CN214591139U - 一种换电柜及其电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换电柜及其电源系统，包括：一级电路和二级电路；一级电路的输入端与供电模块连接、一级电路的输出端与二级电路的输入端连接，二级电路的输出端输出供电信号；一级电路包括：多个PFC模块，二级电路包括：多个DC‑DC模块；DC‑DC模块为隔离DC‑DC模块；PFC模块用于对供电模块的电压进行升压处理，并输出PFC电压；DC‑DC模块用于对PFC电压进行隔离转换后，输出供电信号。本实用新型采用一拖多，且为PFC+隔离DC‑DC的结构，可有效提升系统整体效率，且前级PFC整体成本非常低，大大降低系统成本。

Description

一种换电柜及其电源系统

技术领域

本实用新型涉及换电柜的技术领域，更具体地说，涉及一种换电柜及其电源系统。

背景技术

随着科技的发展，换电柜的市场需求越来越大，作为换电柜内的核心模块，换电柜电源的要求也越来越高，尤其是对换电柜电源的效率，成本等方面的要求。换电柜的效率越高，充电的利用率越高，电费越低。换电柜电源占换电柜总成本约一半，低成本解决方案更有利于市场发展。

现有的方案有一拖一方案和一拖多方案。传统一拖一方案效率可达94％左右，然而，传统一拖一方案为AC-DC隔离方案，每个AC-DC隔离模块独立，导致单个AC-DC隔离模块的功率很大，成本也比较高。

传统一拖多方案为隔离AC-DC+非隔离DC-DC方案，由于前级隔离AC-DC效率较低，导致该方案整体系统效率下降，仅能达到90％，整体效率非常低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种换电柜及其电源系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种换电柜电源系统，包括：一级电路和二级电路；

所述一级电路的输入端与供电模块连接、所述一级电路的输出端与所述二级电路的输入端连接，所述二级电路的输出端输出供电信号；

所述一级电路包括：多个PFC模块，所述二级电路包括：多个DC-DC模块；所述DC-DC模块为隔离DC-DC模块；

所述PFC模块用于对所述供电模块的电压进行升压处理，并输出PFC电压；

所述DC-DC模块用于对所述PFC电压进行隔离转换后，输出所述供电信号。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述PFC模块包括：单级非隔离AC-DC模块。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述PFC模块为无桥PFC模块、CCM PFC模块和交错PFC模块中的任意一种；

所述DC-DC模块为全桥LLC模块、半桥LLC模块和移相全桥模块中的任意一种。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述多个PFC模块并联设置，且所述多个PFC模块的输入端分别与所述供电模块连接，所述多个PFC模块的输出端分别与所述多个DC-DC模块的输入端连接。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述PFC模块包括：无桥PFC模块；

所述无桥PFC模块包括：续流电路、升压电路及与所述升压电路连接的滤波电路；

所述续流电路的输入端与所述供电模块连接，所述续流电路的输出端与所述升压电路的输入端连接，所述升压电路的输出端输出所述PFC电压。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述续流电路包括：第二二极管和第四二极管；所述升压电路包括：第二电感、第三电感、第一二极管、第三二极管、第一电流互感器、第二电流互感器、第一MOS管、第二MOS管、第一电阻和第二电阻；所述滤波电路包括：第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和第四滤波电容；

所述第二二极管的第二端和第三端连接所述供电模块的正端，所述第二二极管的第一端接地，所述第二二极管的第二端还连接所述第一二极管的阴极，所述第四二极管的第二端连接所述第一二极管的阴极，所述第四二极管的第三端连接所述供电模块的负端，所述第四二极管的第一端接地；

所述第二电感的第一端连接所述供电模块的正端，所述第二电感的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第三电感的第一端连接所述供电模块的负端，所述第三电感的第二端连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极输出所述PFC电压；所述第一电流互感器的第三端与所述第二电感的第二端连接，所述第一电流互感器的第四端连接所述第一MOS管的漏极，所述第一电流互感器的第一端连接至PFC控制芯片，所述第一电流互感器的第二端接地；所述第二电流互感器的第一端连接至所述PFC控制芯片，所述第二电流互感器的第二端接地，所述第二电流互感器的第三端连接所述第三电感的第二端，所述第二电流互感器的第四端连接所述第二MOS管的漏极；

