FR2472300A1 - Transistor overload protection circuit - has two opposite conductivity type transistors controlled by two passive circuits with selectively operated control inputs - Google Patents

Transistor overload protection circuit - has two opposite conductivity type transistors controlled by two passive circuits with selectively operated control inputs Download PDF

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Abstract

The transistor overload protection circuit includes a PNP transistor (1) with an input connection at its emitter and an NPN transistor (2) with its emitter connected to the load (K). A passive circuit (3) consisting of resistances and capacitances is connected between the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor. A second passive circuit (4) is connected between the collector of the first transistor and the base of the second transistor. The first circuit is also connected to the base of the first transistor, while the second circuit is also connected to the load. Both circuits have control inputs (GA,GK) which can be selectively operated, and one or both circuits can include a delay circuit and can have differentiation properties. An alternative circuit also includes a further load device, typically a Darlington transistor.

Description

L'invention se rapporte à un circuit destiné à modifier le mode de coupure d'étages transistorisés et concerne le domaine de la technique de commande et de réglage électroniques. The invention relates to a circuit intended to modify the cut-off mode of solid-state stages and relates to the field of electronic control and adjustment technique.

Il existe divers circuits de branchement de charges électriques sous courant élevé ou court-circuit à la sortie. Ainsi, la demande de brevet DE-OS NO 23 60 678 décrit un circuit d'amorçage de relais, soupapes et lampes qui disjonctent en cas de surcharge. Le circuit se compose d'éléments logiques, de limiteurs de tension, de commutateurs à seuil et de bascules bistables. En cas de courant trop élevé, la bascule délivre un signal qui provoque la coupure de l'étage final au moyen des éléments logiques et un générateur de signaux d'horloge peut remettre la bascule à l'état initial. There are various circuits for connecting electrical loads under high current or short circuit at the output. Thus, patent application DE-OS NO 23 60 678 describes a circuit for starting relays, valves and lamps which trip in the event of an overload. The circuit consists of logic elements, voltage limiters, threshold switches and flip-flops. In the event of too high a current, the flip-flop delivers a signal which causes the final stage to be cut by means of the logic elements and a clock signal generator can reset the flip-flop to the initial state.

Les demandes de brevets DE-OS NO 26 40 337 et NO 26 40 338 décrivent des montages de sécurité de circuits en cas de court-circuit et de surcharge. Dans ce cas également, des circuits ET, des commutateurs à seuil, des détecteurs de surcharge et des temporisateurs forment des signaux qui coupent la sortie en cas de courant exagérément élevé. A cette fin, un signal est retardé dans un canal de réaction et une cellule de mémoire est coupée jusqu'à ce que le temps de retard soit écoulé. L'appareil fonctionne donc à la cadence de signaux d'horloge et effectue périodiquement une détection destinée à déceler si -le courant élevé est encore présent. Le nombre de composants rend naturellement ces montages complexes et coûteux. The patent applications DE-OS NO 26 40 337 and NO 26 40 338 describe circuit safety arrangements in the event of a short circuit and overload. In this case too, AND circuits, threshold switches, overload detectors and timers form signals which cut the output in the event of an excessively high current. To this end, a signal is delayed in a reaction channel and a memory cell is cut off until the delay time has elapsed. The device therefore operates at the rate of clock signals and periodically performs a detection intended to detect if the high current is still present. The number of components naturally makes these assemblies complex and expensive.

L'invention a donc pour objet un circuit simple et bon marché qui est résistant aux courts-circuits et délivre des courants dans la plage des ampères et qui provoque la coupure en cas de court-circuit, conserve cet état de coupure et ne recommute à l'état normal qu'après réception d'une instruction d'accusé de réception. The subject of the invention is therefore a simple and inexpensive circuit which is resistant to short circuits and delivers currents in the range of amperes and which causes breaking in the event of a short circuit, maintains this state of breaking and does not recommence the normal state only after receipt of an acknowledgment instruction.

