CN203433462U - 冗余单元、冗余电源系统 - Google Patents

Abstract

提供一种冗余单元及冗余电源系统。冗余单元对外部的第一电源和第二电源的电压进行监视，包括电压差判断单元和比较结果输出单元，所述电压差判断单元包括：电压差检测单元，其与所述第一电源、所述第二电源相连接，接收来自所述第一电源的第一电压和来自所述第二电源的第二电压，对所述第一电压和所述第二电压进行比较而生成电压差；第一比较单元，用于将所述电压差与第一基准值进行比较，第二比较单元，用于将所述电压差与第二基准值进行比较，所述第二基准值小于所述第一基准值；所述比较结果输出单元，用于输出所述第一比较单元和所述第二比较单元的电压差比较结果。

Description

冗余单元、冗余电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种冗余单元以及使用该冗余单元的冗余电源系统。

背景技术

冗余电源常用于服务器，是由两个完全一样的电源组成，由芯片控制电源进行负载均衡，当一个电源出现故障时，另一个电源马上可以接管其工作，在更换电源后，又是两个电源协同工作。在现有技术的冗余电源系统中，监视两个电源的输出电压（下面仅称为“电压”），在一个电源的电压低于基准电压时输出警报信号，用户根据该信号来分别调整各电源的电压。

如上述，为了知晓电源的工作状态，必须分别测定各电源的电压。具体而言，在一个电源的电压低于基准电压时输出警报信号，但无法识别与电源连接的负载的状态，即，无法识别电源在分散对负载进行供电还是集中对负载进行供电。另外，由于电源规格（例如24V的电源或12V的电源）的不同，因此基准电压要根据电源规格分别设置。并且，用户要分别通过电压计等手段来分别测定各电源的电压，从而进行调整，需要花费大量成本和工时。

发明内容

本实用新型，鉴于上述问题而提供一种冗余单元以及使用该冗余单元的冗余电源系统，能够以简单结构来监视各电源的电压，使用户容易识别出冗余电源是分散对负载进行供电还是集中对负载进行供电，并且容易对电源电压进行调整。

本实用新型的第一技术方案提供一种冗余单元，对外部的第一电源和第二电源的电压进行监视，所述第一、第二电源分别经由第一、第二整流单元而对外部设备进行供电，其特征在于，该冗余单元包括电压差判断单元和比较结果输出单元，所述电压差判断单元包括：电压差检测单元，其与所述第一电源、所述第二电源相连接，接收来自所述第一电源的第一电压和来自所述第二电源的第二电压，对所述第一电压和所述第二电压进行比较而生成电压差，第一比较单元，用于将所述电压差与第一基准值进行比较；所述比较结果输出单元，用于输出所述第一比较单元的电压差比较结果；所述第一基准值被设定为满足第一条件或第二条件，所述第一条件为：当所述电压差在所述第一基准值以下时，所述第一、第二整流单元均导通，所述第二条件为：所述第一基准值，比在所述第一、第二整流单元中仅一个整流单元导通时的所述电压差小。

本实用新型的第二技术方案提供一种冗余电源系统，包括可调整电压的第一及第二电源、第一及第二整流单元，使述第一、第二电源分别经由第一、第二整流单元而对外部设备进行供电，其特征在于，还包括电压差判断单元、比较结果输出单元、操作单元，所述电压差判断单元包括：电压差检测单元，其与所述第一电源、所述第二电源相连接，接收来自所述第一电源的第一电压和来自所述第二电源的第二电压，对所述第一电压和所述第二电压进行比较而生成电压差，第一比较单元，用于将所述电压差与第一基准值进行比较，第二比较单元，用于将所述电压差与第二基准值进行比较，所述比较结果输出单元，用于输出所述第一比较单元和所述第二比较单元的电压差比较结果；所述操作单元用于根据所述比较结果输出单元输出的电压差比较结果，来调整所述第一电源和所述第二电源的输出电压；将所述第一基准值设定为满足第一条件或第二条件，将所述第二基准值设定为满足第三条件，所述第一条件为：当所述电压差在所述第一基准值以下时，所述第一、第二整流单元均导通，所述第二条件为：所述第一基准值，比在所述第一、第二整流单元中仅一个整流单元导通时的所述电压差小，所述第三条件为：所述第二基准值大于所述第一基准值。