所述第一MOS管的栅极连接至所述PFC控制芯片，所述第一MOS管的栅极还通过所述第一电阻接地，所述第一MOS管的源极接地；所述第二MOS管的栅极连接至所述PFC控制芯片，所述第二MOS管的栅极还通过所述第二电阻接地，所述第二MOS管的源极接地；所述第一滤波电容的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一滤波电容的第二端接地，所述第二滤波电容、所述第三滤波电容和所述第四滤波电容依次与所述第一滤波电容并联。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述DC-DC模块包括：全桥LLC模块；

所述全桥LLC模块包括：开关电路、谐振电路、变压器以及同步整流电路；

所述开关电路的输入端与所述升压电路的输出端连接，所述开关电路的输出端与所述谐振电路连接，所述变压器的输入端与所述谐振电路连接，所述变压器的输出端与所述同步整流电路连接。

在本实用新型所述的换电柜电源系统中，所述开关电路包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管；所述谐振电路包括：第一电容和第一电感；所述同步整流电路包括：第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管；

所述第三MOS管的漏极和所述第五MOS管的漏极连接并连接至所述第一二极管的阴极，所述第三MOS管的栅极连接至LLC控制芯片，所述第三MOS管的源极连接所述第四MOS管的漏极和所述第一电容的第一端，所述第五MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第五MOS管的源极连接所述第六MOS管的漏极和所述变压器的第二输入端，所述第四MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第四MOS管的源极和所述第六MOS管的源极接地，所述第六MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片；

所述第一电容的第二端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端连接所述变压器的第一输入端，所述变压器的第一输出端连接所述第七MOS管的源极，所述变压器的第二输出端连接所述第十MOS管的漏极；所述第七MOS管的漏极和所述第九MOS管的漏极连接并输出所述供电信号；所述第七MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第九MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第九MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极；所述第八MOS管的漏极连接所述第七MOS管的源极，所述第八MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第八MOS管的源极和所述第十MOS管的源极接地，所述第十MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片。

本实用新型还提供一种换电柜，包括以上所述的换电柜电源系统。

实施本实用新型的换电柜及其电源系统，具有以下有益效果：包括：一级电路和二级电路；一级电路的输入端与供电模块连接、一级电路的输出端与二级电路的输入端连接，二级电路的输出端输出供电信号；一级电路包括：多个PFC模块，二级电路包括：多个DC-DC模块；DC-DC模块为隔离DC-DC模块；PFC模块用于对供电模块的电压进行升压处理，并输出PFC电压；DC-DC模块用于对PFC电压进行隔离转换后，输出供电信号。本实用新型采用一拖多，且为PFC+隔离DC-DC的结构，可有效提升系统整体效率，且前级PFC整体成本非常低，大大降低系统成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的换电柜电源系统的原理框图；

图2是本实用新型实施例提供的换电柜电源系统一应用实例的原理框图；

图3是本实用新型提供的PFC模块一实施例的电路图；

图4是本实用新型提供的DC-DC模块一实施例的电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

为了解决现有换电柜电源系统中成本高、效率低的问题，本实用新型提供了一种换电柜电源系统，该换电柜电源系统为一拖多架构，采用PFC+隔离DC-DC的两级架构，前级PFC效率可达98.5％，系统整体效率可达95％以上，且前级PFC整体成本非常低，使得系统成本也大大降低，效率也非常高，且前级PFC也方便支持扩容，灵活性非常好。

具体的，参考图1，图1为本实用新型实施例提供的换电柜电源系统的原理框图。

如图1所示，该换电柜电源系统包括：一级电路102和二级电路103。其中，一级电路102的输入端与供电模块101连接、一级电路102的输出端与二级电路103的输入端连接，二级电路103的输出端输出供电信号。

