数为电压参数，第二检测单元检测的用电设备的第二参数为电压参数为例说明，但不以此为限。

正常情况下，USB type-C连接器3的Vbus线和GND线的绝缘阻抗R2非常大，通常大于100Mohm,故漏电流近似为零，因此，I1＝I2,此时电流差I1-I2接近0。当连接器3的Vbus引脚和GND引脚之间有异物存在时，产生一个异物阻抗，输出电压施加在该异物阻抗上，产生功率损耗，使得USB type-C连接器3发热。当异物阻抗为40ohm，输出电压为20V时，电流差I1-I2＝20V/40ohm＝0.5A，在异物上有20V*0.5A＝10W的功率损耗，此功率损耗将使得USBtype-C连接器3发热，但不会造成USB type-C连接器3损坏或熔断，所以可以设定电流差大于0.5A时，并可以通过cc pin通讯线4,告知笔记本电脑2发出警告提示，但电源适配器1仍然正常输出，不做断电保护。当电流差大于1.0A时，则在异物上有20V*1.0A＝20W以上的功率损耗，此损耗可能造成USB type-C连接器3损坏或熔断，此时电源适配器1立即进行保护，关断输出电压，并通过cc pin通讯线4告知笔记本电脑2，发出连接器3存在故障的信息，需要排除故障后，电源适配器1重新上电，才能正常输出供电。

上面以电源适配器和USB type-C连接器为例解释了本发明的一个实施例的工作原理。然而，应理解，本发明并不限于此；本发明的原理还可以应用于多种使用连接器的场合，用来保护连接器，例如，电动车在充电桩充电的场合，等等。以上通过第一检测单元检测的电源设备的第一参数为电流参数，第二检测单元检测的用电设备的第二参数为电流参数为例说明，但不以此为限。第一参数和第二参数也可以为其它电源设备和用电设备对应的参数，本发明对此不作限制。

另外，容易理解，以上检测电流、电压信号，以及计算电流差、电压差的操作，既可以由电源设备的检测单元和控制器来执行，也可以由用电设备的检测单元和控制器来执行，或者，可以由两侧的检测单元和控制器互相配合一起执行，本发明对此不作限制。

由以上内容可以看到，本发明的技术方案并不需要增添额外的硬件，仅利用连接器两端连接的电源设备和用电设备自身的组件，通过电压或电流检测和简单的计算即可实现连接器保护的功能。不仅节约硬件成本，而且节约空间。

需要说明的是，用于执行连接器保护的方法可以通过程序指令来实现。在此情况下，可以在出厂之前预先将程序指令存储在电源设备或用电设备侧的存储器或者处理器、控制器中。可替代地，也可以在零售店或者由使用者通过下载和安装相应的程序，使得电源设备或者用电设备能够执行本发明所揭示的连接器保护功能。

图2示出了根据本发明的一个实施例的连接器的故障处理方法的流程图。连接器连接第一设备和第二设备。如图2所示，该方法包括：在S201，检测第一设备1侧的第一参数；在S202，通过通讯线4获得第二设备2侧的第二参数；在S203，基于第一参数和第二参数确定计算差值；以及，在S204，将差值与预设值比较，判断连接器3是否存在故障。

在该实施例中，第一设备1可以是用电设备，第二设备2可以是电源设备；或者，相反，第一设备1可以是电源设备，第二设备2可以是用电设备

可选地，该方法还可以包括：如果第一参数和第二参数之间的差值大于第一阈值，则第一控制器11发出警告，但电源设备继续供电。

可选地，该方法还可以包括：如果第一设备1是用电设备，第二设备2是电源设备，如果第一参数和第二参数之间的差值大于第二阈值，则第一控制器11产生一故障信号，并将故障信号传送至电源设备的第二控制器21，并且第二控制器21控制电源设备停止供电。