Selon une particularité essentielle de l'invention, un transistor pnp, sur la base duquel est connecté un circuit formé d'éléments passifs, attaque par son collecteur et par l'intermédiaire d'un autre circuit formé d'éléments passifs la base d'un transistor npn, dont le collecteur agit de son côté par le premier circuit mentionné sur la base du transistor pnp, chacun desdits circuits étant relié à l'émetteur des transistors et chacun desdits circuits disposant d'une entrée de commande pouvant etre branchée sélectivement. Lesdits circuits peuvent comporter des montages temporisateurs ou peuvent avoir la nature de circuits de différenciation. L'émetteur du transistor npn attaque la base d'un transistor de puissance.L'une des entrées du premier circuit mentionné est connectée à l'émetteur du transistor de puissance et cet émetteur est mis, par l'intermédiaire d'une résistance, au potentiel de la tension auquel est également mis l'émetteur du transistor pnp. Des diviseurs de tension peuvent être montés en série sur la base du transistor de puissance et ce dernier peut être un transistor de Darlington. According to an essential feature of the invention, a pnp transistor, on the base of which is connected a circuit formed of passive elements, attacks by its collector and by means of another circuit formed by passive elements the base of an npn transistor, the collector of which acts on its side by the first circuit mentioned on the base of the pnp transistor, each of said circuits being connected to the emitter of the transistors and each of said circuits having a control input which can be selectively connected. Said circuits may include timer assemblies or may have the nature of differentiation circuits. The emitter of the transistor npn drives the base of a power transistor. One of the inputs of the first mentioned circuit is connected to the emitter of the power transistor and this emitter is put, via a resistor, at the voltage potential to which the emitter of the pnp transistor is also put. Voltage dividers can be connected in series on the base of the power transistor and the latter can be a Darlington transistor.

L'avantage du montage de l'invention réside en particulier dans l'économie considérable du prix de revient aussi bien des composants que de la fabrication et du contrôle. Ce montage a par ailleurs l'avantage qu'en cas de court-circuit à la sortie, aucun de ses composants n'est détruit. Le faible prix de revient permet pour la première fois de réaliser tous les étages à transistors de puissance de manière qu'ils résistent aux courts-circuits. La résistance aux courts-circuits d'un étage final a toujours été souhaitable jusqu'à présent, mais a été réservée uniquement à certains cas particuliers en raison du prix de revient élevé qu'elle implique.De simples variantes de réalisation permettent, par ailleurs, d'obtenir une temporisation de la coupure de l'étage final de puissance. I1 est aussi possible de procéder, au moyen d'éléments différenciateurs montés à l'intérieur des circuits, à une alternance de l'exploration en cas de courant élevé. The advantage of the assembly of the invention resides in particular in the considerable economy of the cost price of the components as well as of the manufacturing and of the control. This arrangement also has the advantage that in the event of a short circuit at the output, none of its components is destroyed. The low cost price makes it possible for the first time to make all the power transistor stages so that they resist short-circuits. The short-circuit resistance of a final stage has always been desirable up to now, but has been reserved only for certain specific cases because of the high cost price which it implies. , to obtain a time delay for switching off the final power stage. It is also possible to carry out, by means of differentiating elements mounted inside the circuits, alternating exploration in the event of high current.

L'invention va être décrite plus en détail en regard du dessin annexé qui represente deux exemples nullement limitatifs de réalisation de l'invention et sur lequel
la figure 1 est un schéma de principe , et
la figure 2 est un schéma de montage en aval duquel est monté un étage de commutation.The invention will be described in more detail with reference to the appended drawing which represents two nonlimiting examples of embodiment of the invention and in which
FIG. 1 is a block diagram, and
Figure 2 is an assembly diagram downstream of which is mounted a switching stage.

Un transistor pnp 1, un transistor npn 2 et deux circuits passifs 3 et 4 se composant de résistances et de condensateurs sont montés de manière que des charges électroniques puissent être branchées sur la sortie K. Un potentiel positif par rapport à la connexion K (cathode) doit être branché sur la connexion A (anode). A pnp transistor 1, an npn transistor 2 and two passive circuits 3 and 4 consisting of resistors and capacitors are mounted so that electronic charges can be connected to output K. A positive potential with respect to connection K (cathode ) must be connected to connection A (anode).

