CN114531012A - 一种车载直流转换器封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载直流转换器封装结构，包括壳体、冷却流道盖板、两块盖板、叠层母线、主板、主输出滤波器、母线电容板一、母线电容板二、辅助输出滤波器和电感器。本发明采用新的布局方法，所有高发热器件均布置在冷却流道路径上，充分利用了冷却系统进行散热，大大提高了整机散热性能以及元器件寿命，有专门针对母线焦耳热的散热设计。高价值易损件的易维护设计,打开上下两个盖板，所有继电器在松开电气联接后无需拆除其它部件即可无障碍更换。所有PCB板布局在整机上下两侧，不存在PCB重叠情况，且PCB上的测试点不存在被遮挡情况，给设备提供了良好的可测试性。整机的上下两个盖板2是同一个零件，减少物料种类，节省模具开发成。

Description

一种车载直流转换器封装结构

技术领域

本发明属于汽车领域，特别涉及一种车载直流转换器封装结构。

背景技术

未来随着新能源汽车的普及，车载直流转换器作为关键部件会越来越趋于小型化、轻量化、高功率密度、高度集成化方向发展，随之而来的内部功率器件的电气连接、结构布局、元器件散热、电磁干扰等问题尤为突出。现有的车载直流转换器存在以下几个问题：

1.常规结构布局方案冷却流道未全面覆盖发热器件；

2.电路易受内部磁性元件电磁辐射干扰；

3.内部热敏感器件易受高热器件辐射影响；

4.冷却流道压力损失较大，流阻较高，换热效率低；

5.过多的手工安装的导线，不利于自动化生产；

6.机壳结构复杂不便于维修和测试；

7.系统集成度低，结构不够紧凑；

8.对整机结构抗震设计不充分。

本发明主要提供一种车载直流转换器的封装结构，实现线路板与功率器件模块化、可靠性安装、功能集成化、高效散热以及抗电磁干扰、便于组装制造以及可维修性等优点。

发明内容

本发明提供了一种车载直流转换器的封装结构，目的是实现功率器件的良好散热、提高系统集成度以及便于组装生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种车载直流转换器封装结构，包括壳体、冷却流道盖板、两块盖板、叠层母线、主板、主输出滤波器、母线电容板一、母线电容板二、辅助输出滤波器和电感器，所述壳体其中一面两侧设置有平面流道，所述平面流道内侧设置有若干电感过线孔和螺丝柱，所述壳体中间设置有若干U形流道散热齿，所述U形流道散热齿组成“跑道”状结构，所述壳体内部还设置有立体流道，所述立体流道从表面伸入壳体的内部，所述立体流道一端与平面流道接通，另一端与U形流道散热齿接通，所述冷却流道盖板、盖板、叠层母线和主板都固定在此面，由上而下分别为盖板、主板、叠层母线和冷却流道盖板，所述壳体另一面中间及两侧都设置有若干电容放置槽，所述壳体在电容放置槽之间还设置有若干电感灌封槽，所述电容放置槽和电感灌封槽都通过槽板进行分隔，所述壳体另一面还设置有若干螺丝柱，所述主输出滤波器、母线电容板一、母线电容板二、辅助输出滤波器和电感器都固定在此面。

作为优选，所述壳体侧壁设置有若干连接器安装孔，所述壳体在靠近连接器安装孔的一侧还设置有仿形导热凸台、平面导热凸台和防呆凸点，所述仿形导热凸台、平面导热凸台和防呆凸点都位于有电容放置槽的一面，所述壳体还设置有开孔一和开孔二。

作为优选，所述冷却流道盖板上设置有若干流道盖板导热凸台、若干波浪散热齿、若干流道盖板过线孔和若干流道盖板螺丝柱，所述波浪散热齿位于冷却流道盖板两侧，所述流道盖板过线孔位于波浪散热齿内侧。

作为优选，所述叠层母线设置有若干母线输入正极螺柱、母线负极螺柱、母线输出正极耳、母线输出负极耳、母线输入负极耳、母线输入正极耳和母线输出正极螺柱，所述叠层母线通过流道盖板螺丝柱进行定位并用螺钉和冷却流道盖板固定在一起，所述冷却流道盖板和叠层母线中间填充导热界面材料。

作为优选，所述主板上设置有若干IGBT模块一、IGBT模块二、主板裸铜触点一、主板裸铜触点二、主板裸铜触点三、主板裸铜触点四、主板裸铜触点五和信号连接器，所述信号连接器位于主板的侧边。

