CN115800703A - 供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法，所述装置包含控制模块、电压信号反馈模块、电容模块和多个电感模块；所述电压信号反馈模块分别与所述电容模块和所述控制模块相连，用于采集所述电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率并提供至所述控制模块；所述控制模块分别与多个电感模块相连，用于根据接收到的电压纹波幅值和频率生成多个驱动信号，将所述驱动信号分别提供至所述电感模块；多个所述电感模块均与所述电容模块连接构成LC滤波电路，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值，以消除供电电压纹波。

Description

供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法

技术领域

本申请涉及逻辑电路领域，尤其指一种供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法。

背景技术

目前，消除压电陶瓷的供电电源纹的方法主要分两种，一种是加大输出电感和输出电容来进行滤波，这种也是最简单方便的一种滤波手段，因为加大输出电容值可以延缓导通时间，增大供电电源的调节时间达到减小纹波的目的；通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且 ESR 也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足；同时，开关电源工作时，输入端的电压 Vin 不变，但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端并联电容来提供电流。 第二种是在输出二极管上并电容 C 或 RC。 但这两种方法都有明显的缺陷，前者在负载突变的情况下，滤波电感容易饱和，呈阻性，消耗功率并且使输出电压降低。后者，在二极管上并上一个电容或者 RC 线路，就有可能会构成振荡线路，如果参数没有调整好的话，那么就有可能导致电源发生振荡现象。具体的，第一种方式虽然增加供电电源输出端的电容和电感值，增大供电电源的调节时间达到减少纹波的目的。但是，增加供电电源输出端的电容和电感值，负载突变的情况下，滤波电感容易饱和，呈阻性，消耗功率并且使输出电压降低。第二种方式在电源输出整流二极管上并联并电容 C 或 RC，二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω，电容取4.7pF-2.2nF。但是，二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

发明内容

本申请目的在于提供一种供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法，通过调节合适电感和电容构成滤波电路，实现消除压电陶瓷的供电电源纹波。

为达上述目的，本申请所提供的供电电压纹波消除装置，所述装置包含控制模块、电压信号反馈模块、电容模块和多个电感模块；所述电压信号反馈模块分别与所述电容模块和所述控制模块相连，用于采集所述电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率并提供至所述控制模块；所述控制模块分别与多个电感模块相连，用于根据接收到的电压纹波幅值和频率生成多个驱动信号，将所述驱动信号分别提供至所述电感模块；多个所述电感模块均与所述电容模块连接构成LC滤波电路，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值，以消除供电电压纹波。

在上述供电电压纹波消除装置中，可选的，所述电感模块包含电感调节单元和电感单元；所述电感调节单元分别与所述控制模块和所述电感单元相连，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值；所述电感单元与所述电容模块连接构成LC滤波电路。

在上述供电电压纹波消除装置中，可选的，所述电感调节单元包含驱动电路和模拟开关电路；所述驱动电路与所述控制模块相连，所述模拟开关电路分别连接所述驱动电路和所述电感单元；所述驱动电路用于对接收到的所述驱动信号进行功率放大，以及通过控制所述模拟开关电路进行开关模拟以改变所述电感单元的电感值。

在上述供电电压纹波消除装置中，可选的，所述装置还包含存储模块，所述存储模块与所述控制模块相连，用于存储压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据的电感值。

在上述供电电压纹波消除装置中，可选的，所述控制模块包含控制电路、计算单元和比较单元；所述比较单元分别与所述存储模块和所述电压信号反馈模块相连，用于根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率，并与存储的纹波幅值和频率数据匹配获得匹配结果；所述计算单元与所述比较单元相连，用于根据所述匹配结果计算获得控制参数；所述控制电路与所述计算单元相连，用于根据所述控制参数生成对应的驱动信号。

本申请还提供一种适用于所述的供电电压纹波消除装置的供电电压纹波消除方法，所述方法包含：通过电压信号反馈模块实时采集电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取对应的电压纹波幅值和频率；根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数，通过所述电感调整参数生成多个驱动信号；根据所述驱动信号分别控制调整相连的电感单元的电感值，以消除供电电压纹波。