本实用新型的第三技术方案提供一种电源系统，其特征在于，包括多个所述的冗余电源系统。

如上述，通过本实用新型，能够在冗余电源系统中，以简单结构来监视各电源的电压，使用户容易识别出冗余电源是分散对负载进行供电还是集中对负载进行供电，并且容易对电源电压进行调整。

附图说明

图1是本实用新型的冗余单元的示意框图。

图2是本实用新型的冗余电源系统的第一实施例的示意电路图。

图3是本实用新型的冗余电源系统的第二实施例的示意电路图。

图4是本实用新型的冗余电源系统的电压时序示意图。

图5是本实用新型的冗余电源系统的变形例的示意框图。

具体实施方式

参照附图来说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型的冗余单元的示意框图。如图1所示，冗余单元10包括电压差检测单元11、第一比较单元12、第二比较单元13、比较结果输出单元14以及未图示的整流单元，其中，电压差检测单元11、第一比较单元12、第二比较单元13构成了后述的电压差判断单元1A。

在图1中，电压差检测单元11与外部的第一电源U1、第二电源U2相连接，用于检测两电源的电压差（输出电压差）。第一比较单元12与电压差检测单元11相连接，从电压差检测单元11接收检测出的电压差，将该电压差与第一基准值进行比较；第二比较单元13也与电压差检测单元11相连接，从电压差检测单元11接收检测出的电压差，将该电压差与第二基准值进行比较。比较结果输出单元14与第一比较单元12、第二比较单元13相连接，用于输出第一比较单元12和第二比较单元13的电压差比较结果。

另外，上述第一基准值和第二基准值可以是事先分别存储在第一比较单元12和第二比较单元13中的电压值，也可以是用户手工输入的电压值，还可以通过设置基准电压生成单元根据各电源的电压来生成上述第一基准值和第二基准值，并将它们分别输入至第一比较单元12和第二比较单元13。

就上述第一基准值、第二基准值的取值而言，可以根据所监视的电源的规格而适当设定，也可以根据如后述那样进行设定。

下面参照附图来说明将本实施方式的冗余单元应用于冗余电源系统的具体实施例。

第一实施例

图2是本实用新型的电源监视系统的第一实施例的示意电路图。参照图2，冗余电源系统1包括第一电源U1、第二电源U2以及具有整流单元D1、D2的冗余单元10。在该冗余电源系统1中，第一电源U1、第二电源U2分别经由整流单元D1、D2而向外部设备供电。作为一个例子，这里的整流单元D1、D2由二极管构成，如图2所示，二极管的正极连接于电源，负极连接于负载（外部设备）。当由第一电源U1集中对外部设备供电时，整流单元D1导通，整流单元D2截止；当由第二电源U2集中对外部设备供电时，整流单元D2导通，整流单元D1截止；当由第一电源U1、U2分散对外部设备供电时，整流单元D1、D2均导通。

如上述，冗余单元10包括电压差检测单元11、第一比较单元12、第二比较单元13、比较结果输出单元14，其中，电压差检测单元11、第一比较单元12、第二比较单元13构成了后述的电压差判断单元1A。

这里，电压差检测单元11可以利用通用的电压计等，只要能够计测出电压差即可。并且，该电压差检测单元11检测出的电压差为两电源电压差的绝对值。

第一比较单元12、第二比较单元13可以采用通用的比较器等，只要能够对所输入的电压进行比较并输出比较结果即可。比较结果输出单元14可以采用连接了逻辑电路的第一发光二极管L1、第二发光二极管L2来构成，根据所接收到的比较结果来发光。

在图2中，根据实际需要，对冗余单元10设定第一基准值、第二基准值。例如，可以按照如下方式设置第一基准值：当两电源的电压差在第一基准值以下时，整流单元D1、D2均导通，进行分散供电。也可以按照如下方式设置第一基准值：使该第一基准值小于当整流单元D1、D2中仅一个整流单元导通时的电压差。对于第二基准值，例如可以使第二基准值=电源可调整电压的两倍，这是由于，在电路运行正常情况下，两电源的最大电压差为电源可调整电压的两倍，第二基准值只要等于或稍大于两电源的最大电压差为电源可调整电压的两倍即可，而第一基准值是电路正常运转时可以忽略的电压差值，但这些值都可以根据需要设定。

