CN217642719U - 浪涌保护电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浪涌保护电路与电子设备，浪涌保护电路包括第一钳位支路、第二钳位支路与第一信号处理支路。第一钳位支路的第一端与第一信号处理支路的第一端均用于输入第一信号，第一信号处理支路的第二端与第二钳位支路的第一端连接。第一钳位支路用于在第一信号中包含浪涌信号时从绝缘状态切换至导电状态，以将第一钳位支路的第一端的电压钳位为第一电压。第一信号处理支路用于滤除第一信号与第一电压中的尖峰。第二钳位支路用于在第一信号处理支路的第二端输出的电压大于第一电压阈值时导通，以将第二钳位支路的第一端钳位为第二电压。通过上述方式，能够提高浪涌保护的稳定性。

Description

浪涌保护电路与电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种浪涌保护电路与电子设备。

背景技术

浪涌(electrical surge)为瞬间出现超出稳定值的峰值，其包括浪涌电压和浪涌电流。在出现浪涌时，很可能会导致电子设备中的电子元件被损坏。例如，在天馈系统中，塔顶放大器或者天线电调单元有时会用到二进制启闭键控(On-Off Keying，OOK)调制解调器这一电子设备。由于基站离塔顶天线有一定距离，发生雷击时所产生的浪涌电流容易被同轴电缆通信线或OOK调制解调器的接口耦合，从而造成OOK调制解调器损坏。则需要设置相应的保护电路，以在出现浪涌时降低电子元件被损坏的风险。

传统的浪涌保护方案往往采用独立的瞬态二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)跨接在输入信号和地之间。

然而，该种方案的泄放电流的能力较差，即对浪涌电压的调节效果较差，从而导致传统的浪涌保护方案的稳定性较差。

实用新型内容

本申请旨在提供一种，本申请能够提高浪涌保护的稳定性。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种浪涌保护电路，包括：

第一钳位支路、第二钳位支路与第一信号处理支路；

所述第一钳位支路的第一端与所述第一信号处理支路的第一端均用于输入第一信号，所述第一信号处理支路的第二端与所述第二钳位支路的第一端连接；

所述第一钳位支路用于在所述第一信号中包含浪涌信号时从绝缘状态切换至导电状态，以将所述第一钳位支路的第一端的电压钳位为第一电压；

所述第一信号处理支路用于滤除所述第一信号与所述第一电压中的尖峰，并在所述第一信号处理支路的第二端输出；

所述第二钳位支路用于在所述第一信号处理支路的第二端输出的电压大于第一电压阈值时导通，以将所述第二钳位支路的第一端钳位为第二电压。

在一种可选的方式中，所述第一钳位支路包括压敏电阻与气体放电管；

所述压敏电阻的第一端用于输入所述第一信号，所述压敏电阻的第二端与所述气体放电管的第一端连接，所述气体放电管的第二端分别与第一接地端及第二接地端连接。

在一种可选的方式中，所述第一信号处理支路包括第一保险丝电阻与第一电感；

所述第一保险丝电阻的第一端用于输入所述第一信号，所述第一保险丝电阻的第二端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第一保险丝电阻与所述第一电感并联连接。

在一种可选的方式中，所述第二钳位支路包括第一二极管与第一瞬态二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第一信号处理支路的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一瞬态二极管的阴极连接，所述第一瞬态二极管的阳极与第一接地端连接。

在一种可选的方式中，所述浪涌保护电路还包括第二信号处理支路与第三钳位支路；

所述第二信号处理支路的第一端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第二信号处理支路的第二端与所述第三钳位支路的第一端连接；

所述第二信号处理支路用于滤除所述第二电压中的尖峰，并在所述第二信号处理支路的第二端输出；

所述第三钳位支路用于在所述第二信号处理支路的第二端输出的电压大于第二电压阈值时导通，以将所述第三钳位支路的第一端钳位为第三电压。

在一种可选的方式中，所述第二信号处理支路包括第二保险丝电阻与第二电感；

所述第二保险丝电阻的第一端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第二保险丝电阻的第二端与所述第三钳位之路的第一端连接，所述第二保险丝电阻与所述第二电感并联连接。

在一种可选的方式中，所述第三钳位支路包括第二二极管与第二瞬态二极管；

所述第二二极管的阳极与所述第二信号处理支路的第二端连接，所述第二二极管的阴极与所述第二瞬态二极管的阴极连接，所述第二瞬态二极管的阳极接地。

在一种可选的方式中，所述浪涌保护电路还包括第三二极管；

所述第三二极管的阳极与第一接地端连接，所述第三二极管的阴极与所述第一信号处理支路的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述浪涌保护电路还包括第一电容与第三电感；