在上述供电电压纹波消除方法中，可选的，所述方法还包含：获取压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据，根据不同电压幅值的纹波幅值和频率数据生成基准数据并存储。

在上述供电电压纹波消除方法中，可选的，根据所述驱动信号分别控制调整电感模块的电感值包含：根据所述驱动信号控制模拟开关电路进行开关模拟以调整所述电感模块的电感值。

在上述供电电压纹波消除方法中，可选的，根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数包含：根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据的匹配结果计算消除供电电压纹波所需的电感值；根据计算获得的电感值获得模拟开关电路的开关比例，根据所述开关比例生成电感调整参数。

本申请还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本申请的有益技术效果在于：本申请所提供的供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法在电压输出端电容器处设置了电压信号反馈电路，控制单元控制输出设定滤除不同电压幅值纹波所需电感量目标值，多通道驱动电路、模拟开关电路、电感并联，仅需要控制电路的驱动信号进行部分开通或关断，即可实现LC滤波电路中L值的改变，进而消除压电陶瓷的供电电源纹波。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：

图1为本申请一实施例所提供的供电电压纹波消除装置的结构示意图；

图2为本申请一实施例所提供的电感模块的结构示意图；

图3为本申请一实施例所提供的供电电压纹波消除装置的逻辑示意图；

图4为本申请一实施例所提供的存储模块和控制模块连接结构示意图；

图5为本申请一实施例所提供的供电电压纹波消除方法的流程示意图；

图6为本申请一实施例所提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本申请中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

请参考图1所示，本申请所提供的供电电压纹波消除装置，所述装置包含控制模块101、电压信号反馈模块102、电容模块103和多个电感模块104；所述电压信号反馈模块102分别与所述电容模块103和所述控制模块101相连，用于采集所述电容模块103的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率并提供至所述控制模块101；所述控制模块101分别与多个电感模块104相连，用于根据接收到的电压纹波幅值和频率生成多个驱动信号，将所述驱动信号分别提供至所述电感模块104；多个所述电感模块104均与所述电容模块103连接构成LC滤波电路，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值，以消除供电电压纹波。

具体的，在实际工作中，所述供电电压纹波消除装置作用在于利用电容和电感构成LC滤波电路，基于LC滤波电路中电容C值不变，电感L值改变的方式来滤除压电陶瓷的供电电源纹波。所述电感模块104为可根据不同驱动信号确定对应的电感值，从而消除纹波，其具体结构将在后续实施例中详细说明，在此就不再一一详述。

请参考图2所示，在本申请一实施例中，所述电感模块包含电感调节单元201和电感单元202；所述电感调节单元201分别与所述控制模块和所述电感单元202相连，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值；所述电感单元202与所述电容模块连接构成LC滤波电路。其中，所述电感调节单元201可包含驱动电路和模拟开关电路；所述驱动电路与所述控制模块相连，所述模拟开关电路分别连接所述驱动电路和所述电感单元；所述驱动电路用于对接收到的所述驱动信号进行功率放大，以及通过控制所述模拟开关电路进行开关模拟以改变所述电感单元的电感值。

具体的，在实际工作中，本申请所提供的上述供电电压纹波消除装置可包括控制信号电路、驱动电路、模拟开关电路、电感组、电容器，电压信号反馈电路，所述控制信号电路的电气连线与驱动电路连接；所述驱动电路的电气连线与模拟开关电路连接；所述模拟开关电路的电气连线与电感组连接；所述的电感组电气连线与电容器连接，上述所有电路均集成于控制器内部电路板上。其后，控制信号电路输出波形，经过驱动电路功率放大，控制模拟开关电路的开、关，进而改变LC滤波电路中电感量大小。具体可参考图3所示，整体包含控制电路302、驱动电路 303、模拟开关电路304、电感 305、电容器 306和电压信号反馈电路 307，所述控制电路302与驱动电路303依次电路连接， 所述模拟开关电路304 的输入端连接所述驱动电路302的输出端，所述电感 305的输入端连接模拟开关电路304的输出端。所述电感305输出端与所述电容器306 输入端连接，所述电压信号反馈电路 307输入端与电容器306输出端连接。所述电压信号反馈电路307输出端与所述控制电路302连接。所述电压信号反馈电路 307采集所述电容器306信号，传输给所述控制电路302，所述控制电路302根据所述电压信号反馈电路307提供的输出电压纹波幅值和频率，调整输出驱动信号的开关特性，经过所述驱动电路303中功率放大，进而控制所述模拟开关电路304部分导通或关断；控制电路通过控制驱动电路303中开关型器件的开通和关断，进而同步控制模拟开关电路304中开关型器件的开通和关断，实现相应后级电感305电感值改变；值得说明的是，实际工作中，驱动电路303、模拟开关电路304和电感305的数量可根据实际需要选择设置，三者之间为可一对一或一对多的关系，在此就不再一一举例说明。