另外，电压差检测单元11在输出电压差时，也可以对电压差加权后进行输出，例如，将检测出的电压差乘以放大率（例如为0.5）之后输出。此时，用于比较的第二基准值等于电源可调整电压即可。

在本实施例中，设第一电源U1、第一电源U2的额定输出电压为24V，可调整范围为0.6V，即两电源正常运转时输出电压的范围为24±0.6V。因此，当第一电源U1、第二电源U2之间的电压差>1.2（0.6*2）V时，有可能发生异常，因此，将用于判断发生异常的第二基准值设为1.2V，将可忽略电压差的第一基准值设为0.05V。

另外，在作为第一比较单元12的比较器中，设为当从电压差检测单元11接收的电压差在第一基准值以下时，发出用于使比较结果输出单元14的逻辑电路的点亮第一发光二极管L1的信号，例如发出信号“1”；当从电压差检测单元11接收的电压差大于第一基准值时，发出用于使比较结果输出单元14的逻辑电路的熄灭（不点亮）第一发光二极管L1的信号，例如发出信号“0”。同样地，在作为第二比较单元13的比较器中，设为当从电压差检测单元11接收的电压差在第二基准值以下时，发出用于使比较结果输出单元14的逻辑电路的点亮第二发光二极管L2的信号，例如发出信号“1”；当从电压差检测单元11接收的电压差大于第二基准值时，发出用于使比较结果输出单元14的逻辑电路的熄灭（不点亮）第二发光二极管L2的信号，例如发出信号“0”。由此，比较结果输出单元14根据所接收到的信号（“1”或“0”），来控制点亮或熄灭第一发光二极管L1、第二发光二极管L2。

第二实施例

图3是本实用新型的冗余单元的第二实施例的示意电路图。

在图3的冗余电源系统2中，除了具有冗余单元20以代替冗余单元10这一点外，其他都与冗余电源系统1相同。

冗余单元20具有两个与第一实施例的电压差判断单元结构相同的电压差判断单元，即电压差判断单元1A、2A，其中，电压差判断单元1A中的各单元与第一实施例中的各单元相同，电压差判断单元2A所包括的电压差检测单元21、第一比较单元22、第二比较单元23的结构也与第一实施例中的相应单元相同。

该第二实施例与第一实施例之间的一个差异在于，电压差检测单元11、电压差检测单元21所检测出的电压差不是绝对值，而是带有正负号的考虑正负的值。

另外，本实施例与第一实施例之间的另一个差异在于，比较结果输出单元14包括逻辑比较单元141、142。

在本实施例中，电压差判断单元1A、2A分别与第一电源U1、第二电源U2连接的方式为正负极相反。即，如图3所示，电压差判断单元1A的电压差检测单元11的正极与第一电源U1的正极相连接，电压差判断单元1A的电压差检测单元11的负极与第二电源U2的正极相连接；电压差判断单元2A的电压差检测单元21的负极与第一电源U1的正极相连接，电压差判断单元2A的电压差检测单元21的正极与第二电源U2的正极相连接。

如图3所示，逻辑比较单元141的输入端与第一比较单元12、第一比较单元22相连接，逻辑比较单元141的输出端与第一发光二极管L1相连接。该逻辑比较单元141，接收第一比较单元12、第一比较单元22的比较结果，对两者的比较结果取逻辑与，根据逻辑与的结果来控制是否点亮第一发光二极管L1。因此，只有当第一比较单元12、第一比较单元22的比较结果都为“1”时，逻辑比较单元141才能够输出“1”，即，才会使第一发光二极管L1点亮。

同样地，逻辑比较单元142的输入端与第二比较单元13、第二比较单元23相连接，逻辑比较单元142的输出端与第二发光二极管L2相连接。该逻辑比较单元142，接收第二比较单元13、第二比较单元23的比较结果，对两者的比较结果取逻辑与，根据逻辑与的结果来控制是否点亮第二发光二极管L2。因此，只有当第二比较单元13、第二比较单元23的比较结果都为“1”时，逻辑比较单元142才能够输出“1”，即，才会使第二发光二极管L2点亮。