作为优选，所述主输出滤波器包括母线输出转接铜排、主输出滤波器转接铜排、主输出滤波电感、若干薄膜电容和连接板，所述薄膜电容固定在连接板上。

作为优选，所述母线电容板一和母线电容板二都由若干薄膜电容和连接板组成，所述母线电容板二上还设置有电容板裸铜触点。

作为优选，所述辅助输出滤波器一面设置有焊接铜螺柱，另一面设置有辅助输出滤波电感。

作为优选，所述电感器包括若干电感、电感固定卡扣、浮动端子座外壳、端子座卡扣、压接式螺钉端子、电感磁芯和紧固螺钉，所述电感与电感电连接在一起。

作为优选，所述一种车载直流转换器封装结构还包括输入继电器、辅助输出继电器、软启动继电器、输入连接器、主输出连接器、副输出连接器和冷却管接头，所述输入连接器一侧连接有输入正极连接铜排。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明双面安装器件中间布置冷却流道可以最大化的覆盖到热源，整机空间利用率更高；

2、本发明电感与主板被壳体分隔在冷却流道两侧，使得电感对主板上的控制部分的电磁干扰大大减弱，继电器与薄膜电容等非耐高温器件附近都有金属隔板与热源隔开避免了热源对器件的直接高温辐射，提供器件寿命；

3、本发明水道出入口都设计由平滑过渡段，避免急剧扩张和收缩，避免冷却液涡流损耗，减小流道阻力，扁平状流道在保证换热面积的情况下能提供更大的流速，从而提供较高的换热效率；

4、本发明双面都设置有盖板，双面开盖的设计，没有重叠安装的电路板，更加方便测试与检修；

5、本发明功率单元与控制电路集成在一块主板上，避免了更多的线缆连接，简化了组装工艺；

6、本发明薄膜电容的灌胶安装固定以及电感器的固定卡扣设计充分考虑到大质量器件对振动和冲击的防护。

附图说明

图1是本发明车载直流转换器顶部爆炸图；

图2是本发明车载直流转换器底部爆炸图；

图3是本发明叠层母线示意图；

图4是本发明主板示意图；

图5是本发明壳体液冷流道示意图；

图6是本发明壳体底部视图；

图7是本发明叠层母线的电连接示意图；

图8是本发明冷却流道盖板示意图；

图9是本发明电感与主板连接示意图。

图中：1—壳体、101—平面流道、102—电感过线孔、103—螺丝柱、104—U形流道散热齿、105—电容放置槽、106—电感灌封槽、107—槽板、108—立体流道、109—连接器安装孔、110—仿形导热凸台、111—平面导热凸台、112—防呆凸点、113—开孔一、114—开孔二、115—U形流道散热齿、2—冷却流道盖板、201—流道盖板导热凸台、202—波浪散热齿、203—流道盖板过线孔、204—流道盖板螺丝柱、3—盖板、4—叠层母线、401—母线输入正极螺柱、402—母线负极螺柱、403—母线输出正极耳、404—母线输出负极耳、405—母线输入负极耳、406—母线输入正极耳、407—母线输入正极耳、5—主板、501—IGBT模块一、502—IGBT模块二、503—主板裸铜触点一、504—主板裸铜触点二、505—主板裸铜触点三、506—主板裸铜触点四、507—主板裸铜触点五、508—信号连接器、6—主输出滤波器、601—母线输出转接铜排、602—主输出滤波器转接铜排、603—主输出滤波电感、604—薄膜电容、605—连接板、7—母线电容板一、8—母线电容板二、801—电容板裸铜触点、9—辅助输出滤波器、901—焊接铜螺柱、902—辅助输出滤波电感、10—电感器、1001—电感、1002—电感固定卡扣、1003—浮动端子座外壳、1004—端子座卡扣、1005—压接式螺钉端子、1006—电感磁芯、1007—紧固螺钉、11—输入继电器、12—辅助输出继电器、13—软启动继电器、14—输入连接器、15—主输出连接器、16—副输出连接器、17—输入正极连接铜排、18—冷却管接头。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。除非另作定义,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”包括两个,相当于至少两个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而且可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-9所示，一种车载直流转换器封装结构，包括壳体1、冷却流道盖板2、两块盖板3、叠层母线4、主板5、主输出滤波器6、母线电容板一7、母线电容板二8、辅助输出滤波器9、电感器10，输入继电器11、辅助输出继电器12、软启动继电器13、输入连接器14、主输出连接器15、副输出连接器16和冷却管接头18，所述输入连接器14一侧连接有输入正极连接铜排17。

