CN115361008A - 光控驱动电路、固态继电器、半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控驱动电路、固态继电器、半导体装置，驱动电路包括第一电路和第二电路；第一电路包括发光元件；第二电路包括第一连接端、第二连接端、受光元件和开关元件；受光元件的一端与开关元件的控制端连接，受光元件的另一端与第二连接端连接；开关元件的第一开关端与第一连接端连接，开关元件的第二开关端与第二连接端连接。通过上述方案设计的光控驱动电路能够通过光控方式实现开关元件的导通或关闭，有效克服现有固态继电器驱动控制易受干扰的问题。

Description

光控驱动电路、固态继电器、半导体装置

技术领域

本申请涉及芯片电路领域，具体涉及一种光控驱动电路、固态继电器、半导体装置。

背景技术

固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“SSR”),是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件,它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性,可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的,因此又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器件,其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端.它既有放大驱动作用,又有隔离作用,很适合驱动大功率开关式执行机构,较之电磁继电器可靠性更高,且无触点、寿命长、速度快,对外界的干扰也小,已被得到广泛应用。

现有的固态继电器中的驱动电路原理是通过对线圈通电，产生磁性实现开关的导通或关闭，这种方式存在着隔离度低、容易受干扰的缺点。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种光控驱动电路、固态继电器、半导体装置，用以解决现有的固态继电器中的驱动电路控制易受干扰的问题。

为实现上述目的，在第一方面，本申请提供了一种光控驱动电路，包括第一电路和第二电路；

第一电路包括发光元件，所述发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制；

第二电路包括第一连接端(或第三连接端)、第二连接端、受光元件和开关元件；

受光元件用于接收所述发光元件发出的光并进行光电转换；

所述受光元件的一端与所述开关元件的控制端连接，所述受光元件的另一端与所述第二连接端连接；所述开关元件的第一开关端与所述第一连接端或第三连接端连接，所述开关元件的第二开关端与所述第二连接端连接。

在一些实施例中，所述受光元件为PVG光电池。

在一些实施例中，所述发光元件为发光二极管。

在第二方面，本申请还提供了一种光控驱动电路，包括第一电路和第二电路；

第一电路包括发光元件，所述发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制；

第二电路包括：第一连接端、第二连接端、第三连接端、受光元件组、第一开关元件和第二开关元件；

受光元件组包括第一受光元件和第二受光元件，所述第一受光元件和第二受光元件相串联，所述第一受光元件和第二受光元件分别用于接收所述发光元件发出的光并进行光电转换；所述第二连接端还连接于所述第一受光元件和所述第二受光元件之间；

第一开关元件，包括第一控制端、第一开关端和第二开关端，所述第一控制端与所述第一受光元件连接，所述第一开关端与所述第二连接端连接，所述第二开关端与所述第一连接端连接；

第二开关元件，包括第二控制端、第三开关端和第四开关端，所述第二控制端与所述第二受光元件连接，所述第三开关端与所述第二连接端连接，所述第四开关端与所述第三连接端连接。

在一些实施例中，所述第一开关元件包括第一GaN开关，所述第一GaN开关为E-MODE类型GaN开关，所述第一控制端为所述第一GaN开关的栅极，所述第一开关端为所述第一GaN开关的源极，所述第二开关端为所述第一GaN开关的漏极。

在一些实施例中，所述第一开关元件包括MOS管开关组和第一GaN开关；

MOS管开关组包括MOS管和寄生二极管，所述寄生二极管并联于所述MOS管的源极和MOS管的漏极之间，导通方向由所述MOS管的源极指向所述MOS管的漏极；所述MOS管的源极与所述第二连接端连接，所述MOS管的栅极与所述第一受光元件连接；

所述第一GaN开关为D-MODE类型GaN开关，所述第一GaN开关的源极与所述第一连接端连接，第一GaN开关的栅极与所述第二连接端连接，所述第一GaN开关的漏极与所述MOS管的漏极连接。

