DE69903225T2 - Schaltungsanordnung für Entladungslampen (EL) - Google Patents
Schaltungsanordnung für Entladungslampen (EL)Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für ein EL (Elektrolumineszenz) Element.
- Gegenwärtig gibt es Fälle, wo ein EL-Element als Hintergrundlicht für eine an einem kleinen elektronischen Gerät, z. B. einer Armbanduhr, angebrachten Flüssigkristallanzeige benutzt wird. Es wird eine Treiberschaltung kleiner Größe benötigt, um einen Wechselstrom zu erzeugen, der ein EL-Element der obigen Art treibt. Obwohl es bisher allgemein üblich war, einen Transformator als ein Element zur Spannungserhöhung zu verwenden, ist dies zum Erreichen einer verminderten Größe nicht vorteilhaft. Es gibt z. B. einen Vorschlag für eine Treiberschaltung, wie in Fig. 6 gezeigt. Diese umfasst einen Spannungserhöhungskreis X1, um die Spannung zwischen einem Stromanschluss VDD und einem Stromanschluss VSS zu erhöhen, und einen H-Brückenkreis X3, um eine Ausgangsspannung des Spannungserhöhungskreises X1 an ein EL-Element X2 anzulegen. Der Spannungserhöhungskreis X1 hat eine Spule X4 und ein Schalterelement X5, die zwischen den Stromanschlüssen VDD und VSS in Reihe geschaltet sind, und eine Diode X6, die an einem Verbindungspunkt zwischen der Spule X4 und dem Schalterelemnt X5 angeschlossen ist. Durch intermittierendes Einschalten des Schalterelements X5 wird an der Spule X4 eine Spannung induziert und über die Diode X6 ausgegeben. Der H-Brückenkreis X3 besitzt Schaltelemente X7, X8, die zwischen der Diode X6 und dem Stromanschluss VSS in Reihe geschaltet sind, und Schaltelemente X9, X10, die ähnlich zwischen der Diode X6 und dem Stromanschluss VSS in Reihe geschaltet sind, und ein EL-Element X2, das zwischen einem Verbindungspunkt der Schaltelemente X7, X8 und einem Verbindungspunkt der Schaltelemente X9, X10 angeordnet ist, wodurch das EL-Element in jeweiligen Richtungen geladen und entladen wird.
- Dies wird genauer mit Verweis auf ein Zeitdiagramm in Fig. 7 erklärt. Wenn z. B. bei Zeit t0 die Schaltelemente X7, X10 zuerst eingeschaltet werden und dann der intermittierende Betrieb des Schaltelements X5 begonnen wird, beginnt sich das EL-Element X2 aufzuladen, um allmählich eine Anschluss-zu-Anschluss-Spannung des EL-Elements X2 auf etwa 100 V zu erhöhen. Dann wird, wenn bei Zeit t1 der intermittierende Einschaltbetrieb des Schaltelements X5 angehalten wird, und das Schaltelement X7 ausgeschaltet wird, und das Schaltelement X8 eingeschaltet wird, die an dem EL-Element X2 geladene Spannung entladen. Dann wird bei Zeit t2 das Schaltelement X10 ausgeschaltet, und das Schaltelement X9 wird eingeschaltet, und dann wird der intermittierende Einschaltbetrieb des Schaltelements X5 gestartet. Dies bewirkt, dass das EL-Element X2 von einer der Zeit t0 entgegengesetzten Anschlussseite aufgeladen wird. Dann wird, wenn bei Zeit t3 das Schaltelement X5 den intermittierenden Einschaltbetrieb anhält, und das Schaltelement X9 ausgeschaltet wird, und das Schaltelement X10 eingeschaltet wird, die an dem EL-Element X2 geladene Spannung entladen. Durch Wiederholen des obigen Vorgangs wird das EL-Element X2 in den jeweiligen Richtungen entladen. Jedes Schaltelement verwendet z. B. einen Bipolar- oder MOS-Transistor.
- Bei dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau erfolgt aber die Entladung abrupt in einem Kurzschlusszustand, was die folgenden Probleme aufwirft.