由于电压差判断单元1A、2A分别与第一电源U1、第二电源U2连接的方式为正负极相反，因此，当一个电压检测单元检测出的电压差为正值时，另一个电压检测单元检测出的电压差为负值。例如，如上述那样在设第一电源U1的电压为V1，第二电源U2的电压为V2时，如果电压差检测单元11取得的两者的电压差为ΔV1=V1-V2>0，那么电压差检测单元21取得的两者的电压差为ΔV2=V2-V1<0。由于ΔV2小于0，所以其一定小于第一基准值和第二基准值，因此，通过比较，第一比较单元22向逻辑比较单元141输出信号“1”来表示电压差ΔV2小于第一基准值，第二比较单元23向逻辑比较单元142输出信号“1”来表示电压差ΔV2小于第二基准值。由于逻辑比较单元141是逻辑与单元，因此，只有在从第一比较单元12接收到信号“1”时，才会输出“1”从而点亮第一发光二级管L1；同样地，逻辑比较单元142只有在从第二比较单元13接收到信号“1”时，才会输出“1”从而点亮第二发光二级管L2。

以上举例说明了V1-V2>0的情况，但对于V1-V2<0时，也是同样的。即，实际上，在第二实施例中，发光二极管是否点亮，取决于电压差为正的电压差判断单元的判断结果，相当于取得了电压差的绝对值，利用该绝对值来进行比较。

通过该第二实施例，即使电压差检测单元不能检测出电压差的绝对值，而是检测出带有正负符号的电压差时，也能够利用电压差的绝对值来与第第一基准值、第二基准值进行比较，从而实时准确地监视电压。

下面，参照图4来举例说明冗余单元10、20的运行过程。图4是本实用新型的冗余单元的电压时序示意图。在图4中，在时间0～t1期间为电源起动时间，冗余单元10待机，直至t1时刻开始进行运转。另外，设第一电源U1的电压为V1，第二电源U2的电压为V2，电压差检测单元11取得的两者的电压差为ΔV。

（1）冗余单元10的例子

下面，参照图4来举例说明冗余单元10的运行过程，其中，最下方横轴表示时间，用0～tn（n为自然数）表示；从上开始第一、第二条粗实线表示第一电源U1的电压V1、第二电源U2的电压V2；从上开始第三、第四条粗实线表示第二发光二极管L2、第一发光二极管L1的发光状态（电平）。如上述，冗余单元10的电压差检测单元11所取得的电压差为ΔV=|V1-V2|。

这样，在时间t处于t1≤t<t2的期间内，V1=24V，V2=0～22.8V（即0≤V2<22.8V），因此电压差检测单元11输出的电压差为ΔV=1.2～24（即1.2<ΔV≤24V）。作为第二比较单元13的比较器接收该电压差ΔV，将其与第二基准值（1.2V）相比较，比较结果为ΔV>第二基准值（1.2V），因此向比较结果输出单元14发出信号“0”，使得比较结果输出单元14不点亮第二发光二极管L2。作为第一比较单元12的比较器接收该电压差ΔV，将其与第一基准值（0.05V）相比较，比较结果为ΔV>第一基准值（0.05V），因此向比较结果输出单元14发出信号“0”，使得比较结果输出单元14不点亮第一发光二极管L1。

在时间t处于t2≤t<t3的期间内，V1=24V，V2=22.8～23.95V（即22.8≤V2<23.95V），因此电压差检测单元11输出的电压差为ΔV=0.05～1.2（即0.05＜ΔV≤1.2V）。作为第二比较单元13的比较器接收该电压差ΔV，将其与第二基准值（1.2V）相比较，比较结果为ΔV≤第二基准值（1.2V），因此向比较结果输出单元14发出信号“1”，使得比较结果输出单元14点亮第二发光二极管L2。作为第一比较单元12的比较器接收该电压差ΔV，将其与第一基准值（0.05V）相比较，比较结果为ΔV>第一基准值（0.05V），因此向比较结果输出单元14发出信号“0”，使得比较结果输出单元14不点亮第一发光二极管L1。