在一些实施例中，所述第二开关元件包括第二GaN开关，所述第二GaN开关为D-MODE类型GaN开关，所述第二控制端为所述第二GaN开关的栅极，所述第三开关端为所述第二GaN开关的源极，所述第四开关端为所述第二GaN开关的漏极。

在一些实施例中，所述第二电路的数量为多个，多个所述第二电路中独立设置且受同一组控制信号控制，多个所述第二电路中的第一连接端与所述第二连接端之间同时导通或断开；

所述第一电路的数量为1个，多个所述第二电路中的受光元件组分别用于接收同一个第一电路中的发光元件发出的光线并进行光电转换。

在第三方面，本申请还提供了一种固态继电器，包括壳体和光控驱动电路；

光控驱动电路设置于所述壳体内，为如本申请第一方面和第二方面所述的光控驱动电路。

在第四方面，本申请还提供了一种半导体装置，包括固态继电器和处理器；

固态继电器为如第三方面所述的固态继电器；

处理器与所述固态继电器电连接，用于发送第一信号至所述固态继电器。

区别于现有技术，上述技术方案涉及的光控驱动电路、固态继电器、半导体装置，驱动电路包括第一电路和第二电路；第一电路包括发光元件；第二电路包括第一连接端、第二连接端、受光元件和开关元件；受光元件的一端与开关元件的控制端连接，受光元件的另一端与第二连接端连接；开关元件的第一开关端与第一连接端连接，开关元件的第二开关端与第二连接端连接。通过上述方案设计的光控驱动电路能够通过光控方式实现开关元件的导通或关闭，有效克服现有固态继电器驱动控制易受干扰的问题。

上述发明内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式及附图进行说明。

附图说明

附图仅用于示出本申请具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。

在说明书附图中：

图1为本发明第一种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图2为本发明第二种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图3为本发明第三种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图4为本发明第四种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图5为本发明第五种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图6为本发明第六种涉及的光控驱动电路的结构示意图；

图7为本发明另一实施例涉及的固态继电器的结构示意图；

图8为本发明另一实施例涉及的半导体装置的结构示意图；

上述各附图中涉及的附图标记说明如下：

1、第一电路；

2、第二电路；201、第二电路A；202、第二电路B；

21、第一连接端；

22、第二连接端；

23、第三连接端；

24、开关元件；

241、第一GaN开关；

242、第二GaN开关；

25、受光元件；

251、第一受光元件；

252、第二受光元件；

26、MOS管开关组；

261、MOS管；

262、寄生二极管；

27、发光元件；

3、固态继电器；

31、壳体；

32、光控驱动电路；

4、半导体装置；

41、处理器。

具体实施方式

为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图1和图2所示，在第一方面，本申请提供了一种光控驱动电路，包括第一电路1和第二电路2；

第一电路1包括发光元件27，发光元件27的开启或关闭被供应给第一电路1的第一信号控制；第二电路2包括第一连接端21(或第三连接端23)、第二连接端22、受光元件25和开关元件24；受光元件25用于接收发光元件发出的光并进行光电转换；受光元件25的一端与开关元件24的控制端连接，受光元件25的另一端与第二连接端22连接；开关元件24的第一开关端与第一连接端21或第三连接端23连接，开关元件24的第二开关端与第二连接端22连接。

在本实施例中，开关元件24可以采用D-MODE类型GaN开关，也可以采用E-MODE类型GaN开关。

如图1所示，当开关元件24采用D-MODE类型GaN开关，所述开关元件24的控制端为D-MODE类型GaN开关的栅极，所述开关元件24的第一开关端为所述开关元件24的源极，所述开关元件24的源极与第三连接端23连接，所述开关元件24的第二开关端为所述开关元件24的漏极。