- (1) Wenn das EL-Element ein piezoelektrisches Material benutzt, verursacht die sich abrupt verändernde Ladespannung eine Deformation des EL-Elements und bringt ein Geräusch hervor.
- (2) Ein sofortiger Fluss von elektrischem Strom vermag ein Brennen in einem Elektrodenbereich des EL-Elements, wo sich der elektrische Strom konzentriert, verursachen.
- (3) Ein großer Entladungsstrom verursacht Funkwellenrauschen, das sich auf einen peripheren Schaltkreis überträgt.
- (4) Weil das EL-Element Spannungswellenformen zwischen den Anschlüssen hat, die bei Entladung eine hochfrequente Komponente enthalten, wird die Halbwertszeit der Helligkeit kurz.
- (5) Wegen des hohen Stromflusses muss der als Schaltlement benutzte Transistor vergrößert werden.
- FR-A-2 317 722 offenbart eine Steuer- und Treiberschaltung für ein EL-Element, die eine Spule und ein Schaltelement und eine Diode in einem ersten Reihenschaltungsweg zum Laden einer das EL-Element bildenden kapazitiven Last und ebenso in einem zweiten Schaltungsweg zum Entalden dieses EL-Elements umfasst. Die Kapazität des EL-Elements bildet zusammen mit jeder Spule des Reihenschaltungsweges einen Schwingkreis zum Laden und Entladen der Kapazität, wenn der Entsprechende der zwei Schalter geschlossen wird, um die Kapazität über den jeweiligen Reihenschaltungsweg mit einer Spannungsquelle zu verbinden.
- US-A-4 540 899 offenbart eine Erregerschaltung für Druckhammer-Antriebsspulen, bei der ein einzelner Transistor und eine einzelne Diode für jede Spule verwendet werden. Zwei Spannungsquelleneinrichtungen, von denen eine ein Kondensator sein kann, sind in Reihe geschaltet. Die Antriebsspule ist mit dem einzelnen Transistor in Reihe geschaltet, und eine der Spannungsquellen wird aktiviert, wenn der Transistor Ein ist. Die Antriebsspule entlädt sich in einen Serienkreis, der die Diode umfasst, und die andere der Spannungsquellen und lädt die Letztere auf, wenn der Transistor Aus ist. Ein Energie-Wiederherstellungskreis wird offenbart, wenn Energie von der letzteren Spannungsquelle empfangen und an die erste Spannungsquelle zurückgeführt wird.
- Bei der vorliegenden Erfindung werden daher eine Spule und ein Schaltelement auf dem Entladungsweg eines EL-Elements bereitgestellt, so dass das Schaltelement für eine geeignete Dauer eingeschaltet bleibt, um eine intermittierende Entladung über die Spule zu bewirken, wodurch verhindert wird, dass sich das EL-Element abrupt entladen kann. Infolgedessen ist es möglich, Rauschen und Elektrodenabbrand zu unterdrücken und die Größe des Schaltelements zu vermindern.
- Eine Treiberschaltung für ein EL-Element, mit der ein Vorgang wiederholt wird, dass ein EL- Element allmählich aufgeladen wird, um eine Spannung zwischen den Anschlüssen des EL- Elements auf eine zum Treiben benötigte Spannung zu erhöhen und danach eine Entladung zu veranlassen, werden eine Spule und ein Schaltelement auf einem Entladungsweg des EL-Elements bereitegstellt, um das Schaltelement für eine passende Zeit einzuschalten und eine intermittierende Entladung über die Spule zu bewirken.
- Eine Treiberschaltung für ein EL-Element umfasst vorzugsweise ein erstes Schaltelement, das während einer ersten Zeitdauer eine Spule zwischen einer ersten Stromquelle und einer zweiten Stromquelle, deren Spannung niedriger als die der ersten Stromquelle ist, intermittierend verbindet, um in der Spule eine Spannung zu induzieren; einen H-Brückenkreis, der ein EL-Element in jeweiligen Richtungen zwischen einem Anschluss zum Ausgeben der induzierten Spannung und einem Anschluss der zweiten Stromquelle verbindet, und ein zweites Schaltelement, das einen Anschluss einer Seite höheren Potentials des durch die induzierte Spannung aufgeladenen EL-Elements während einer zweiten Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer mit der Spule intermittierend verbindet, um zu bewirken, dass sich das EL- Element über die Spule entlädt.