请参考图4所示，在本申请一实施例中，所述装置还可包含存储模块401，所述存储模块与所述控制模块相连，用于存储压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据的电感值。进一步的，所述控制模块包含控制电路402、计算单元403和比较单元404；所述比较单元404分别与所述存储模块401和所述电压信号反馈模块相连，用于根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率，并与存储的纹波幅值和频率数据匹配获得匹配结果；所述计算单元403与所述比较单元404相连，用于根据所述匹配结果计算获得控制参数；所述控制电路402与所述计算单元403相连，用于根据所述控制参数生成对应的驱动信号。

具体的，在该实施例中主要是对当前需要控制的目标电感量进行计算，实际流程主要由电压信号反馈电路实时采集输出端电容器的电压幅值，控制电路根据电压信号反馈电路反馈的电压幅值信息计算消除纹波所需电感量值大小，预判出当前控制信号开通和关断数量比例。

最后，根据控制信号开通和关断数量比例，控制驱动电路中的开关型器件的开通和关断，同步控制模拟开关电路中的开关型器件的开通和关断。

其中，当前所需电感量的计算流程如下：

1、预先针对压电陶瓷统计不同施加电压幅值的纹波幅值、频率参数数据，并存储；

2、控制电路提取由电压信号反馈电路实时采集的输出电压信号，并提取当前的电压幅值的纹波频率、幅值；

3、将当前电压幅值的纹波频率、幅值与预先存储的纹波频率、幅值特性参数数据进行匹配；

4、结合匹配的结果，计算滤除目标频率的纹波所需的电感量大小。具体的：以归一化低通滤波器，再截止频率变换，接着特征阻抗变换，其公式原理如下：M=（待设计滤波器的截止频率）/（基准滤波器的截止频率）；K=（待设计滤波器的特征阻抗）/（基准滤波器的特征阻抗）；电感值计算：

；

5、控制电路预先内置大量针对压电陶瓷不同幅值电压纹波的电感量参数数据，可以以参数数据库方式存储在上述存储模块或主控芯片内。

请参考图5所示，本申请还提供一种适用于所述的供电电压纹波消除装置的供电电压纹波消除方法，所述方法包含：

S501通过电压信号反馈模块实时采集电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取对应的电压纹波幅值和频率；

S502根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数，通过所述电感调整参数生成多个驱动信号；

S503根据所述驱动信号分别控制调整相连的电感单元的电感值，以消除供电电压纹波。

在上述实施例中，所述方法还包含：获取压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据，根据不同电压幅值的纹波幅值和频率数据生成基准数据并存储。其中，所述基准数据即前述的针对压电陶瓷不同幅值电压纹波的电感量参数数据，该数据可提前由工作人员测算获得，因其测试方式为常规技术，本申请在此不再详细介绍说明。

在本申请一实施例中，根据所述驱动信号分别控制调整电感模块的电感值包含：根据所述驱动信号控制模拟开关电路进行开关模拟以调整所述电感模块的电感值。具体的，根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数包含：根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据的匹配结果计算消除供电电压纹波所需的电感值；根据计算获得的电感值获得模拟开关电路的开关比例，根据所述开关比例生成电感调整参数；具体实现流程已在前述实施例中说明，在此就不再一一详述。