所述壳体1其中一面两侧设置有平面流道101，本实施例中，平面流道101数量为2条分别位于壳体1两侧，所述平面流道101内侧设置有若干电感过线孔102和螺丝柱103，所述壳体1中间设置有若干U形流道散热齿104，本实施例中，U形流道散热齿104的数量为6条，所述每2条U形流道散热齿104之间形成一个通道，所述U形流道散热齿104组成“跑道”状结构，所述壳体1内部还设置有立体流道108，本实施例中，立体流道108为2条，所述立体流道108从表面伸入壳体1的内部，立体流道108截面为圆弧型，所述立体流道108端与平面流道101接通，另一端与U形流道散热齿104接通，具体来说，平面流道101、U形流道散热齿104和立体流道108形成一个完整的冷却流道，如图5所示，冷却液先通过冷却管接头18进入到壳体1的平面流道101中，然后从平面流道101到立体流道108，从立体流道108到U形流道散热齿104形成的通道中，从U形流道散热齿104形成的通道中又进入到立体流道108中，从立体流道108到平面流道101，最后从平面流道101进入到冷却管接头18，如此完成一个循环，使得整个冷却流道在使用少量弯曲管段的情况下可以铺满整个壳体散热平面，使得冷却液与壳体的换热面积大大增加，本实施例中，电感过线孔102数量为8个，所述电感过线孔102贯穿整个壳体1，所述电感过线孔102一侧设置有螺丝柱103，具体来说，冷却流道盖板2、盖板3、叠层母线4和主板5都固定在此面，由上而下分别为盖板3、主板5、叠层母线4和冷却流道盖板2。

壳体1另一面设置有若干电容放置槽105，本实施例中，电容放置槽105数量为15个，以5个为一组，分别分布在壳体1的中间及两侧位置，所述壳体1在电容放置槽105之间还设置有若干电感灌封槽106，本实施例中，电感灌封槽106数量为16个，以4个为一组，分别分布电感灌封槽106之间，所述电容放置槽105和电感灌封槽106都通过槽板107进行分隔，具体来说，槽板107把壳体1的此面分隔成丛横交错的灌封槽，既形成了电容放置槽105和电感灌封槽106又给壳体1提供了加强筋作用，增加了壳体1的结构刚性，并且在壳体1铸造过程中为金属模流提供流动通道，便于壳体1成型，另外灌封槽增加换热面积，更加利于电感散热。主输出滤波器6、母线电容板一7、母线电容板二8、辅助输出滤波器9和电感器10都固定在此面。

壳体1侧壁设置有若干连接器安装孔109，本实施例中，连接器安装孔109数量为5个，有矩形和圆形的安装孔，用于安装不同形状的连接器，所述壳体1在靠近连接器安装孔109的一侧还设置有仿形导热凸台110、平面导热凸台111和防呆凸点112，所述仿形导热凸台110、平面导热凸台111和防呆凸点112都位于有电容放置槽105的一面，所述壳体1还设置有开孔一113和开孔二114。

冷却流道盖板2上设置有若干流道盖板导热凸台201、若干波浪散热齿202、若干流道盖板过线孔203和若干流道盖板螺丝柱204，所述波浪散热齿202位于冷却流道盖板2两侧，所述流道盖板过线孔203位于波浪散热齿202内侧，具体来说，冷却流道盖板2可通过螺钉固定在壳体1上，波浪散热齿202使冷却液形成湍流破坏其流体边界层提高散热齿片的换热效率。

叠层母线4设置有若干母线输入正极螺柱401、母线负极螺柱402、母线输出正极耳403、母线输出负极耳404、母线输入负极耳405、母线输入正极耳406和母线输出正极螺柱407，所述叠层母线4通过流道盖板螺丝柱204进行定位并用螺钉和冷却流道盖板2固定在一起，所述冷却流道盖板2和叠层母线4中间填充导热界面材料，通过导热界面材料来达到冷却流道盖板2和叠层母线4之间的散热目的。