- Noch besser umfasst eine Treiberschaltung für ein EL-Element ein erstes Schaltelement, das während einer ersten Zeitdauer eine erste Spule zwischen einer ersten Stromquelle und einer zweiten Stromquelle, deren Spannung niedriger als die der ersten Stromquelle ist, intermittierend verbindet, um an der Spule eine induzierte Spannung zu erzeugen; einen H-Brückenkreis, der ein EL-Element in jeweiligen Richtungen zwischen einem Anschluss zum Ausgeben der induzierten Spannung und einem Anschluss der zweiten Stromquelle verbindet, und ein zweites Schaltelement, das einen Anschluss auf einer Seite höheren Potentials des durch die induzierte Spannung geladenen EL-Elements während einer zweiten Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer mit einer zweiten Spule intermittierend verbindet, um das EL-Element zu veranlassen, sich über die Spule zu entladen.
- Noch besser ist es, wenn die induzierte Spannung nach Ladung durch einen Kondensator dem EL-Element zugeführt wird, und eine Ladespannung des Kondensators zusammen mit der Entladung des EL-Elements über die Spule entladen wird.
- Noch besser ist es, wenn die Zeit der intermittierenden Entladung allmählich erhöht wird.
- Fig. 1 ist eine erläuternde Zeichnung zum Erklären eines Aufbaus einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären der Funktion von Fig. 1.
- Fig. 3 ist eine erläuternde Zeichnung zum Erklären eines Aufbaus einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 4 ist eine erläuternde Zeichnung zum Erklären eines Aufbaus einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 5 ist eine erläuternde Zeichnung zum Erklären eines Aufbaus einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 6 ist eine erläuternde Zeichnung zum Erklären eines Aufbaus nach dem Stand der Technik.
- Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären der Funktion von Fig. 6.
- Im Folgenden wird eine Treiberschaltung für ein EL-Element gemäß einer ersten Ausführung erklärt. Fig. 1 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Konfiguration einer vorliegenden Ausführung zeigt. Die Treiberschaltung für ein EL-Element in der Ausführung umfasst einen Spannungserhöhungskreis 1, um eine Spannung zwischen einem Stromanschluss VDD und einem Stromanschluss VSS zu erhöhen, und einen H-Brückenkreis 3, um eine Ausgangsspannung des Spannungserhöhungskreises 1 an ein EL-Element 2 anzulegen.
- Der Spannungserhöhungskreis 1 besitzt eine Spule 4 und ein erstes Schaltelement SW1, die zwischen den Stromanschlüssen VDD und VSS in Reihe geschaltet sind, und eine Diode 5, die an einem Verbindungspunkt zwischen der Spule 4 und dem ersten Schaltelement SW1 angeschlossen ist. Durch intermittierendes Einschalten des ersten Schaltelements SW1 wird an der Spule 4 eine Spannung induziert und über die Diode 5 ausgegeben. Des Weiteren ist ein Kondensator 6 zur Stabilisierung der Ausgangsspannung zwischen eine Ausgangsseite der Diode 5 und den Stromanschluss VSS geschaltet, dessen Verbindungspunkt ein Ausgangsanschluss AUS ist. Im Übrigen ist es möglich, die Schaltung so aufzubauen, dass nur das EL-Element 2 ohne einen Kondensator 6 geladen wird.
- Der H-Brückenkreis 3 besitzt Schaltelemente S1, S2, die zwischen dem Ausgangsanschluss AUS und dem Stromanschluss VSS in Reihe geschaltet sind, und Schaltelemente S3, S4, die ähnlich zwischen dem Ausgangsanschluss AUS und dem Stromanschluss in Reihe geschaltet sind. Zwischen einem Verbindungspunkt der Schaltelemente S1, S2 und einem Verbindungspunkt der Schaltelemente S3, S4 ist das EL-Element 2 so angeschlossen, dass es in jeweiligen Richtungen geladen und entladen wird.