可选地，该方法还可以包括：如果第一设备1是电源设备，第二设备2是用电设备，如果第一参数和第二参数之间的差值大于第二阈值，则第一控制器11控制电源设备停止供电。

举例来说，电源设备可以为电源适配器，用电设备为笔记本电脑，连接器可以为USB type-C连接器。

在该方法中，第一参数和第二参数是可以电压值、电流值之中的一种参数，或其它任何可反映第一设备1和第二设备2状态的信号。

以上方法既可以由第一设备1的第一控制器11通过通讯线4获得第二设备2的第二参数，并基于第一参数和第二参数确定连接器3是否存在故障；也可以由第二设备2的第二控制器21通过通讯线4获得第一设备1的第一参数；并基于第一参数和第二参数确定连接器3是否存在故障；或电源设备和用电设备通过通讯线相互传递第一参数和第二参数，并且电源设备和用电设备的控制器通过第一参数和第二参数确定连接器是否存在故障。

下面将结合图3，对图1所示的电子系统中所执行的方法进行说明。如图3所示，在S301，检测用电设备侧的输入电压U2和输入电流I2，在S302，通过通讯线获取电源设备的输出电压U1和输出电流I1。在S303，计算电压差U1-U2和电流差I1-I2。在S304，判断是否满足U1-U2<1.5V并且I1-I2<0.5A，如果是，则说明USB type-C连接器正常，该方法前进到S307，准备进行下一次检测；如果否，则前进到S305。在S305，判断是否满足判断1.5V<U1-U2<3.0V或0.5A<I1-I2<1.0A，如果是，则说明在连接器上有过大的功率损耗，可以认定连接器有接触阻抗增大或者异物污染的情况，但还没有连接器损坏的危险，该方法前进到S308，发出警告提示用户连接器可能有异物污染，但电源设备继续供电；如果否，则前进到S306。在S306，判断是否满足判断U1-U2>3.0V或I1-I2>1.0A，如果是，则前进到S309，判断连接器故障，电源设备停止供电，以对连接器进行过热保护。

以上实施例中使用的具体数值是根据图1所示的实例中的参数设计的，仅提供用来帮助理解本发明。在实际应用中，应根据所使用的不同连接器的接口端接触阻抗、连接线阻抗、连接器的耐温和承受功率，并考虑一些设计余量，来进行设计。

在以上实施例中，以用电设备侧的控制器为主执行连接器保护为例进行了说明，然而，应理解，也可以由电源侧的控制器来执行相应的方法步骤，仅需通过通讯线获取用电设备侧的输入电压和输入电流即可。

应理解，以上方法的步骤不必按顺序执行，并且可以省略其中的一个或多个步骤，也可以根据实际需要增加步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时，执行如上所述的方法。

另外，图4示出了本发明的另一个实施例的电子系统。如图4所示，电子系统中可以包括不止一个连接器，该图中示出了两个连接器3-1和3-2，然而，应理解，该系统也可以包括多个连接器。在使用两个或多个连接器时，这些连接器可以相同类型的，也可以是不同类型。

图4所示的系统的工作原理与参照图1描述的类似。首先，实时检测电源设备1和用电设备2的电压和电流，然后，通过连接器的通讯线在电源设备1和用电设备2之间共享电压电流数据，当电源设备或者用电设备的控制器计算出两者电压或者电流的差值大于第一设定值而小于第二设定值时，这说明在连接器上有过大的功率损耗，可以认定连接器有接触阻抗增大或者异物污染的情况，但还没有连接器损坏的危险，此时，可以发出警告提示但电源设备继续供电，当电压或电流的差值大于第二设定值时可以认定连接器有损坏的危险，因此控制电源设备停止供电，以对连接器进行过热保护。第一和第二设定值，需要根据实际应用中的不同连接器的接口端接触阻抗、连接线阻抗、各个连接器的耐温和承受功率，并考虑一些设计余量，来设计。

