JP2007059507A - 基板搭載用トランス - Google Patents

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Abstract

【目的】 複数の出力chを有するトランスであって、トランス本体の大きさを大とすることなく、入力負荷の変動時にあっても出力側の各ch毎の電圧のばらつきを抑制することができて、安定した出力を得ることの出来る巻線構造を有する基板搭載用トランスを提供する。
【構成】 コアと、入力巻線を複数の巻線帯に分割してコア上に分割巻回した第1層と、出力chの出力巻線毎に巻線帯に分割して第1層上に分割巻回した第2層と、を含む。ここで、入力巻線の巻線帯及び出力巻線の巻線帯は、入力巻線の巻回方向に離間して並ぶ巻線領域にそれぞれ1づつ収容されている。この巻線領域内において巻線帯のうちの大なる一方の巻線中心方向に沿った分布範囲内に他方の巻数帯が分布していることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、プリント配線基板上に搭載される基板搭載用トランスに関し、複数の出力chを有する多ch絶縁電源トランスに関する。
複数の制御回路から構成される電子回路を含む電子機器では、電源回路から各制御回路毎に独立した電源が供給される。このような電源回路では、外部から与えられる単一の電源から、独立した複数の電源を取り出すことのできる多ch絶縁電源トランスが用いられる。多ch絶縁電源トランスは、電子機器の外部から供給される電源を与える入力(1次)巻線と、各制御回路に接続される独立した複数の出力(2次)巻線とをコア上に巻回した構造を有している。近年、電子機器の小型化とともに、プリント配線基板上に固定される小型の多ch絶縁電源トランスが広く用いられるようになった。小型電源トランスでは、大型電源トランスに比べて、各出力ch毎の出力精度をより高めて駆動効率の安定性を確保することがより要求されるのである。
例えば、特許文献1では、入力巻線を前半巻線と後半巻線とに分けて、互いに対向する前半巻線の入力巻線帯と後半巻線の入力巻線帯との間に、複数のch毎の出力巻線による出力巻線帯を挟み込んだ基板搭載用トランスの巻線構造が開示されている。かかる構造により、2つの入力巻線帯によって形成される磁束を各出力ch毎の出力巻線帯に良好に結合せしめることができるので、トランスの駆動効率をより高めることができると述べている。
また、特許文献2では、入力巻線を互いに対向する2つの入力巻線帯に分けて、この入力巻線帯の間に複数の出力chの出力巻線の1巻きづつを幅方向に交互に並べて、しかも各出力chの出力巻線をバイファイラ又はトリファイラなどの無誘導巻きで巻回して出力巻線帯を形成する基板搭載用トランスの巻線構造が開示されている。かかる構造により、各出力chの整流平滑回路を流れる電流のピーク値を低くすることが出来て、電源回路の小型化と安全性の向上を図ることができると述べている。また、各出力ch毎の出力電圧のレギュレーション特性を向上できるとも述べている。
実開平4−94713 特開平6−177599
一般的な電源回路では、入力側から出力側に降圧されて電流が取り出されるため、入力巻線のコアへの巻回数に比較して出力側の各ch毎の出力巻線の巻回数は少ない。ところが、出力ch数が増加すると各出力ch毎の巻回数の和である総巻回数は大となって、上記した特許文献1及び2の如く、入力巻線を2つの巻線帯に分割してしまうと、その巻線帯の幅方向に出力巻線の巻線帯が収容できないことがある。このような場合、出力巻線の巻線帯を二重に重ねるなどして巻線帯の幅を狭めることが可能だが、一方で巻線帯の厚さが増してトランス本体の大きさが大となってしまうのである。特に基板搭載用トランスにあっては基板上の収容スペースの観点からトランス本体の大きさが大となることは好ましくない。また、入力巻線の巻線帯に対する各ch毎の出力巻線の位置が大きく異なるため、入力側の負荷変動に対する影響が各ch毎に相対的に大きく異なることがある。かかる場合、各ch毎に電圧のばらつきを個別に補償することが必要となって電源回路が大となってしまうのである。
本発明は上記した如き問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的とするところは、トランス本体の大きさを大とすることなく、入力負荷の変動時にあっても各出力ch毎の電圧のばらつきを抑制することができて、安定した出力を得ることの出来る基板搭載用トランスを提供することである。
本発明による基板搭載用トランスは、複数の出力chを有する基板搭載用トランスであって、コアと、入力巻線を複数の巻線帯に分割して前記コア上に分割巻回した第1層と、前記出力chの出力巻線毎に巻線帯に分割して前記第1層上に分割巻回した第2層と、を含み、前記入力巻線の前記巻線帯及び前記出力巻線の前記巻線帯は前記入力巻線の巻回方向に離間して並ぶ巻線領域にそれぞれ1づつ収容されており、前記巻線領域内において前記巻線帯のうちの大なる一方の巻線中心方向に沿った分布範囲内に他方の巻数帯が分布していることを特徴とする。
本発明によれば、トランス本体の大きさ、特にコア上への巻線の積層方向の大きさを大とすることなく、入力巻線と各出力ch毎の出力巻線との間の磁気結合度をより高めることが出来るのである。すなわち、漏洩磁束を減少せしめることが出来て、電源トランスとして高い駆動効率を得ることが出来るのである。また、漏洩磁束を減少せしめたことにより、入力巻線に与えられる電源の負荷に変動があったとしても、各出力ch毎の出力電圧のばらつきが抑制されるので安定した出力を得ることが出来るのである。