La connexion A est branchée sur l'émetteur du transistor pnp 1, tandis que sa base est reliée au circuit 3 et son collecteur, au circuit 4. Le circuit 4 est connecté, d'une part, à la base du transistor npn 2 et, d'autre part, par une autre sortie, à l'émetteur du transistor 2. Connection A is connected to the emitter of the pnp transistor 1, while its base is connected to circuit 3 and its collector, to circuit 4. Circuit 4 is connected, on the one hand, to the base of transistor npn 2 and , on the other hand, by another output, to the emitter of transistor 2.

L'émetteur du transistor npn 2 représente la sortie K. Le collecteur de ce transistor est connecté au circuit 3, ce dernier étant par ailleurs relié à la connexion A. Les circuits 3 et 4 comportent par ailleurs des entrées de commande GA et GK, respectivement, de sorte qu'il est possible de procéder sélectivement à une mise en circuit ou à une coupure par des variations de niveaux aux entrées. Les circuits se composent, par exemple, d'éléments RC qui peuvent être branchés sélectivement les uns sur les autres. I1 est possible bien entendu d'utiliser aussi d'autres composants passifs. Les différences des valeurs des éléments RC des circuits 3 et 4 permettent d'obtenir une fonction de transfert variable du montage de l'invention. Un étage final à transistor de puissance est branché sur la sortie K.Les transistors npn et pnp peuvent aussi être remplacés par chacun de leurs types complémentaires.The emitter of the transistor npn 2 represents the output K. The collector of this transistor is connected to the circuit 3, the latter being moreover connected to the connection A. The circuits 3 and 4 also comprise control inputs GA and GK, respectively, so that it is possible to selectively switch on or off by varying the levels at the inputs. The circuits consist, for example, of RC elements which can be selectively connected to each other. It is of course possible to also use other passive components. The differences in the values of the RC elements of circuits 3 and 4 make it possible to obtain a variable transfer function from the assembly of the invention. A final power transistor stage is connected to output K. The npn and pnp transistors can also be replaced by each of their complementary types.

Le montage selon l'invention fonctionne de la manière suivante : à l'état de repos, c'est-à-dire lorsqu'une tension est appliquée entre les connexions A et K et que les entrées de commande GA et GK ne sont pas branchées, aucun courant ne circule dans le montage. The assembly according to the invention operates as follows: in the quiescent state, that is to say when a voltage is applied between the connections A and K and the control inputs GA and GK are not connected, no current flows in the assembly.

Lorsqu'une variation de niveau, qui rend le transistor 2 conducteur, apparaît à l'entrée GK, un courant I2 circule de la connexion K par le circuit émetteur-collecteur du transistor 2 et par le circuit 3 vers la connexion A. When a level variation, which makes transistor 2 conductive, appears at input GK, a current I2 flows from connection K through the emitter-collector circuit of transistor 2 and through circuit 3 towards connection A.

Le courant I2 provoque dans le circuit 3 une chute de tension qui rend le transistor 1 conducteur. En conséquence, un courant I1 circule de la connexion A par le circuit émetteur-collecteur du transistor 1 et par le circuit 4 vers la connexion K. La chute de tension dans le circuit 4 attaque par une tension élevée la base du transistor 2, de sorte que l'ensemble du montage demeure à l'état d'autoentretien (même lorsque l'entrée de commande GK n'est pas branchée). Un train d'impulsions arrivant sur l'entrée GK fait donc passer le montage à l'état de maintien (état de service). Le même effet s'obtient par un train d'impulsions négatives appliqué à l'entrée GA. L'arrivée d'un potentiel de tension inverse sur l'une des entrées GA ou GK fait cesser le flux de courant, c'est-à-dire que I1 et I2 deviennent nuls. Current I2 causes a drop in voltage in circuit 3 which makes transistor 1 conductive. Consequently, a current I1 flows from connection A through the emitter-collector circuit of transistor 1 and through circuit 4 towards connection K. The voltage drop in circuit 4 attacks with a high voltage the base of transistor 2, so that the entire assembly remains in the self-maintenance state (even when the GK control input is not connected). A pulse train arriving at the GK input therefore changes the circuit to the holding state (operating state). The same effect is obtained by a train of negative pulses applied to the GA input. The arrival of a reverse voltage potential on one of the GA or GK inputs stops the current flow, that is to say that I1 and I2 become zero.