本实用新型实施例中，一级电路102包括：多个PFC模块，二级电路103包括：多个DC-DC模块；DC-DC模块为隔离DC-DC模块。具体的，当一级电路102为一个PFC模块时，其输入端与供电模块101连接，其输出端与多个DC-DC模块连接，且多个DC-DC模块为并列关系，每一个DC-DC模块的输出端均输出一供电信号以向与其连接的负载104进行供电。当一级电路102包括多个PFC模块时，多个PFC模块为并列关系，即每一个PFC模块的输入端分别独立与供电模块101连接，每一个PFC模块的输出端分别输出各自的电压，而每一个PFC模块输出的电压均可传输给多个DC-DC模块，即多个PFC模块并联设置，且多个PFC模块的输入端分别与供电模块101连接，多个PFC模块的输出端分别与多个DC-DC模块的输入端连接。

具体的，PFC模块用于对供电模块101的电压进行升压处理，并输出PFC电压。DC-DC模块用于对PFC电压进行隔离转换后，输出供电信号。

可以理解地，对于换电柜有不同功率需求，因此，本实用新型的实施例中，通过采用多个PFC模块并机，可根据不同换电柜的功率需求进行并机扩容，提升的电源系统的灵活性。进一步地，通过设置多个PFC模块还可以避免因PFC模块故障导致电源失效，提升电源的稳定性和可靠性。

本实用新型实施例中，该PFC模块包括：单级非隔离AC-DC模块。通过采用单级非隔离AC-DC模块，可以获得较高的效率，且整体成本非常低，进而降低系统整体成本，同时还可以提升系统效率。

一些实施例中，该PFC模块为无桥PFC模块、CCM PFC模块和交错PFC模块等常用PFC拓扑中的任意一种。其中，无桥PFC模块是高效率大功率的PFC模块，可以使电源获得更高效率。CCM PFC模块一般应用在小功率场合，因此，对于无高功率需求的场合，可选择CCM PFC模块。交错PFC模块为大功率形式，可满足高功率需求场合。在具体使用时，可以根据需求选择不同PFC拓扑形式，本实用新型不作具体限定。当然，可以理解地，该PFC模块还可以采用其他形式的PFC模块，不限于本实用新型列举的实施例。

一些实施例中，该DC-DC模块为全桥LLC模块、半桥LLC模块和移相全桥模块等常用隔离DC-DC模块中的任意一种。当然，可以理解地，该DC-DC模块还可以采用其他形式的DC-DC模块，不限于本实用新型列举的实施例。

参考图2，图2为本实用新型提供的换电柜电源系统一应用实例的原理框图。

如图2所示，在该实施例中，该换电柜电源系统应用于换电柜中，如图2所示，在该换电柜中，除了包括本实用新型实施例提供的换电柜电源系统外，还设有辅助电源105、主控板106、AC供电、仓控板107、CAN BUS总线、BMS+电池。其中，AC供电即为前述的供电模块101，BMS+电池即为前述的负载104。

在该实施例中，PFC模块采用无桥PFC模块，可采用两个PFC模块。当然，PFC模块的数量以换电柜的实际应用需求确定。DC-DC模块采用双向全桥LLC变换器。

如图2所示，该实施例中，辅助电源105主要用于给仓控板107和主控板106供电。如图2所示，换电柜中的每个电池仓配置一个仓控板107，其为与其对应的电池仓的控制板，实现对仓内电池充/放电管理控制、及电池管理等。其可与主控板106进行通讯，根据主控板106的控制实现对仓内电池的管理控制。主控板106与仓控板107进行通讯，实现对整个换电柜的工作进行控制和管理。如图2所示，主控板106与仓控板107之间可以通过CAN BUS总线进行通讯。

通过采用本实用新型实施例公开的换电柜电源系统，可以有效提升换电柜的电源效率，整体成本更低。

以下以一个具体实施例进行说明。

在该实施例中，PFC模块为无桥PFC模块，DC-DC模块为全桥LLC模块。

该实施例中无桥PFC模块包括：续流电路、升压电路及与升压电路连接的滤波电路。续流电路的输入端与供电模块101连接，续流电路的输出端与升压电路的输入端连接，升压电路的输出端输出PFC电压。

具体的，如图3所示，该续流电路包括：第二二极管D2和第四二极管D4；升压电路包括：第二电感L2、第三电感L3、第一二极管D1、第三二极管D3、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2；滤波电路包括：第一滤波电容EC1、第二滤波电容EC2、第三滤波电容EC3和第四滤波电容EC4。