在时间t处于t3≤t≤t4的期间内，V1=24V，V2=23.95～24.05V（即23.95≤V2≤24.05V），因此电压差检测单元11输出的电压差为ΔV=0～0.05（即0≤ΔV≤0.05V）。作为第二比较单元13的比较器接收该电压差ΔV，将其与第二基准值（1.2V）相比较，比较结果为ΔV≤第二基准值（1.2V），因此向比较结果输出单元14的发出信号“1”，使得比较结果输出单元14点亮第二发光二极管L2。作为第一比较单元12的比较器接收该电压差ΔV，将其与第一基准值（0.05V）相比较，比较结果为ΔV≤第一基准值（0.05V），因此向比较结果输出单元14发出信号“1”，使得比较结果输出单元14点亮第一发光二极管L1。

（2）冗余单元20的例子

下面，参照图4来举例说明冗余单元2的运行过程。在V1-V2>0时，由于V2-V1<0，因此电压差判断单元2A向逻辑比较单元141、142输出的信号均为“1”，冗余单元2的运行与冗余单元1相同。而当V1-V2<0时，电压差判断单元1A向逻辑比较单元141、142输出的信号均为“1”，因此下面仅就此时电压差判断单元2A中的处理进行详细说明。

在时间t处于t4<t≤t5的期间内，V1=24V，V2=24.05～25.2V（即24.05<V2<25.2V），因此电压差检测单元21输出的电压差为ΔV=0.05～1.2（即0.05<ΔV≤1.2V）。作为第二比较单元23的比较器接收该电压差ΔV，将其与第二基准值（1.2V）相比较，比较结果为ΔV≤第二基准值（1.2V），因此向比较结果输出单元14的逻辑比较单元141发出信号“1”。作为第一比较单元22的比较器接收该电压差ΔV，将其与第一基准值（0.05V）相比较，比较结果为ΔV>第一基准值（0.05V），因此向比较结果输出单元14的逻辑比较单元142发出信号“0”。逻辑比较单元142对来自第二比较单元13的信号“1”与来自第二比较单元23的信号“1”进行逻辑与处理，由于所输入的信号都是“1”，因此逻辑比较单元142输出逻辑与的结果“1”，使第二发光二极管L2点亮。逻辑比较单元141对来自第一比较单元12的信号“1”与来自第一比较单元22的信号“0”进行逻辑与处理，由于所输入的信号为不同的“1”和“0”，因此逻辑比较单元141输出逻辑与的结果“0”，使第一发光二极管L1保持熄灭（不点亮）。

如上所述，当电压差ΔV>第二基准值（1.2V）>第一基准值（0.05V）时，第一及第二发光二极管L1、L2都熄灭，表示当前供电异常。

另外，当第一基准值（0.05V）<电压差ΔV≤第二基准值（1.2V）时，第二发光二极管L2点亮，第一发光二极管L1保持熄灭，表示当前供集中在一个电源上，即，两个整流单元D1、D2中的一个整流单元导通而另一个整流单元截止。

另外，当电压差ΔV（绝对值）≤第一基准值（0.05V）<第二基准值（1.2V）时，第一、第二发光二极管L1、L2均点亮，表示当前由两个电源分散供电，即，两个整流单元D1、D2均导通。

由此，用户能够根据第一、第二发光二极管L1、L2是否点亮，知晓当前电源的供电情况，并且能够通过未图示的操作部来调整电源电压，以实现集中供电或分散供电。

另外，在上述冗余电源系统1、2中，还可以取代第一、第二发光二极管或者在第一、第二发光二极管的基础上设置外部信号输出单元，用来将表示第一电源、第二电源的工作状态的信号输出至外部。

另外，在上述各实施例中虽然都设置了两个比较单元，即，第一比较单元12（22）、第二比较单元13（23），但也可以省略第二比较单元13（23），而仅利用第一比较单元12（22）来进行比较，此时，与第二比较单元13（23）对应的第二基准值、逻辑比较单元142、第二发光元件L2均可省略。在此情况下，用户也能够容易识别出冗余电源是分散对负载进行供电还是集中对负载进行供电。

变形例

图5是本实用新型的冗余电源系统的变形例的示意框图。如图5所示，当电源系统存在多个电源U1～UN时，可以分别针对每两个电源配置上述的冗余单元，从而实现对多电源的监控。

如上述，本实用新型能够用于在冗余电源系统中监视各电源的电压，使用户容易识别出冗余电源是分散对负载进行供电还是集中对负载进行供电，并且容易对电源电压进行调整。

Claims (8)