所述第一电容的第一端分别与所述第三电感的第一端及所述第三钳位支路的第一端连接，所述第一电容的第二端用于与外部的信号接收设备连接，所述第三电感的第二端用于与外部的开关电源连接。

第二方面，本申请提供一种电子设备，该电子设备包括信号接收设备、开关电源以及如上所述的浪涌保护电路；

所述信号接收设备及所述开关电源皆与所述浪涌保护电路连接。

本申请的有益效果是：本申请提供的浪涌保护电路包括第一钳位支路、第二钳位支路与第一信号处理支路。其中，第一钳位支路的第一端与第一信号处理支路的第一端均用于输入第一信号，第一信号处理支路的第二端与第二钳位支路的第一端连接。在第一信号中包含浪涌信号时，一方面，第一钳位支路从绝缘状态切换至导电状态，以有效地消耗浪涌信号中的浪涌电流，并将第一钳位支路的第一端的电压钳位为第一电压；另一方面，第一信号处理支路在滤除第一信号与第一电压中的尖峰后从其第二输出至第二钳位支路的第一端，以使第二钳位支路导通，以再次消耗浪涌信号中的浪涌电流，并将第二钳位支路的第一端的电压钳位为第二电压。因此，在上述过程中包括两级浪涌保护，第一级为第一钳位支路，第二级为第二钳位支路与第一信号处理支路，相对于相关技术中仅采用独立的瞬态二极管的方案，能够更加有效地降低浪涌电流，即对浪涌电压的调节效果较佳，从而可提高浪涌保护的稳定性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的浪涌保护电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的浪涌保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的浪涌保护电路的结构示意图。如图1所示，浪涌保护电路100包括第一钳位支路10、第二钳位支路20与第一信号处理支路30。其中，第一钳位支路10的第一端与第一信号处理支路30的第一端均用于输入第一信号Sig，第一信号处理支路30的第二端与第二钳位支路20的第一端连接。

具体地，第一钳位支路10用于在第一信号Sig中包含浪涌信号时从绝缘状态切换至导电状态，以将第一钳位支路10的第一端的电压钳位为第一电压。第一信号处理支路30用于滤除第一信号Sig与第一电压中的尖峰，并在第一信号处理支路30的第二端输出滤除尖峰后的第一信号Sig与第一电压。第二钳位支路20用于在第一信号处理支路30的第二端输出的电压大于第一电压阈值时导通，以将第二钳位支路20的第一端的电压钳位为第二电压。

其中，第一电压阈值可根据实际应用情况进行设置，本申请实施例对此不作具体限制。例如，第一电压阈值可根据第二钳位支路20所选用的电子元件的特性进行设置。

在该实施例中，在第一信号Sig中包含浪涌信号，例如在发生雷击时，第一信号Sig的电压与电流急剧增大，则确定第一信号Sig中包含浪涌信号。此时，第一方面，第一钳位支路10从绝缘状态(未流过电流)切换至导电状态(可流过电流)，则浪涌信号中的浪涌电流可通过第一钳位支路10进行消耗。并且，第一钳位支路10切换至导电状态后，第一钳位支路10两端的电压能够保持为较为稳定的值，从而能够将第一钳位支路10的第一端的电压进行钳位，并钳位为第一电压。第二方面，第一信号处理支路30在滤除第一信号Sig中的尖峰以及第一电压中的尖峰后从其第二端输出至第二钳位支路20的第一端。此时，在第二钳位支路20的第一端的电压大于第一电压阈值时，第二钳位支路20触发导通，第二钳位支路20能够再次消耗浪涌信号中的浪涌电流，然后将第二钳位支路20的第一端的电压钳位为第二电压。

综上，通过两级保护，第一级为第一钳位支路10，第二级为第二钳位支路20与第一信号处理支路30，实现了第二钳位支路20的第一端输出的电流小于浪涌电流，输出的电压小于浪涌电压，从而能够更加有效地降低浪涌电流，即对浪涌电压的调节效果较佳，有利于提高浪涌保护的稳定性。

图2中示例性示出了第一钳位支路10的一种结构。如图2所示，第一钳位支路10包括压敏电阻MOV1与气体放电管G1。其中，压敏电阻MOV1的第一端用于输入第一信号Sig，压敏电阻MOV1的第二端与气体放电管G1的第一端连接，气体放电管G1的第二端分别与第一接地端GND和第二接地端PE连接。其中，第一接地端GND为数字信号的地，第二接地端PE为地球的地。压敏电阻MOV1的第一端作为第一钳位支路10的第一端。