- Des Weiteren wird das zweite Schaltelement SW2 zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements SW1 und der Spule 4 und dem Ausgangsanschluss AUS bereitgestellt. Das EL-Element 2 wird durch einen Stromfluss zu einer Seite des Stromanschlusses VDD über dieses zweite Schaltelement SW2 und die Spule 4 entladen.
- Obwohl nicht besonders gezeigt, kann jedes der obigen Schaltelemente mit einem bipolaren Transistor, einen MOS-Transistor oder dergleichen aufgebaut und durch eine Steuerschaltung geeignet ein- und ausgeschaltet werden.
- Im Folgenden wird nun die Funktion der vorliegenden Ausführung mit Verweis auf ein Zeitdiagramm in Fig. 2 erklärt. In diesem Diagramm stellen SW1 und SW2 das erste und zweite Schaltelement in Ein/Aus-Zuständen dar. S1 bis S4 zeigen Ein/Aus-Zustände der Schaltelemente S1 bis S4, wobei "H" den Zustand Ein und "L" den Zustand Aus darstellen. In demselben Diagramm wird auch die typische Einschaltzeit gezeigt. Die Frequenz, bei der das erste oder zweite Schaltelement SW1, SW2 arbeiten, liegt tatsächlich bei 10 kHz bis 50 kHz. Insbesondere nimmt die Einschaltzeit des zweiten Schaltelements SW2 allmählich zu, wie in einer Vergrößerung des Teils α veranschaulicht. Unterdessen liegt, obwohl in diesem Diagramm nicht gezeigt, die Frequenz, bei der die Schaltelemente S1 bis S4 einschalten, bei 400 bis 500 Hz. Desgleichen zeigt in diesem Diagramm E0 eine typische Anschluss-zu-Anschluss-Spannung über dem EL-Element in Bezug auf einen Anschluss T0 des EL-Elements 2 als Referenz.
- Zuerst werden bei Zeit t0 die Schaltelemente S1, S4 eingeschaltet, und dann beginnt das erste Schaltelement mit dem intermittierenden Einschaltbetrieb. Als Folge wird der Kondensator 6 aufgeladen, um das Aufladen des EL-Elements 2 von einer Seite des Anschlusses T1 zu beginnen. Die Anschluss-zu-Anschluss-Spannung des EL-Elements 2 wird allmählich auf etwa 100 V erhöht.
- Dann wird bei Zeit t1 der intermittierende Einschaltbetrieb des ersten Schaltelements SW1 angehalten, und das zweite Schaltelement SW2 beginnt den intermittierenden Einschaltbetrieb. Das Einschalten des zweiten Schaltelements SW2 erlaubt es, dass sich die Ladungen des Kondensators 6 und des EL-Elements 2 über das Schaltelement SW1, das zweite Schaltelement SW2 und die Spule 4 in Richtung des Stromanschlusses VDD entladen. Unterdessen kann, weil der Stromanschluss VDD mit einer Batterie (z. B. 1.5 V) verbunden ist, davon ausgegangen werden, dass ein Strom von der Batterie zu dem Stromanschluss VSS fließt. Eine abrupte Entladung wird hier durch eine Zeitkonstante der Spule 4 verhindert. Jedes Mal, wenn das zweite Schaltelement SW2 eingeschaltet wird, werden der Kondensator 6 und das EL-Element 2 entladen, um die Anschluss-zu-Anschluss-Spannung des EL-Elements 2 allmählich zu vermindern. Dadurch wird die Entladung unterdrückt.
- Dann wird, wenn die Entladung endet, der intermittierende Einschaltbetrieb des zweiten Schaltelements SW2 angehalten, und die Schaltelemente S1, S4 werden ausgeschaltet. Bei Zeit t2 werden unmittelbar danach die Schaltelemente S2, S3 eingeschaltet, und dann beginnt das erste Schaltelement SW1 mit dem intermittierenden Einschaltbetrieb. Als Folge wird der Kondensator 6 geladen, um das Laden des EL-Elements 2 von der Anschlussseite T0 zu beginnen. Die Anschluss-zu-Anschluss-Spannung des EL-Elements 2 wird allmählich auf etwa 100 V erhöht.