Le montage d'éléments RC dans les circuits permet de faire apparaître une fonction de transfert dans le montage. Ainsi, par exemple, il ne peut circuler qu'un courant I2 pendant un certain temps ou le courant I1 ne s'interrompt qu'avec retard. The mounting of RC elements in the circuits allows a transfer function to appear in the mounting. Thus, for example, there can only flow a current I2 for a certain time or the current I1 is interrupted only with delay.

Le montage selon l'invention qui se branche en aval de l'étage de puissance proprement dit a la nature d'un thyristor et il remplace un thyristor ou un transistor unijonction programmable. I1 peut aussi exécuter des fonctions auxiliaires que ne permettent pas des thyristors. The assembly according to the invention which is connected downstream of the power stage proper has the nature of a thyristor and it replaces a thyristor or a programmable unijunction transistor. It can also perform auxiliary functions which the thyristors do not allow.

Par exemple, l'amorçage intempestif néfaste d'un thyristor par une élévation de tension ou par des impulsions parasites brèves apparaissant à son entrée de commande peut être empêché par le montage de l'invention. Ce montage ne passe à l'état de maintien, c'est-à-dire à l'état de service, qu'à condition qu'une variation de potentiel demeure présente pendant un certain temps (qui dépend des éléments RC des circuits 3 et 4). Le montage peut avantageusement être rendu conducteur de manière réglable (de manière pouvant être calculée). Le montage selon l'invention peut être mis non seulement à l'état de repos et à l'état de service, mais encore à deux autres états. Lors de l'apparition d'une première impulsion positive à l'entrée GR, un courant élevé
I2 circule, tandis que Il est encore nul.Cet état inter médiaire est rendu sensible entre les connexions A et K par une élévation de courant. Un autre état s'établit lorsque Il circule à la place de 12. For example, the harmful untimely initiation of a thyristor by an increase in voltage or by brief parasitic pulses appearing at its control input can be prevented by the assembly of the invention. This circuit does not go into the holding state, that is to say the operating state, only on condition that a potential variation remains present for a certain time (which depends on the RC elements of the circuits 3 and 4). The assembly can advantageously be made conductive in an adjustable manner (in a manner which can be calculated). The assembly according to the invention can be put not only in the rest state and in the service state, but also in two other states. When a first positive pulse appears at the GR input, a high current
I2 circulates, while It is still zero. This intermediate state is made sensitive between connections A and K by an increase in current. Another state is established when He circulates in place of 12.

La figure 2 représente le montage selon l'invention qui est connecté à un étage final de puissance. FIG. 2 represents the assembly according to the invention which is connected to a final power stage.

La base du transistor adopté 7, qui est par exemple un transistor de Darlington, est connectée à la sortie K.The base of the adopted transistor 7, which is for example a Darlington transistor, is connected to the output K.

L'émetteur du transistor de puissance 7 est connecté par l'intermédiaire d'une résistance 6 à la tension positive (qui doit être identique à la connexion A). Un courant de travail (courant de service) 1L qui circule par le transistor de puissance 7 est créé par le courant de commande 1B qui est appliqué à sa base. En cas de circulation d'un courant élevé
IL par le transistor 7, une chute de tension apparaissant aux bornes de la résistance 6 (à l'entrée GA) agit par l'intermédiaire d'une résistance de protection 5 sur le transistor 1 et crée le courant I1. Ce courant I1 agit sur le circuit 4 qui consiste, par exemple, en un condensateur 8 et une résistance 9.Le condensateur 8 se charge lentement et le courant I1 n'influe pas encore sur le transistor 2, mais provoque un affaiblissement du courant de commande 1B du transistor de puissance 7. Ainsi, il se produit une réduction du courant de charge IL, la chute de tension aux bornes de la résistance 6 diminue et le montage travaille à un état de limitation. Ce courant de charge IL, qui circule à ce moment, assume une fonction de protection de l'étage correspondant. Cet étage travaille encore correctement sous un courant de protection ou de seuil préalablement fixé. Lorsque le courant augmente, l'étage se déconnecte progressivement.The emitter of the power transistor 7 is connected via a resistor 6 to the positive voltage (which must be identical to connection A). A working current (operating current) 1L which flows through the power transistor 7 is created by the control current 1B which is applied to its base. In the event of a high current flow
IL by the transistor 7, a voltage drop appearing at the terminals of the resistor 6 (at the GA input) acts via a protective resistor 5 on the transistor 1 and creates the current I1. This current I1 acts on the circuit 4 which consists, for example, of a capacitor 8 and a resistor 9. The capacitor 8 charges slowly and the current I1 does not yet influence the transistor 2, but causes a weakening of the current of control 1B of the power transistor 7. Thus, there is a reduction in the load current IL, the voltage drop across the terminals of the resistor 6 decreases and the assembly works in a limiting state. This charging current IL, which flows at this moment, assumes a protective function for the corresponding stage. This stage still works correctly under a protection current or threshold previously fixed. When the current increases, the stage gradually disconnects.