主板5上设置有若干IGBT模块一501、IGBT模块二502、主板裸铜触点一503、主板裸铜触点二504、主板裸铜触点三505、主板裸铜触点四506、主板裸铜触点五507和信号连接器508，所述信号连接器508位于主板5的侧边，本实施例中IGBT模块一501数量为7个，横向放置在主板5上并通过螺栓进行固定，IGBT模块二502数量为1个，纵向放置在主板5上并通过螺栓进行固定，具体来说，IGBT模块一501和IGBT模块二502位于主板5两侧，主板裸铜触点一503、主板裸铜触点二504、主板裸铜触点三505、主板裸铜触点四506和主板裸铜触点五507位于IGBT模块一501和IGBT模块二502之间，主板5由壳体1上的螺丝柱104定位并固定安装在冷却流道盖板2和叠层母线4上方，并且主板5上的IGBT模块一501和IGBT模块二502这些功率模块安装在冷却流道盖板2上的流道盖板凸台202上，且中间填充导热界面材料，进一步说，母线输入正极螺柱401、母线负极螺柱402、母线输出正极螺柱407分别对应主板5上的主板裸铜触点一503、主板裸铜触点三505、主板裸铜触点四506接触，并使用螺钉紧固实现电气连接，信号连接器508随主板5安装的同时由壳体1内侧往外插入连接器安装孔111并通过螺钉固定。

叠层母线4布置在液冷流道盖板2与主板5之间，充分利用了功率模块的高度空间，提高整机内部空间利用率，并且叠层母线4贴紧冷却流道盖板2安装，这给叠层母线4提供了绝佳的散热路径，从而解决母线4焦耳热问题并且增加了叠层母线4的载流能力以及整机可靠性。

主输出滤波器6包括母线输出转接铜排601、主输出滤波器转接铜排602、主输出滤波电感603、若干薄膜电容604和连接板605，所述薄膜电容604固定在连接板605上，母线电容板一7和母线电容板二8都由若干薄膜电容604和连接板605组成，所述母线电容板二8上还设置有电容板裸铜触点801，所述辅助输出滤波器9一面设置有焊接铜螺柱901，另一面设置有辅助输出滤波电感902，本实施例中，主输出滤波器6、母线电容板一7和母线电容板二8上的薄膜电容604数量都为5个，具体来说，薄膜电容604总数为15个与电容放置槽105的数量一致，每一个薄膜电容604放置在对应位置的电容放置槽105中，且灌封适量灌封胶将薄膜电容604固定，主输出滤波电603与对应位置的仿形导热凸台110之间填充绝缘导热界面材料实现热接触，辅助输出滤波器9通过螺钉与螺丝柱103安装固定，由焊接铜螺柱901与电容板裸铜触点801接触通过螺钉安装实现辅助输出滤波器9与母线电容板二8的电气连接，另外辅助输出滤波电感902与壳体1对应位置的平面导热凸台111之间填充绝缘导热界面材料实现热接触。

电感器10包括若干电感1001、电感固定卡扣1002、浮动端子座外壳1003、端子座卡扣1004、压接式螺钉端子1005、电感磁芯1006和紧固螺钉1007，所述电感1001与电感1001电连接在一起，本实施例中，电感1001的数量为16个，每4个为一组，总有4组，每两组电连接在一起并有一个电感固定卡扣1002，具体来说，电感1001放置在电感灌封槽106中并由电感固定卡扣1002固定在槽板107上，防止整机倒置振动使电感1001脱落，并在电感灌封槽106中灌封导热灌封胶，电感1001的引出线压接了浮动端子座1003并穿过电感过线孔102以及流道盖板过线孔203与壳体1另一侧主板5上的主板裸铜触点二504接触并通过螺钉1007紧固实现电气联接，浮动端子座1003上的防呆键槽与壳体1过线孔上的防呆凸点112对应以保证接线顺序不会错位，另外浮动端子座外壳1003上设计有止退卡扣1004，端子座推入壳体1过线孔到位后即可固定住在壳体1上，进一步说，电感器10与主板5分别安装在壳体1上下两侧，中间由金属壳体1以及液冷流道隔离，液冷流道由平面流道101和立体流道108组成，电感引出线穿过壳体1狭长的过线孔与主板5连接，这给两者提供了热隔离，也一定程度上隔离了电感1001对主板5的电磁辐射干扰。

输入连接器14正极通过输入正极连接铜排17与输入继电器11一端连接，输入继电器11另一端与母线输入正极耳406连接，输入连接器14负极与母线输入负极耳405连接，母线输出正极耳403和母线输出负极耳404通过母线输出转接铜排601与主输出滤波器6连接，主输出连接器15通过主输出滤波器6转接铜排602连接，输入继电器11穿过壳体1上的开孔一113通过螺钉与壳体1安装在一起，辅助输出继电器12穿过开孔二114安装到壳体1上，两个接线柱与主板5上的主板裸铜触点五507接触并由螺钉紧固实现电气连接。