通过本发明的方法和系统，可以在不改变连接器本体结构的情况下，利用电源设备和用电设备本来就有的控制器、通讯线、检测单元，来进行检测和控制。通过电源设备的第一参数和用电设备的第二参数的差，去判断连接器是否有接触阻抗增大或者异物污染故障。通过通讯线共享电源设备和用电设备的第一参数和第二参数的数据，使用控制器进行判断，并作出预警和保护处理。在应用时，仅需要改变控制器中内置的第一参数和第二参数的差值的设定值，就可以方便地调整连接器预警和断电保护的参数。因此，本发明的这种方法和系统，具有硬件成本低、灵活度高的特点。

上述附图仅是根据本发明示例性实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，可以理解，除非特别说明，这些处理可以是，例如，在多个单元中同步或异步执行的。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应理解，本发明不限于本文描述的详细结构、设置方式或实现方法；本发明的保护范围仅由所附权利要求来定义，涵盖权利要求保护范围内的各种修改和变形。

Claims (7)

1.一种连接器故障处理方法，所述连接器是数据和功率传输的接口，所述连接器连接第一设备和第二设备，其特征在于，该方法包括：

通过第一设备内的一第一检测单元检测位于所述连接器一端的所述第一设备侧的第一参数；

所述第一设备的第一控制器通过所述连接器内的通讯线获得位于所述连接器另一端的所述第二设备侧的第二参数；

所述第一控制器基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障；

其中，所述第一设备是用电设备，所述第二设备是电源设备；或者，所述第一设备是电源设备，所说第二设备是用电设备；

如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第一阈值且小于第二阈值，所述第一控制器发出警告，但所述电源设备继续供电；

如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，所述第一控制器产生一故障信号，并将所述故障信号传送至所述电源设备的第二控制器，并且所述第二控制器控制所述电源设备停止供电；或者，所述第一控制器控制所述电源设备停止供电；

其中，所述第一参数和第二参数是电压值，所述第一阈值和所述第二阈值根据所述连接器的接口端接触阻抗、连接线阻抗、连接器的耐温和/或连接器的承受功率进行设定。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述电源设备为电源适配器，所述连接器为USBtype-C连接器。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：所述第二设备的第二控制器通过通讯线获得所述第一设备侧的第一参数，并基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

4.一种电子系统，该系统包括第一设备、第二设备和连接第一设备和第二设备的连接器，所述连接器是数据和功率传输的接口，其特征在于：

所述第一设备包括一第一控制器及一第一检测单元，所述第一检测单元用于检测位于所述连接器一端的所述第一设备的第一参数；

所述第二设备包括一第二检测单元，所述第二检测单元用于检测位于所述连接器另一端的所述第二设备的第二参数；

所述连接器包括一通讯线，用于将所述第二参数传送至所述第一控制器，以及

所述第一控制器基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障；

其中，所述第一设备是用电设备，所述第二设备是电源设备；或者，所述第一设备是电源设备，所述第二设备是用电设备；

所述第一设备的所述第一控制器还被配置成：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第一阈值且小于第二阈值，则所述第一控制器发出警告，但所述电源设备继续供电；

所述第一设备的所述第一控制器还被配置成：如果所述第一参数和所述第二参数之间的差值大于第二阈值，则所述第一控制器产生一故障信号，并将所述故障信号传送至所述电源设备的第二控制器，并且所述第二控制器控制所述电源设备停止供电；或者所述第一控制器控制所述电源设备停止供电；

其中，所述第一参数和第二参数是电压值，所述第一阈值和所述第二阈值根据所述连接器的接口端接触阻抗、连接线阻抗、连接器的耐温和/或连接器的承受功率进行设定。

5.如权利要求4所述的电子系统，其中所述电源设备为电源适配器，所述连接器为USBtype-C连接器。

6.如权利要求4所述的电子系统，其中所述第二设备还包括一第二控制器，所述第二控制器还配置成：通过所述通讯线获得所述第一参数，并基于所述第一参数和所述第二参数确定所述连接器是否存在故障。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时，执行如权利要求1-3中任一项所述的方法。

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