其中，压敏电阻MOV1是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护电路中的电子元件。压敏电阻MOV1的响应时间为ns级，比气体放电管G1响应更快，因此，压敏电阻MOV1能够加快气体放电管G1的续流遮断，以大幅度地限制续流，使实际电流比可能出现的短路电流明显减小，从而避免了在使用气体放电管G1时因其导通泄流高峰后拖尾时间较长而可能损坏提供第一信号Sig的基站供电设备的问题。

气体放电管G1的工作原理为，在气体放电管G1的两端施加一定电压时，便在气体放电管G1间产生不均匀电场，在此电场作用下，气体放电管G1内气体开始游离。当外加电压增大到使气体放电管G1的两端间场强超过气体的绝缘强度时，气体放电管G1的两端之间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态。继而，气体放电管G1导通后其两端的电压维持在放电弧道所决定的残压水平，这种残压一般很低，在该实施例中，该残压即为第一电压。其次，由于气体放电管G1与压敏电阻MOV1为串联连接，则在一实施方式中，可将气体放电管G1的寄生电容设置在1pF左右，此时气体放电管G1的寄生电容较小，小于压敏电阻MOV1老化后的寄生电容，则该第一钳位支路10的总电容小于气体放电管G1的寄生电容，从而能够克服压敏电阻MOV1老化后漏电流大而使其寄生电容较大，并导致对浪涌电流的消耗效果较差的缺点。

在一实施例中，如图2所示，浪涌保护电路100还包括第三钳位支路40与第二信号处理支路50。其中，第二信号处理支路50的第一端与第二钳位支路20的第一端连接，第二信号处理支路50的第二端与第三钳位支路40的第一端连接，第三钳位之路40的第二端接地GND。

第二信号处理支路50用于滤除第二电压中的尖峰，并在第二信号处理支路50的第二端输出。第三钳位支路40用于在第二信号处理支路50的第二端输出的电压大于第二电压阈值时导通，以将第三钳位支路40的第一端的电压钳位为第三电压。

其中，第二电压阈值可根据实际应用情况进行设置，本申请实施例对此不作具体限制。例如，第二电压阈值可根据第三钳位支路40所选用的电子元件的特性进行设置。

这里，第三钳位之路40与第二钳位支路20的功能与实现过程类似，第二信号处理支路50与第一信号处理支路40的功能与实现过程类似，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。

在该实施例中，通过增加第三钳位支路40与第二信号处理支路50以实现第三级保护，即可用于进一步降低浪涌电流与浪涌电压。当然可以理解的是，在不用的应用场景中浪涌信号的大小不同，则在其他的实施例中，还可参照增加第三钳位支路40与第二信号处理支路50的方式继续增加更多级别的保护，具体实现过程与上述实施例类似，这里不再赘述。

图2中还示例性示出了第一信号处理支路30的一种结构。其中，第一信号处理支路30包括第一保险丝电阻F1与第一电感L1。具体地，第一保险丝电阻F1的第一端用于输入第一信号Sig，第一保险丝电阻F1的第二端与第二钳位支路20的第一端连接，第一保险丝电阻F1与第一电感L1并联连接。第一保险丝电阻F1的第一端作为第一信号处理支路30的第一端，第一保险丝电阻F1的第二端作为第一信号处理支路30的第二端。

在该实施例中，第一保险丝电阻F1通常用来当作电阻器使用，一旦电流异常时就发挥其保险丝的作用。换言之，当第一信号Sig的电压未达到能够使第一保险丝电阻F1熔断(包括第一信号Sig中包含浪涌信号)时，第一保险丝电阻F1作为电阻使用，此时，由于第一电感L1的等效电阻较小，则第一信号Sig中的直流部分主要从第一电感L1流过，而第一电感L1又阻碍交流电流，则第一信号Sig中的交流部分主要从第一保险丝电阻F1流过，相当于第一保险丝电阻F1起到了阻直流通交流的作用；只有当第一信号Sig的电压增大至能够使第一保险丝电阻F1熔断，例如，浪涌信号中的浪涌电流过大，而导致第一信号Sig的电压增大至能够使第一保险丝电阻F1熔断时，第一保险丝电阻F1熔断。