本发明中所有高发热器件均布置在冷却流道路径上，充分利用了冷却系统进行散热，大大提高了整机散热性能以及元器件寿命，有专门针对母线焦耳热的散热设计。高价值易损件的易维护设计,打开上下两个盖板，所有继电器在松开电气联接后无需拆除其它部件即可无障碍更换。所有PCB板布局在整机上下两侧，不存在PCB重叠情况，且PCB上的测试点不存在被遮挡情况，给设备提供了良好的可测试性。整机的上下两个盖板2是同一个零件，减少物料种类，节省模具开发成。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种车载直流转换器封装结构，包括壳体（1）、冷却流道盖板（2）、两块盖板（3）、叠层母线（4）、主板（5）、主输出滤波器（6）、母线电容板一（7）、母线电容板二（8）、辅助输出滤波器（9）和电感器（10），其特征在于，所述壳体（1）其中一面两侧设置有平面流道（101），所述平面流道（101）内侧设置有若干电感过线孔（102）和螺丝柱（103），所述壳体（1）中间设置有若干U形流道散热齿（104），所述壳体（1）内部还设置有立体流道（108），所述立体流道（108）从表面伸入壳体（1）的内部，所述立体流道（108）一端与平面流道（101）接通，另一端与U形流道散热齿（104）接通，所述壳体（1）另一面中间及两侧都设置有若干电容放置槽（105），所述壳体（1）在电容放置槽（105）之间还设置有若干电感灌封槽（106），所述电容放置槽（105）和电感灌封槽（106）都通过槽板（107）进行分隔，所述壳体（1）另一面还设置有若干螺丝柱（103）。

2.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述壳体（1）侧壁设置有若干连接器安装孔（109），所述壳体（1）在靠近连接器安装孔（109）的一侧还设置有仿形导热凸台（110）、平面导热凸台（111）和防呆凸点（112），所述仿形导热凸台（110）、平面导热凸台（111）和防呆凸点（112）都位于有电容放置槽（105）的一面，所述壳体（1）还设置有开孔一（113）和开孔二（114）。

3.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述冷却流道盖板（2）上设置有若干流道盖板导热凸台（201）、若干波浪散热齿（202）、若干流道盖板过线孔（203）和若干流道盖板螺丝柱（204），所述波浪散热齿（202）位于冷却流道盖板（2）两侧，所述流道盖板过线孔（203）位于波浪散热齿（202）内侧。

4.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述叠层母线（4）设置有若干母线输入正极螺柱（401）、母线负极螺柱（402）、母线输出正极耳（403）、母线输出负极耳（404）、母线输入负极耳（405）、母线输入正极耳（406）和母线输出正极螺柱（407），所述叠层母线（4）通过流道盖板螺丝柱（204）进行定位并用螺钉和冷却流道盖板（2）固定在一起，所述冷却流道盖板（2）和叠层母线（4）中间填充导热界面材料。

5.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述主板（5）上设置有若干IGBT模块一（501）、IGBT模块二（502）、主板裸铜触点一（503）、主板裸铜触点二（504）、主板裸铜触点三（505）、主板裸铜触点四（506）、主板裸铜触点五（507）和信号连接器（508），所述信号连接器（508）位于主板（5）的侧边。

6.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述主输出滤波器（6）包括母线输出转接铜排（601）、主输出滤波器转接铜排（602）、主输出滤波电感（603）、若干薄膜电容（604）和连接板（605），所述薄膜电容（604）固定在连接板（605）上。

7.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述母线电容板一（7）和母线电容板二（8）都由若干薄膜电容（604）和连接板（605）组成，所述母线电容板二（8）上还设置有电容板裸铜触点（801）。

8.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述辅助输出滤波器（9）一面设置有焊接铜螺柱（901），另一面设置有辅助输出滤波电感（902）。

9.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述电感器（10）包括若干电感（1001）、电感固定卡扣（1002）、浮动端子座外壳（1003）、端子座卡扣（1004）、压接式螺钉端子（1005）、电感磁芯（1006）和紧固螺钉（1007），所述电感（1001）与电感（1001）电连接在一起。

10.根据权利要求1所述的一种车载直流转换器封装结构，其特征在于，所述一种车载直流转换器封装结构还包括输入继电器（11）、辅助输出继电器（12）、软启动继电器（13）、输入连接器（14）、主输出连接器（15）、副输出连接器（16）和冷却管接头（18），所述输入连接器（14）一侧连接有输入正极连接铜排（17）。

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