如图2所示，当开关元件24采用E-MODE类型GaN开关，所述开关元件24的控制端为E-MODE类型GaN开关的栅极，所述开关元件24的第一开关端为所述开关元件24的漏极，所述开关元件24的漏极与第一连接端21连接，所述开关元件24的第二开关端为所述开关元件24的源极。

在本实施例中，第一信号可以为低压直流脉冲信号，低压直流脉冲信号经过发光元件27后开启发光元件27，发光元件27发出的光经过受光元件25进行光电转换，转换后的电压信号使得开关元件24导通，即图1中的第三连接端23和第二连接端22之间连通或者图2中的第一连接端21与第二连接端22之间连通，允许双向电流流过。当受光元件25未接收到光信号时，开关元件24断开，图1中的第三连接端23和第二连接端22之间断开或者图2中的第一连接端21和第二连接端22之间断开。这样，通过设置发光元件27和受光元件25就可以通过光控实现开关元件的导通或关断，提升了抗干扰能力。

在本实施例中，受光元件25为PVG光电池。光电池(photovoltaic cell)，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。它是能在光的照射下产生电动势的元件。受光元件25采用PVG光电池，PVG光电池在外部光线(如太阳光)照射下能够直接产生电动势，进而驱动开关元件工作。这样，无需设置额外的负载供电电源就可以驱动GaN功率管，有效简化了硬件结构，降低了硬件成本。

在一些实施例中，发光元件为发光二极管(LED)。在另一些实施例中，发光元件还可以是OLED(OrGaNic Light Emitting Diode：有机发光二极管)等的电致发光元件。

在第二方面，如图3和图4所示，本申请还提供了一种光控驱动电路，包括第一电路1和第二电路2；

第一电路1包括发光元件27，发光元件27的开启或关闭被供应给第一电路1的第一信号控制；

第二电路2包括第一连接端21、第二连接端22、第三连接端23、受光元件组、第一开关元件和第二开关元件；

第一开关元件包括第一控制端、第一开关端和第二开关端，所述第一控制端与所述第一受光元件连接，所述第一开关端与所述第二连接端连接，所述第二开关端与所述第一连接端连接；

第二开关元件包括第二控制端、第三开关端和第四开关端，所述第二控制端与所述第二受光元件连接，所述第三开关端与所述第二连接端连接，所述第四开关端与所述第三连接端连接。

如图3所示，所述第一开关元件包括MOS管开关组26和第一GaN开关241；

MOS管开关组26包括MOS管261和寄生二极管262，寄生二极管262并联于MOS管261的源极和MOS管的漏极之间，导通方向由MOS管261的源极指向MOS管261的漏极；MOS管261的源极还与第二连接端22连接，MOS管261的栅极还与第一受光元件251连接；

所述第一GaN开关241为D-MODE类型GaN开关，所述第一GaN开关241的源极与所述第一连接端连接，第一GaN开关241的栅极与所述第二连接端连接，所述第一GaN开关241的漏极与所述MOS管的漏极连接。

如图4所示，在另一些实施例中，所述第一开关元件包括第一GaN开关241，所述第一GaN开关为E-MODE类型GaN开关，所述第一控制端为所述第一GaN开关241的栅极，所述第一开关端为所述第一GaN开关241的源极，所述第二开关端为所述第一GaN开关241的漏极。

如图3和图4所示，在某些实施例中，所述第二开关元件包括第二GaN开关242，所述第二GaN开关242为D-MODE类型GaN开关，所述第二控制端为所述第二GaN开关242的栅极，所述第三开关端为所述第二GaN开关242的源极，所述第四开关端为所述第二GaN开关242的漏极。

通过图3和图4所示的光控驱动电路，能够实现单路双刀电子开关的功能。第一信号可以为将低压直流脉冲信号，低压直流脉冲信号经过发光元件27后开启发光元件27，发光元件27发出的光经过第一受光元件251和第二受光元件252进行光电转换，进而实现第一GaN开关241以及第二GaN开关242的异步工作。