1.一种冗余单元，对外部的第一电源和第二电源的电压进行监视，其特征在于，

该冗余单元包括电压差判断单元、比较结果输出单元以及第一、第二整流单元，

所述第一、第二电源分别经由第一、第二整流单元而对外部设备进行供电，

所述电压差判断单元包括：

电压差检测单元，其与所述第一电源、所述第二电源相连接，接收来自所述第一电源的第一电压和来自所述第二电源的第二电压，对所述第一电压和所述第二电压进行比较而生成电压差，

第一比较单元，用于将所述电压差与第一基准值进行比较；

所述比较结果输出单元，用于输出所述第一比较单元的电压差比较结果；

所述第一基准值被设定为满足第一条件或第二条件，

所述第一条件为：当所述电压差在所述第一基准值以下时，所述第一、第二整流单元均导通，

所述第二条件为：所述第一基准值，比在所述第一、第二整流单元中仅一个整流单元导通时的所述电压差小。

2.如权利要求1所述的冗余单元，其特征在于，

所述比较结果输出单元以可视信号来输出所述电压差比较结果。

3.如权利要求1或2所述的冗余单元，其特征在于，

还包括外部信号输出单元，其用于根据所述比较结果输出单元输出的所述电压差的比较结果，将表示所述第一、第二电源的工作状态的信号输出至外部。

4.一种冗余电源系统，包括可调整电压的第一及第二电源、第一及第二整流单元，使述第一、第二电源分别经由第一、第二整流单元而对外部设备进行供电，其特征在于，

还包括电压差判断单元、比较结果输出单元、操作单元，

所述电压差判断单元包括：

电压差检测单元，其与所述第一电源、所述第二电源相连接，接收来自所述第一电源的第一电压和来自所述第二电源的第二电压，对所述第一电压和所述第二电压进行比较而生成电压差，

第一比较单元，用于将所述电压差与第一基准值进行比较，

第二比较单元，用于将所述电压差与第二基准值进行比较，

所述比较结果输出单元，用于输出所述第一比较单元和所述第二比较单元的电压差比较结果；

所述操作单元用于用户根据所述比较结果输出单元输出的电压差比较结果，来调整所述第一电源和所述第二电源的输出电压；

将所述第一基准值设定为满足第一条件或第二条件，将所述第二基准值设定为满足第三条件，

所述第一条件为：当所述电压差在所述第一基准值以下时，所述第一、第二整流单元均导通，

所述第二条件为：所述第一基准值，比在所述第一、第二整流单元中仅一个整流单元导通时的所述电压差小，

所述第三条件为：所述第二基准值大于所述第一基准值。

5.如权利要求4所述的冗余电源系统，其特征在于，

所述比较结果输出单元包括第一发光元件和第二发光元件，

在所述电压差比较结果为所述电压差在所述第一基准值以下时，所述比较结果输出单元点亮第一发光元件，

在所述电压差比较结果为所述电压差在所述第二基准值以下时，所述比较结果输出单元点亮第二发光元件。

6.如权利要求4或5所述的冗余电源系统，其特征在于，

所述电压差判断单元为两个，并且第一个所述电压差判断单元连接所述第一电源、第二电源连接的方式与第一个所述电压差判断单元连接所述第一电源、第二电源连接的方式，为正负极相反，

所述比较结果输出单元，还包括逻辑比较单元，该逻辑比较单元对两个所述电压差判断单元的电压差比较结果进行比较，在两个所述电压差判断单元的电压差比较结果一致时，输出该电压差比较结果。

7.一种电源系统，其特征在于，

包括多个如权利要求4～6中任意一项所述的冗余电源系统。

8.一种冗余电源系统，通过整流元件，将两台能够调整输出电压的电源的输出电压，集中成比所连接的电源的数目少的数目后供给至负载，其特征在于，

电压差检测单元，检测各电源电压的电压差，

基准电压生成单元，根据各所述电源的电压来生成第一基准电压和第二基准电压，

第一比较单元，将所述电压差与所述第一基准电压进行比较，

第二比较单元，将所述电压差与所述第二基准电压进行比较，

第一信号输出单元，根据第一比较单元的比较结果来输出信号，

第二信号输出单元，根据第二比较单元的比较结果来输出信号；

所述第一基准电压大于所述第二基准电压。

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