第一电感L1则用于保护后续电路(例如第二钳位支路20)不因浪涌信号中的浪涌电压与浪涌电流过大而损坏。相当于第一电感L1用于退耦作用，退去第一钳位支路10的第一端上与第二钳位支路20之间的耦合，换言之即实现了隔离作用。并且第一电感L1还能够滤除掉第一钳位支路10的第一端上的信号(包括第一信号Sig与第一电压)的尖峰，以进一步对后续电路起到保护作用。

图2中还示例性示出了第二钳位支路20的一种结构。其中，第二钳位支路20包括第一二极管D1与第一瞬态二极管TVS1。其中，第一二极管D1的阳极与第一信号处理支路30的第二端连接，第一二极管D1的阴极与第一瞬态二极管TVS1的阴极连接，第一瞬态二极管TVS1的阳极与第一接地端GND连接。

在该实施例中，当第一瞬态二极管TVS1的两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压钳位在一个预定的数值上。从而，当第一信号Sig中包含浪涌信号时，第一瞬态二极管TVS1上的电压大于其钳位电压，第一瞬态二极管TVS1反向导通，并将其两端的电压钳位在其钳位电压，该钳位电压即为第二电压。第一二极管D1则用于保持第一瞬态二极管TVS1只能够反向导通。

在实际应用中，当第一信号Sig中包括浪涌信号时，第一信号Sig的电压和电流都瞬间增大。此时，第一瞬态二极管TVS1的反应速度快于压敏电阻MOV1的反应速度，且压敏电阻MOV1的反应速度快于气体放电管G1的反应速度，则第一瞬态二极管TVS1最先反应。但由于第一瞬态二极管TVS1一般较弱，为避免第一瞬态二极管TVS1因电流过大而损坏，因此设置第一电感L1以实现退耦，且为了保持第一信号Sig的完整，需设置第一保险丝电阻F1以通过第一信号Sig中的交流部分。继而，第一瞬态二极管TVS1被反向击穿而导通，并将第一瞬态二极管TVS1的第一端的电压钳位在第二电压。

之后，压敏电阻MOV1与气体放电管G1对第一信号Sig做出反应，并将压敏电阻MOV1的第一端钳位在第一电压。此时，第一电压经过第一信号处理支路30后输入至第二钳位支路20的第一端，同样能够将第二钳位支路20的反向击穿，以使第二钳位支路20的第一端保持被钳位为第二电压。

图2中还示例性示出了第二信号处理支路50的一种结构。其中，第三信号处理支路50包括第二保险丝电阻F2与第二电感L2。

第二保险丝电阻F2的第一端与第二钳位支路20的第一端连接，第二保险丝电阻F2的第二端与第三钳位之路40的第一端连接，第二保险丝电阻F2与第二电感L2并联连接。第二保险丝电阻F2的第一端作为第二信号处理支路50的第一端，第二保险丝电阻F2的第二端作为第二信号处理支路50的第二端。

在该实施例中，当第二电压未达到能够使第二保险丝电阻F2熔断时，第二保险丝电阻F2作为电阻使用，此时第二钳位支路20的第一端的信号中的直流部分主要从第二电感L2流过，第二钳位支路20的第一端的信号中的交流部分主要从第二保险丝电阻F2流过，第二保险丝电阻F2起到了阻直流通交流的作用；只有当第二电压增大至能够使第二保险丝电阻F2熔断，第二保险丝电阻F2才熔断。

第二电感L2则用于保护后续电路(例如第三钳位支路40)不因浪涌信号中的浪涌电压与浪涌电流过大而损坏。同样地，第二电感L2可起到退耦作用。

图2中还示例性示出了第三钳位支路40的一种结构。其中，第三钳位支路40包括第二二极管D2与第二瞬态二极管TVS2。

第二二极管D2的阳极与第二信号处理支路50的第二端连接，第二二极管D2的阴极与第二瞬态二极管TVS2的阴极连接，第二瞬态二极管TVS2的阳极与第一接地端GND连接。第二二极管D2的阳极作为第三钳位支路40的第一端，第二瞬态二极管TVS2的阳极作为第三钳位支路40的第二端。

在该实施例中，当第二信号处理支路50的第二端输出的电压大于第二电压阈值时，第二瞬态二极管TVS2上的电压大于其钳位电压，第二瞬态二极管TVS2反向导通，并将其两端的电压钳位在其钳位电压，该钳位电压即为第三电压。第二二极管D2则用于保持第二瞬态二极管TVS2只能够反向导通。