第二二极管D2的第二端和第三端连接供电模块101的正端，第二二极管D2的第一端接地，第二二极管D2的第二端还连接第一二极管D1的阴极，第四二极管D4的第二端连接第一二极管D1的阴极，第四二极管D4的第三端连接供电模块101的负端，第四二极管D4的第一端接地；第二电感L2的第一端连接供电模块101的正端，第二电感L2的第二端连接第一二极管D1的阳极，第三电感L3的第一端连接供电模块101的负端，第三电感L3的第二端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极与第一二极管D1的阴极连接，第一二极管D1的阴极输出PFC电压；第一电流互感器CT1的第三端与第二电感L2的第二端连接，第一电流互感器CT1的第四端连接第一MOS管Q1的漏极，第一电流互感器CT1的第一端连接至PFC控制芯片，第一电流互感器CT1的第二端接地；第二电流互感器CT2的第一端连接至PFC控制芯片，第二电流互感器CT2的第二端接地，第二电流互感器CT2的第三端连接第三电感L3的第二端，第二电流互感器CT2的第四端连接第二MOS管Q2的漏极。

第一MOS管Q1的栅极连接至PFC控制芯片，第一MOS管Q1的栅极还通过第一电阻接地，第一MOS管Q1的源极接地；第二MOS管Q2的栅极连接至PFC控制芯片，第二MOS管Q2的栅极还通过第二电阻接地，第二MOS管Q2的源极接地。第一滤波电容EC1的第一端与第一二极管D1的阴极连接，第一滤波电容EC1的第二端接地，第二滤波电容EC2、第三滤波电容EC3和第四滤波电容EC4依次与第一滤波电容并联。

该全桥LLC模块包括：开关电路、谐振电路、变压器T1以及同步整流电路。

开关电路的输入端与升压电路的输出端连接，开关电路的输出端与谐振电路连接，变压器T1的输入端与谐振电路连接，变压器T1的输出端与同步整流电路连接。

该开关电路包括：第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6；谐振电路包括：第一电容C1和第一电感L1；同步整流电路包括：第七MOS管Q7、第八MOS管Q8、第九MOS管Q9和第十MOS管Q10。

第三MOS管Q3的漏极和第五MOS管Q5的漏极连接并连接至第一二极管D1的阴极，第三MOS管Q3的栅极连接至LLC控制芯片，第三MOS管Q3的源极连接第四MOS管Q4的漏极和第一电容C1的第一端，第五MOS管Q5的栅极连接LLC控制芯片，第五MOS管Q5的源极连接第六MOS管Q6的漏极和变压器T1的第二输入端，第四MOS管Q4的栅极连接LLC控制芯片，第四MOS管Q4的源极和第六MOS管Q6的源极接地，第六MOS管Q6的栅极连接LLC控制芯片。

第一电容C1的第二端连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端连接变压器T1的第一输入端，变压器T1的第一输出端连接第七MOS管Q7的源极，变压器T1的第二输出端连接第十MOS管Q10的漏极；第七MOS管Q7的漏极和第九MOS管Q9的漏极连接并输出供电信号；第七MOS管Q7的栅极连接LLC控制芯片，第九MOS管Q9的栅极连接LLC控制芯片，第九MOS管Q9的源极连接第十MOS管Q10的漏极；第八MOS管Q8的漏极连接第七MOS管Q7的源极，第八MOS管Q8的栅极连接LLC控制芯片，第八MOS管Q8的源极和第十MOS管Q10的源极接地，第十MOS管Q10的栅极连接LLC控制芯片。

本实用新型还提供一种换电柜，该换电柜包括本实用新型实施例公开的换电柜电源系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种换电柜电源系统，其特征在于，包括：一级电路和二级电路；

所述一级电路的输入端与供电模块连接、所述一级电路的输出端与所述二级电路的输入端连接，所述二级电路的输出端输出供电信号；

所述一级电路包括：多个PFC模块，所述二级电路包括：多个DC-DC模块；所述DC-DC模块为隔离DC-DC模块；

所述PFC模块用于对所述供电模块电压进行升压处理，并输出PFC电压；

所述DC-DC模块用于对所述PFC电压进行隔离转换后，输出所述供电信号。

2.根据权利要求1所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述PFC模块包括：单级非隔离AC-DC模块。