A la fin d'un certain temps, le condensateur 8 est chargé et la base du transistor 2 peut être attaquée. Un courant élevé I1 + I2 circule alors de A vers K et ainsi le montage de l'invention est mis à l'état de maintien. Le courant élevé se composant de I1 et I2 agit de plus en sens inverse à celui du courant 1B appliqué à la base du transistor et réduit encore le courant de charge IL. Un courant de charge 1L subissant une forte élévation ne produit donc qu'avec retard une coupure de l'étage de puissance 7. At the end of a certain time, the capacitor 8 is charged and the base of the transistor 2 can be attacked. A high current I1 + I2 then flows from A to K and thus the assembly of the invention is put in the holding state. The high current consisting of I1 and I2 acts more in the opposite direction to that of the current 1B applied to the base of the transistor and further reduces the load current IL. A load current 1L undergoing a high rise therefore only produces a delay in the power stage 7 with delay.

La longueur des conducteurs d'arrivée de courant au transistor de puissance 7 permet à des impulsions parasites de plusieurs volts de se propager et d'agir par l'intermédiaire de la résistance de protection 5 sur l'entrée du transistor 1. La constante de temps du circuit 4 (formé du condensateur 8 et de la résistance 9) interdit également l'apparition d'un courant élevé (I1 + I2) qui pourrait provoquer la coupure du transistor de puissance 7 en cas d'apparition de perturbations de ce type. The length of the current supply conductors to the power transistor 7 allows parasitic pulses of several volts to propagate and act via the protective resistor 5 on the input of the transistor 1. The constant of time of circuit 4 (formed by capacitor 8 and resistor 9) also prohibits the appearance of a high current (I1 + I2) which could cause the power transistor 7 to switch off in the event of disturbances of this type .

Pour garantir en permanence le mode de fonctionnement du transistor de puissance (par exemple de type pnp) (tension base-émetteur suffisante), un diviseur de tension, dont une résistance est connectée à la tension positive et une résistance est branchée sur la connexion K, est monté dans la base du transistor 7. Le dessin ne représente pas cette variante de réalisation. D'autres variantes d'alimentation en tension sont aussi possibles. To permanently guarantee the operating mode of the power transistor (for example of the pnp type) (sufficient base-emitter voltage), a voltage divider, a resistor of which is connected to the positive voltage and a resistor of which is connected to connection K , is mounted in the base of transistor 7. The drawing does not represent this alternative embodiment. Other voltage supply variants are also possible.

I1 n'est pas absolument indispensable de faire sortir les connexions externes (entrées GA et GK) du montage de la figure 2. L'entrée GA, qui reçoit la chute de tension de la résistance 6, peut être supprimée. L'entrée GK est toutefois nécessaire pour permettre la mise en circuit du montage (entrée d'accusé de réception) en cas de coupure du transistor de puissance 7 (par exemple en cas de courtcircuit ou de forte élévation du courant). Ce branchement est produit par une impulsion négative de tension envoyée à l'entrée GK. It is not absolutely essential to remove the external connections (inputs GA and GK) from the assembly of FIG. 2. The input GA, which receives the voltage drop from the resistor 6, can be eliminated. The GK input is however necessary to allow the circuit to be switched on (acknowledgment input) in the event of the power transistor 7 being cut off (for example in the event of a short circuit or a high current rise). This connection is produced by a negative voltage pulse sent to the GK input.