具体的，当发光元件27未给第一受光元件251和第二受光元件252供给光信号时，第二GaN开关242导通，第一GaN开关241关断，此时电流可以在第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。

当发光元件27向第一受光元件251和第二受光元件252供给光信号时，第二GaN开关242断开，第一GaN开关241导通，此时电流可以在第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。

如图5和图6所示，在某些实施例中，第二电路的数量为多个，多个第二电路中独立设置且受同一组控制信号控制，多个第二电路中的第一连接端与第二连接端之间同时导通或断开。优选的，第一电路的数量为1个，多个第二电路中的受光元件组分别用于接收同一个第一电路中的发光元件发出的光线并进行光电转换。

通过图5和图6所示的光控驱动电路，能够实现2路双刀双掷电子开关的功能。第一信号可以为将低压直流脉冲信号，低压直流脉冲信号经过发光元件27后开启发光元件27，发光元件27发出的光分别经过两个第二电路中的第一受光元件251和第二受光元件252进行光电转换，进而实现两个电路中的第一GaN开关241以及第二GaN开关242的异步工作。

为了便于说明将图5或图6中的两个第二电路标记为第二电路A(201)和第二电路B(202)，当发光元件27未给第二电路A(201)的第一受光元件251和第二受光元件252、以及第二电路B(202)中的第一受光元件251和第二受光元件252供给光信号时，第二电路A(201)中的第二GaN开关242导通，第一GaN开关241关断，此时电流可以在第二电路A(201)中的第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，第二电路A(201)中的第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。同理，第二电路B(202)中的第二GaN开关242导通，第一GaN开关241关断，此时电流可以在第二电路B(202)中的第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，第二电路B(202)中的第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。

当发光元件27向第二电路A(201)以及第二电路B(202)中的第一受光元件251和第二受光元件252供给光信号时，第二电路A(201)中的第二GaN开关242断开，第一GaN开关241导通，此时电流可以在第二电路A(201)中的第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，在第二电路A(201)中的第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。同理，第二电路B(202)中的第二GaN开关242断开，第一GaN开关241导通，此时电流可以在第二电路B(202)中的第一连接端21(常开节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间双向流通，在第二电路B(202)中的第三连接端23(常闭节点)与第二连接端22(即公共连接端)之间处于关断状态。

在本实施例中，第一受光元件251和第二受光元件252为PVG光电池。光电池(photovoltaic cell)，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。它是是能在光的照射下产生电动势的元件。第一受光元件251和第二受光元件252采用PVG光电池，PVG光电池在外部光线(如太阳光)照射下能够直接产生电动势，进而驱动GaN开关工作。这样，无需设置额外的负载供电电源就可以驱动GaN功率管，有效简化了硬件结构，降低了硬件成本。

在第三方面，如图7所示，本申请还提供了一种固态继电器3，包括壳体31和光控驱动电路32；光控驱动电路32设置于壳体31内，为如本申请第一方面和第二方面的光控驱动电路32。

固态继电器也可以称为无线继电器。例如，固态继电器有使用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)的PhotoMOS继电器等。

在第四方面，如图8所示，本申请还提供了一种半导体装置4，包括固态继电器3和处理器41；固态继电器3为如第三方面的固态继电器；处理器41与固态继电器3电连接，用于发送第一信号至固态继电器3。处理器41包括但不限于CPU(中央处理器)、GPU(图像处理器)、MCU(微处理器)等。半导体装置4可以是一台电子设备，如上位机。

本发明公开了一种光控驱动电路、固态继电器、半导体装置，驱动电路包括第一电路和第二电路；第一电路包括发光元件；第二电路包括第一连接端、第二连接端、受光元件和开关元件；受光元件的一端与开关元件的控制端连接，受光元件的另一端与第二连接端连接；开关元件的第一开关端与第一连接端连接，开关元件的第二开关端与第二连接端连接。通过上述方案设计的光控驱动电路能够通过光控方式实现开关元件的导通或关闭，有效克服现有固态继电器驱动控制易受干扰的问题。