在一实施例中，浪涌保护电路100还包括第三二极管D3。其中，第三二极管D3的阳极与第一接地端GND连接，第三二极管D3的阴极与第一信号处理支路30的第二端连接。

具体地，第三二极管D3用于作为防电源反接二极管，即当出现电源反接时，第一接地端GND上的电压大于第三二极管D3的阴极的电压，此时，第三二极管D3正向导通，以将第一接地端GND上的电压钳位在第三二极管D3的导通压降。例如，在一实施方式中，第三二极管D3选用导通压降为0.4V的肖特基二极管，则在出现电源反接时，第一接地端GND上的电压被钳位在0.4V。

在一实施例中，浪涌保护电路100还包括第一电容C1与第三电感L3。其中，第一电容C1的第一端分别与第三电感L3的第一端及第三钳位支路40的第一端连接，第一电容C1的第二端用于与外部的信号接收设备200连接，第三电感L3的第二端用于与外部的开关电源300连接。

在该实施例中，第一电容C1为耦合电容，第三电感L3用于起到隔离作用。

本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括信号接收设备、开关电源以及如上任一实施例中的浪涌保护电路100。

其中，信号接收设备及开关电源皆与浪涌保护电路100连接。开关电源用于提供电源，信号接收设备用于接收经过浪涌保护电路100处理后的第一信号与电源叠加后的信号。

在一实施方式中，该电子设备为天馈系统中的塔顶放大器或者天线电调单元，则信号接收设备为OOK调制解调器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种浪涌保护电路，其特征在于，包括：

第一钳位支路、第二钳位支路与第一信号处理支路；

所述第一钳位支路的第一端与所述第一信号处理支路的第一端均用于输入第一信号，所述第一信号处理支路的第二端与所述第二钳位支路的第一端连接；

所述第一钳位支路用于在所述第一信号中包含浪涌信号时从绝缘状态切换至导电状态，以将所述第一钳位支路的第一端的电压钳位为第一电压；

所述第一信号处理支路用于滤除所述第一信号与所述第一电压中的尖峰，并在所述第一信号处理支路的第二端输出；

所述第二钳位支路用于在所述第一信号处理支路的第二端输出的电压大于第一电压阈值时导通，以将所述第二钳位支路的第一端的电压钳位为第二电压。

2.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第一钳位支路包括压敏电阻与气体放电管；

所述压敏电阻的第一端用于输入所述第一信号，所述压敏电阻的第二端与所述气体放电管的第一端连接，所述气体放电管的第二端分别与第一接地端及第二接地端连接。

3.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第一信号处理支路包括第一保险丝电阻与第一电感；

所述第一保险丝电阻的第一端用于输入所述第一信号，所述第一保险丝电阻的第二端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第一保险丝电阻与所述第一电感并联连接。

4.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第二钳位支路包括第一二极管与第一瞬态二极管；

所述第一二极管的阳极与所述第一信号处理支路的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一瞬态二极管的阴极连接，所述第一瞬态二极管的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述浪涌保护电路还包括第二信号处理支路与第三钳位支路；

所述第二信号处理支路的第一端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第二信号处理支路的第二端与所述第三钳位支路的第一端连接；

所述第二信号处理支路用于滤除所述第二电压中的尖峰，并在所述第二信号处理支路的第二端输出；

所述第三钳位支路用于在所述第二信号处理支路的第二端输出的电压大于第二电压阈值时导通，以将所述第三钳位支路的第一端的电压钳位为第三电压。

6.根据权利要求5所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第二信号处理支路包括第二保险丝电阻与第二电感；

所述第二保险丝电阻的第一端与所述第二钳位支路的第一端连接，所述第二保险丝电阻的第二端与所述第三钳位之路的第一端连接，所述第二保险丝电阻与所述第二电感并联连接。

7.根据权利要求5所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述第三钳位支路包括第二二极管与第二瞬态二极管；

所述第二二极管的阳极与所述第二信号处理支路的第二端连接，所述第二二极管的阴极与所述第二瞬态二极管的阴极连接，所述第二瞬态二极管的阳极与第一接地端连接。

8.根据权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述浪涌保护电路还包括第三二极管；

所述第三二极管的阳极与第一接地端连接，所述第三二极管的阴极与所述第一信号处理支路的第二端连接。

9.根据权利要求5所述的浪涌保护电路，其特征在于，所述浪涌保护电路还包括第一电容与第三电感；

所述第一电容的第一端分别与所述第三电感的第一端及所述第三钳位支路的第一端连接，所述第一电容的第二端用于与外部的信号接收设备连接，所述第三电感的第二端用于与外部的开关电源连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括信号接收设备、开关电源以及如权利要求1-9任意一项所述的浪涌保护电路；

所述信号接收设备及所述开关电源皆与所述浪涌保护电路连接。

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