Suivant un mode de réalisation avantageux du montage de l'invention, le circuit 4 est formé par exemple de composants ayant une action différenciatrice. I1 ne se produit ainsi aucun retard de la coupure du transistor de puissance 7, mais au contraire celui-ci se déconnecte immédiatement. According to an advantageous embodiment of the assembly of the invention, the circuit 4 is formed for example of components having a differentiating action. I1 thus does not occur any delay in switching off the power transistor 7, but on the contrary the latter disconnects immediately.

Mais il se produit une interrogation ou exploration périodique < à la cadence de signaux d'horloge) destinée à déceler si le courant élevé continue de circuler. I1 est possible de procéder ainsi, par exemple en montant le condensateur 8 entre le collecteur du transistor 1 et la base du transistor 2. Ce montage a alors une fonction de blocage. But there is a periodic interrogation or exploration (at the rate of clock signals) intended to detect if the high current continues to flow. It is possible to do this, for example by mounting the capacitor 8 between the collector of transistor 1 and the base of transistor 2. This circuit then has a blocking function.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Montage destiné à modifier le mode de coupure d'étages transistorisés, caractérisé en ce qu'un transistor pnp (1), sur la base duquel un circuit (3) formé d'éléments passifs est connecté en série, attaque par son collecteur et par l'intermédiaire d'un autre circuit (4) formé d'éléments passifs la base d'un transistor npn (2) dont le collecteur agit de son côté par l'intermédiaire du premier circuit mentionné (3) sur la base du transistor pnp (1), chacun desdits circuits (3, 4) étant relié à l'émetteur des transistors (1, 2) et chacun de ces circuits (3, 4) disposant d'une entrée de commande (GK, GA) pouvant être branchée sélectivement. 1. Assembly intended to modify the cut-off mode of transistorized stages, characterized in that a pnp transistor (1), on the basis of which a circuit (3) formed of passive elements is connected in series, attacks by its collector and by means of another circuit (4) formed of passive elements, the base of an npn transistor (2), the collector of which acts on its side by means of the first mentioned circuit (3) based on the pnp transistor (1), each of said circuits (3, 4) being connected to the emitter of the transistors (1, 2) and each of these circuits (3, 4) having a control input (GK, GA) capable of be selectively connected. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un desdits circuits (3, 4) ou les deux comprennent un montage temporisateur. 2. Assembly according to claim 1, characterized in that one or both of said circuits (3, 4) comprise a timer assembly. 3. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un desdits circuits (3, 4) ou les deux comprennent un montage à caractéristiques de différenciation. 3. Assembly according to claim 1, characterized in that one of said circuits (3, 4) or both comprise an assembly with differentiating characteristics. 4. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur du transistor npn (2) peut attaquer la base d'un transistor de puissance (7), l'entrée (GA) dudit premier circuit mentionné (3) étant connectée à l'émetteur de ce transistor de puissance (7) et cet émetteur étant mis par l'intermédiaire d'une résistance (6) au potentiel de la tension auquel est également mis l'émetteur du transistor pnp (1) . 4. Assembly according to claim 1, characterized in that the emitter of the npn transistor (2) can drive the base of a power transistor (7), the input (GA) of said first mentioned circuit (3) being connected to the emitter of this power transistor (7) and this emitter being put through a resistor (6) at the voltage potential to which the emitter of the pnp transistor (1) is also put. 5. Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un diviseur de tension est monté en série sur la base du transistor de puissance (7). 5. Assembly according to claim 4, characterized in that a voltage divider is connected in series on the base of the power transistor (7). 6. Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transistor de puissance (7) est un transistor de 6. Installation according to claim 4, characterized in that the power transistor (7) is a transistor Darlington. Darlington.
FR8026679A 1979-12-17 1980-12-16 Transistor overload protection circuit - has two opposite conductivity type transistors controlled by two passive circuits with selectively operated control inputs Pending FR2472300A1 (en)

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FR2559322A1 (en) * 1984-02-03 1985-08-09 Cresto Etu Applic Electronique Electronic circuit for protecting a power transistor.

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DE2950700A1 (en) 1981-07-02

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