- Dann wird bei Zeit t3 der intermittierende Einschaltbetrieb des ersten Schaltelements SW1 angehalten, und das zweite Schaltelement SW2 beginnt intermittierend einzuschalten. Das Einschalten des zweiten Schaltelements SW2 erlaubt den Ladungen auf dem Kondensator 6 und dem EL-Element 2, sich über das Schaltelement S2, das zweite Schaltelement SW2 und die Spule 4 in Richtung des Stromanschlusses VDD zu entladen. Die Anschluss-zu-Anschluss-Spannung des EL-Elements 2 nimmt somit allmählich ab.
- Wenn die Entladung beendet ist, wird der intermittierende Einschaltbetrieb des zweiten Schaltelements SW2 angehalten, und die Schaltelemente S2, S3 werden ausgeschaltet.
- Danach wird das EL-Element durch Wiederholen des Vorgangs von Zeit t0 an getrieben.
- Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführung die Ladung auf dem EL-Element 2 über die Spule 4 intermittierend entladen, wodurch eine abrupte Entladung, Rauschen und Elektrodenabbrand unterdrückt werden. Auch die Größe der Schaltelemente kann vermindert werden.
- Insbesondere wird, wenn das zweite Schaltelement so eingestellt ist, dass es seine Einschaltdauer allmählich erhöht, eine abrupte Entladung zu Beginn einer Entladung, wo das EL-Element 2 an einer hohen Klemmenspannung liegt, unterdrückt. Außerdem wird die Spannungs-Wellenform der Klemmenspannung des EL-Elements 2 einer Sinuswelle angenähert, was die Antriebswirksamkeit für das EL-Element 2 verbessert.
- Die vorliegende Erfinding ist indessen nicht auf den Aufbau der oben beschriebenen ersten Ausführung begrenzt.
- Eine zweite Ausführung wird nun in Fig. 3 gezeigt. In dieser und den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Verweiszeichen jeweils Komponenten, die mit denen in Fig. 1 identisch sind. Die zweite Ausführung ist so aufgebaut, dass sich die Ladung auf dem EL-Element 2 entlädt, ohne die Schaltelemente S1, S3 zu durchlaufen. Deshalb werden SWA und SWB als das zweite Schaltelement bereitgestellt. Diese Ausführung arbeitet ähnlich der ersten Ausführung, außer dass die zweiten Schaltelemente SWA, SWB, abhängig von einer Ladungsrichtung des EL-Elements 2, abwechselnd benutzt werden, wodurch eine der ersten Ausführung ähnliche Wirkung erzielt wird.
- Als Nächstes wird in Fig. 4 eine dritte Ausführung gezeigt. Diese Ausführung ist zusätzlich mit einer Entladungsspule 7 versehen. Das heißt, eine Spule 7 und ein zweites Schaltelement sind zwischen dem Ausgangsanschluss AUS und dem Stromanschluss VSS in Reihe geschaltet. Auch bei dieser Ausführung arbeitet jedes Schaltelement wie in dem Zeitdiagramm von Fig. 2 gezeigt, um eine Entladung von dem EL-Element 2 über die Spule 7 zu dem Stromanschluss VSS zu bewirken. Diese Ausführung stellt ebenfalls eine der ersten Ausführung ähnliche Wirkung bereit.
- Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführung. Diese Ausführung ist, ähnlich der dritten Ausführung, ebenfalls zusätzlich mit einer Entladungsspule 7 versehen. Die Anordnung unterscheidet sich jedoch von der der obigen Ausführung. Bei der vorliegenden Ausführung ist eine Reihenschaltung der Spule 7 und dem zweiten Schaltelement SW2 parallel zu dem EL-Element 2 geschaltet. Was die Funktion der vorliegenden Ausführung betrifft, so wird jedes Schaltelement wie in dem Zeitdiagramm von Fig. 2 gezeigt betrieben, um die Entladung des EL-Elements 2 über die Spule 7 zu dem Stromanschluss VSS zu veranlassen. Die vorliegende Ausführung stellt ebenfalls eine der ersten Ausführung ähnliche Wirkung bereit.