3.根据权利要求1所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述PFC模块为无桥PFC模块、CCM PFC模块和交错PFC模块中的任意一种；

所述DC-DC模块为全桥LLC模块、半桥LLC模块和移相全桥模块中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述多个PFC模块并联设置，且所述多个PFC模块的输入端分别与所述供电模块连接，所述多个PFC模块的输出端分别与所述多个DC-DC模块的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述PFC模块包括：无桥PFC模块；

所述无桥PFC模块包括：续流电路、升压电路及与所述升压电路连接的滤波电路；

所述续流电路的输入端与所述供电模块连接，所述续流电路的输出端与所述升压电路的输入端连接，所述升压电路的输出端输出所述PFC电压。

6.根据权利要求5所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述续流电路包括：第二二极管和第四二极管；所述升压电路包括：第二电感、第三电感、第一二极管、第三二极管、第一电流互感器、第二电流互感器、第一MOS管、第二MOS管、第一电阻和第二电阻；所述滤波电路包括：第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和第四滤波电容；

所述第二二极管的第二端和第三端连接所述供电模块的正端，所述第二二极管的第一端接地，所述第二二极管的第二端还连接所述第一二极管的阴极，所述第四二极管的第二端连接所述第一二极管的阴极，所述第四二极管的第三端连接所述供电模块的负端，所述第四二极管的第一端接地；

所述第二电感的第一端连接所述供电模块的正端，所述第二电感的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第三电感的第一端连接所述供电模块的负端，所述第三电感的第二端连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极输出所述PFC电压；所述第一电流互感器的第三端与所述第二电感的第二端连接，所述第一电流互感器的第四端连接所述第一MOS管的漏极，所述第一电流互感器的第一端连接至PFC控制芯片，所述第一电流互感器的第二端接地；所述第二电流互感器的第一端连接至所述PFC控制芯片，所述第二电流互感器的第二端接地，所述第二电流互感器的第三端连接所述第三电感的第二端，所述第二电流互感器的第四端连接所述第二MOS管的漏极；

所述第一MOS管的栅极连接至所述PFC控制芯片，所述第一MOS管的栅极还通过所述第一电阻接地，所述第一MOS管的源极接地；所述第二MOS管的栅极连接至所述PFC控制芯片，所述第二MOS管的栅极还通过所述第二电阻接地，所述第二MOS管的源极接地；所述第一滤波电容的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一滤波电容的第二端接地，所述第二滤波电容、所述第三滤波电容和所述第四滤波电容依次与所述第一滤波电容并联。

7.根据权利要求6所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述DC-DC模块包括：全桥LLC模块；

所述全桥LLC模块包括：开关电路、谐振电路、变压器以及同步整流电路；

所述开关电路的输入端与所述升压电路的输出端连接，所述开关电路的输出端与所述谐振电路连接，所述变压器的输入端与所述谐振电路连接，所述变压器的输出端与所述同步整流电路连接。

8.根据权利要求7所述的换电柜电源系统，其特征在于，所述开关电路包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管；所述谐振电路包括：第一电容和第一电感；所述同步整流电路包括：第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管；

所述第三MOS管的漏极和所述第五MOS管的漏极连接并连接至所述第一二极管的阴极，所述第三MOS管的栅极连接至LLC控制芯片，所述第三MOS管的源极连接所述第四MOS管的漏极和所述第一电容的第一端，所述第五MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第五MOS管的源极连接所述第六MOS管的漏极和所述变压器的第二输入端，所述第四MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第四MOS管的源极和所述第六MOS管的源极接地，所述第六MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片；

所述第一电容的第二端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端连接所述变压器的第一输入端，所述变压器的第一输出端连接所述第七MOS管的源极，所述变压器的第二输出端连接所述第十MOS管的漏极；所述第七MOS管的漏极和所述第九MOS管的漏极连接并输出所述供电信号；所述第七MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第九MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第九MOS管的源极连接所述第十MOS管的漏极；所述第八MOS管的漏极连接所述第七MOS管的源极，所述第八MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片，所述第八MOS管的源极和所述第十MOS管的源极接地，所述第十MOS管的栅极连接所述LLC控制芯片。

9.一种换电柜，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的换电柜电源系统。

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