最后需要说明的是，尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光控驱动电路，其特征在于，包括：

第一电路，包括发光元件，所述发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制；

第二电路，包括：

第一连接端或第三连接端；

第二连接端；

受光元件，用于接收所述发光元件发出的光并进行光电转换；

开关元件，所述受光元件的一端与所述开关元件的控制端连接，所述受光元件的另一端与所述第二连接端连接；所述开关元件的第一开关端与所述第一连接端或第三连接端连接，所述开关元件的第二开关端与所述第二连接端连接。

2.如权利要求1所述的光控驱动电路，其特征在于，所述受光元件为PVG光电池。

3.如权利要求1所述的光控驱动电路，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。

4.一种光控驱动电路，其特征在于，包括：

第一电路，包括发光元件，所述发光元件的开启或关闭被供应给所述第一电路的第一信号控制；

第二电路，包括：

第一连接端、第二连接端和第三连接端；

受光元件组，包括第一受光元件和第二受光元件，所述第一受光元件和第二受光元件相串联，所述第一受光元件和第二受光元件分别用于接收所述发光元件发出的光并进行光电转换；所述第二连接端还连接于所述第一受光元件和所述第二受光元件之间；

第一开关元件，包括第一控制端、第一开关端和第二开关端，所述第一控制端与所述第一受光元件连接，所述第一开关端与所述第二连接端连接，所述第二开关端与所述第一连接端连接；

第二开关元件，包括第二控制端、第三开关端和第四开关端，所述第二控制端与所述第二受光元件连接，所述第三开关端与所述第二连接端连接，所述第四开关端与所述第三连接端连接。

5.如权利要求4所述的一种光控驱动电路，其特征在于，所述第一开关元件包括第一GaN开关，所述第一GaN开关为E-MODE类型GaN开关，所述第一控制端为所述第一GaN开关的栅极，所述第一开关端为所述第一GaN开关的源极，所述第二开关端为所述第一GaN开关的漏极。

6.如权利要求4所述的一种光控驱动电路，其特征在于，所述第一开关元件包括：

MOS管开关组，包括MOS管和寄生二极管，所述寄生二极管并联于所述MOS管的源极和MOS管的漏极之间，导通方向由所述MOS管的源极指向所述MOS管的漏极；所述MOS管的源极与所述第二连接端连接，所述MOS管的栅极与所述第一受光元件连接；

第一GaN开关，所述第一GaN开关为D-MODE类型GaN开关，所述第一GaN开关的源极与所述第一连接端连接，第一GaN开关的栅极与所述第二连接端连接，所述第一GaN开关的漏极与所述MOS管的漏极连接。

7.如权利要求4所述的一种光控驱动电路，其特征在于，所述第二开关元件包括第二GaN开关，所述第二GaN开关为D-MODE类型GaN开关，所述第二控制端为所述第二GaN开关的栅极，所述第三开关端为所述第二GaN开关的源极，所述第四开关端为所述第二GaN开关的漏极。

8.如权利要求4所述的光控驱动电路，其特征在于，所述第二电路的数量为多个，多个所述第二电路中独立设置且受同一组控制信号控制，多个所述第二电路中的第一连接端与所述第二连接端之间同时导通或断开；

所述第一电路的数量为1个，多个所述第二电路中的受光元件组分别用于接收同一个第一电路中的发光元件发出的光线并进行光电转换。

9.一种固态继电器，其特征在于，包括；

壳体；

光控驱动电路，设置于所述壳体内，为如权利要求1至8任一项所述的光控驱动电路。

10.一种半导体装置，其特征在于，包括：

固态继电器，为如权利要求9所述的固态继电器；

处理器，与所述固态继电器电连接，用于发送第一信号至所述固态继电器。

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