- Erfindungsgemäß werden eine Spule und ein Schaltelement auf einem Entladungsweg für ein EL-Element bereitgestellt, so dass das Schaltelement für eine richtige Dauer eingeschaltet bleibt, um eine intermittierende Entladung über die Spule zu bewirken, wodurch verhindert wird, dass das EL-Element abrupt entladen wird. Infolgedessen ist es möglich, Rauschen und Elektrodenabbrand zu verhindern und die Größe des Schaltelements, z. B. Bipolar- oder MOS-Transistor, zu verringern.
- Des Weiteren kann, wenn das zweite Schaltelement eine allmählich erhöhte Einschaltdauer aufweist, eine abrupte Entladung zu Anfang der Entladung, wo sich das EL-Element an einer hohen Klemmenspannung befindet, verhindert werden. Gleichzeitig wird die Wellenform der Spannung zwischen den Anschlüssen des EL-Elements nahezu sinusförmig gemacht, und die Effizienz der Ansteuerung des EL-Elements kann verbessert werden.
Claims (5)
1. Treiberschaltung für ein EL-Element (2), die umfasst:
ein erstes Schaltelement (SW1), das in einem ersten Zeitabschnitt (t0-t1) eine erste Spule
(4) zwischen einer ersten Stromquelle (VDD) und einer zweiten Stromquelle (VSS), deren
Potential niedriger als das der ersten Stromquelle ist, intermittierend verbindet, um an der
Spule (4) eine induzierte Spannung zu erzeugen;
einen H-Brückenkreis (3), der ein EL-Element (2) in jeweiligen Richtungen zwischen einem
Anschluss (T1, T0) zum Ausgeben der induzierten Spannung und einem Anschluss der
zweiten Stromquelle (VSS) verbindet, und
ein zweites Schaltelement (SW2), das einen Anschluss (T1, T0) auf einer Seite höheren
Potentials des durch die induzierte Spannung aufgeladenen EL-Elements (2) in einem zweiten
Zeitabschnitt (t1-t2) nach dem ersten Zeitabschnitt (t0-t1) mit der Spule (4) intermittierend
verbindet, um das EL-Element (2) zu veranlassen, sich über die Spule (4) zu entladen.
2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die induzierte Spannung dem EL-Element
(2) nach dem Laden durch einen Kondensator (6) zugeführt wird, und eine Ladespannung
des Kondensators (6) zusammen mit der Entladung des EL-Elements (2) über die Spule (4)
entladen wird.
3. Treiberschaltung für ein EL-Element (2), die umfasst:
ein erstes Schaltelement (SW1); das in einem ersten Zeitabschnitt eine erste Spule (4)
zwischen einer ersten Stromquelle (VDD) und einer zweiten Stromquelle (VSS), deren
Potential niedriger als das der ersten Stromquelle ist, intermittierend verbindet, um an der
ersten Spule (4) eine induzierte Spannung zu erzeugen;
einen H-Brückenkreis (3), der ein EL-Element (2) in jeweiligen Richtungen zwischen einem
Anschluss (T1, T0) zum Ausgeben der induzierten Spannung und einem Anschluss der
zweiten Stromquelle (VSS) verbindet, und
ein zweites Schaltelement (SW2), das einen Anschluss (T1, T0) auf einer Seite höheren
Potentials des durch die induzierte Spannung aufgeladenen EL-Elements (2) in einem zweiten
Zeitabschnitt nach dem ersten Zeitabschnitt mit einer zweiten Spule (7) intermittierend
verbindet, um das EL-Element (2) zu veranlassen, sich über die zweite Spule (7) zu entladen.
4. Treiberschaltung für ein EL-Element nach Anspruch 3, bei der die induzierte Spannung
nach dem Laden durch einen Kondensator (6) dem EL-Element (2) zugeführt wird, und eine
Ladespannung des Kondensators (6) zusammen mit der Entladung des EL-Elements (2)
über die zweite Spule (7) entladen wird.
5. Treiberschaltung für ein EL-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die
intermittierende Entladungszeit allmählich erhöht wird.
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