本申请的有益技术效果在于：本申请所提供的供电电压纹波消除装置及供电电压纹波消除方法在电压输出端电容器处设置了电压信号反馈电路，控制单元控制输出设定滤除不同电压幅值纹波所需电感量目标值，多通道驱动电路、模拟开关电路、电感并联，仅需要控制电路的驱动信号进行部分开通或关断，即可实现LC滤波电路中L值的改变，进而消除压电陶瓷的供电电源纹波。

本申请还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

如图6所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图6中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图6中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图6所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。

其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。

输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。

该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141（有时被称为缓冲器）。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。

存储器140还可以包括数据存储部（数据143），该数据存储部（数据143）用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部（驱动程序144）可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能（如消息传送应用、通讯录应用等）的各种驱动程序。

通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块（发送机/接收机）110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。

基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块（发送机/接收机）110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种供电电压纹波消除装置，其特征在于，所述装置包含控制模块、电压信号反馈模块、电容模块和多个电感模块；

所述电压信号反馈模块分别与所述电容模块和所述控制模块相连，用于采集所述电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率并提供至所述控制模块；

所述控制模块分别与多个电感模块相连，用于根据接收到的电压纹波幅值和频率生成多个驱动信号，将所述驱动信号分别提供至所述电感模块；

多个所述电感模块均与所述电容模块连接构成LC滤波电路，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值，以消除供电电压纹波。

2.根据权利要求1所述的供电电压纹波消除装置，其特征在于，所述电感模块包含电感调节单元和电感单元；

所述电感调节单元分别与所述控制模块和所述电感单元相连，用于根据接收到的驱动信号控制调整电感模块的电感值；

所述电感单元与所述电容模块连接构成LC滤波电路。

3.根据权利要求2所述的供电电压纹波消除装置，其特征在于，所述电感调节单元包含驱动电路和模拟开关电路；

所述驱动电路与所述控制模块相连，所述模拟开关电路分别连接所述驱动电路和所述电感单元；

所述驱动电路用于对接收到的所述驱动信号进行功率放大，以及通过控制所述模拟开关电路进行开关模拟以改变所述电感单元的电感值。

4.根据权利要求1所述的供电电压纹波消除装置，其特征在于，所述装置还包含存储模块，所述存储模块与所述控制模块相连，用于存储压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据的电感值。

5.根据权利要求4所述的供电电压纹波消除装置，其特征在于，所述控制模块包含控制电路、计算单元和比较单元；

所述比较单元分别与所述存储模块和所述电压信号反馈模块相连，用于根据所述输出电压信号提取电压纹波幅值和频率，并与存储的纹波幅值和频率数据匹配获得匹配结果；

所述计算单元与所述比较单元相连，用于根据所述匹配结果计算获得控制参数；

所述控制电路与所述计算单元相连，用于根据所述控制参数生成对应的驱动信号。

6.一种适用于权利要求1至5任一项所述的供电电压纹波消除装置的供电电压纹波消除方法，其特征在于，所述方法包含：

通过电压信号反馈模块实时采集电容模块的输出电压信号，根据所述输出电压信号提取对应的电压纹波幅值和频率；

根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数，通过所述电感调整参数生成多个驱动信号；

根据所述驱动信号分别控制调整相连的电感单元的电感值，以消除供电电压纹波。

7.根据权利要求6所述的供电电压纹波消除方法，其特征在于，所述方法还包含：获取压电陶瓷在不同电压幅值的纹波幅值和频率数据，根据不同电压幅值的纹波幅值和频率数据生成基准数据并存储。

8.根据权利要求7所述的供电电压纹波消除方法，其特征在于，根据所述驱动信号分别控制调整电感模块的电感值包含：

根据所述驱动信号控制模拟开关电路进行开关模拟以调整所述电感模块的电感值。

9.根据权利要求7所述的供电电压纹波消除方法，其特征在于，根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据计算获得电感调整参数包含：

根据所述电压纹波幅值和频率和预存的基准数据的匹配结果计算消除供电电压纹波所需的电感值；

根据计算获得的电感值获得模拟开关电路的开关比例，根据所述开关比例生成电感调整参数。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至9任一所述方法。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有由计算机执行权利要求6至9任一所述方法的计算机程序。

12.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求6至9任一所述方法的步骤。

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