発明を実施するための形態
本発明による基板搭載用トランスは、入力(一次側)巻線をコアの長手方向に沿ったいくつかの巻線帯として各巻線帯の間に間隔をあけて分割スペース巻きするとともに、この分割スペース巻きされた各巻線帯に対応して1つの出力chの出力(二次側)巻線を巻回するのである。かかる巻線構造により、入力巻線により形成される磁界の分布の調整が容易になって、入力巻線と出力巻線との間の磁気結合度を高めることが出来るのである。これにより漏洩磁束を減少せしめ、トランスの出力も安定するのである。また、入力巻線を分割することなく巻線帯の上に巻回して出力巻線をこの上に巻回するため、巻き部分の厚さを小とすることが出来て、トランスを小型化できるのである。
本発明の基板搭載用トランスの実施例について図1を参照しながら説明する。なお、基板搭載用トランス1は略直方体であるが、図1中に示した如く、この長手方向をZ軸方向と定める。また、Z軸に垂直な切断面の略長方形断面の2つの辺に沿ってX軸方向、Y軸方向を定めることとする。
図1に示すように、プラスチックなどの絶縁材料からなるボビン10は、フェライトなどからなる直方体のコア12の2つの対向する側面(X軸方向両端部側面)以外の4つの面を覆っている。すなわち、ボビン10の中央に設けられた断面略矩形の中央貫通孔10a内に直方体のコア12がほぼ隙間なく収容されているのである。ボビン10の中央貫通孔10aの伸張する方向(X軸方向)両端部近傍には、中央貫通孔10aの開口に沿って外側方向に向けて延在するとともに互いに対向する一対のフランジ10bが設けられている。フランジ10bはYZ面内において延在している板状体であって、その外周形状は略矩形である。フランジ10bのY軸方向の一端部近傍には、X軸に沿った方向に突出する2つの突部10cが形成されている。突部10cからは後述する各巻線をプリント基板に接続するための金属製の複数のリード端子14が突出して形成されている。
図2乃至図4を更に併せて参照するように、ボビン10の最内側には、非制御入力(一次側)巻線Np1がX軸方向に沿って互いに離間した3つの巻線領域A、B、Cに分割して巻回されている。ここで、巻線Uを巻線領域Lに巻回して形成される巻線帯をU−L巻線帯と称することとする。つまり、巻線Np1をX軸方向に沿って巻線領域Aに巻回して形成された巻線帯は、Np1−A巻線帯と称するのである。同様に、巻線領域B及びCには、Np1−B巻線帯及びNp1−C巻線帯が形成されているのである。コア12上の第1の巻線層40はこのNp1−A巻線帯、Np1−B巻線帯及びNp1−C巻線帯を含む。ここで、巻線領域A、B及びCのX軸方向に沿った幅は、後述する各巻線領域に巻回される巻線帯のうちの最大の幅を有する巻線帯の幅に一致している。これにより、ボビン10に巻回される全ての巻線帯は、必ずいずれかの巻線領域A、B、Cの幅方向の中央内側に存在するのである。
後述するように、巻線領域Bには、その両側に位置する巻線領域A及びCに位置する入力巻線によって形成される磁界の影響を受けて、磁束密度が相対的に高くなる。故に、巻線領域Bの入力巻線Np1の巻回数は、巻線領域A及びCにおける巻回数よりも少ないことが好ましい。
第1の巻線層40の上には絶縁シート22aがNp1−A巻線帯、Np1−B巻線帯及びNp1−C巻線帯を覆うように配置されていて、更にこの上に配置される巻線との短絡を防止している。
第1、第4及び第3の各出力chの出力(二次側)巻線Ns1、Ns4、Ns3は、絶縁シート22aの上から巻線領域A、B及びCに分けてそれぞれ巻回されて、第2の巻線層41を形成している。各出力巻線Ns1、Ns4及びNs3は、X軸方向に沿って隙間なくそれぞれ巻線領域A、B及びCに密に巻回されて、Ns1−A巻線帯、Ns4−B巻線帯及びNs3−C巻線帯を形成している。
ここで、Ns1−A巻線帯のX軸方向の幅がNp1−A巻線帯のX軸方向の幅より大であれば、Ns1−A巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNp1−A巻線帯が分布するのである。一方、Ns1−A巻線帯の幅がNp1−A巻線帯の幅より小であれば、Np1−A巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs1−A巻線帯が分布するのである。好ましくは、Ns1−A巻線帯及びNp1−A巻線帯は、互いの幅方向の中心位置が一致するような相対的な位置関係で巻線領域A内に配置される。更に好ましくは、Ns1−A巻線帯及びNp1−A巻線帯の幅方向の中心位置が巻線領域Aの幅方向の中心位置に一致するように配置される。
同様に、Ns4−B巻線帯の幅がNp1−B巻線帯の幅より大であれば、Ns4−B巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNp1−B巻線帯が分布している。また、Ns4−B巻線帯の幅がNp1−B巻線帯の幅より小であれば、Np1−B巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs4−B巻線帯が分布するのである。好ましくは、Ns4−B巻線帯及びNp1−B巻線帯は、互いの幅方向の中心位置が相対的に一致するように巻線領域Bの内部に配置される。更に好ましくは、Ns4−B巻線帯及びNp1−B巻線帯の幅方向の中心位置が巻線領域Bの幅方向中心位置に一致するように配置される。
更に、Ns3−C巻線帯の幅がNp1−C巻線帯の幅より大であれば、Ns3−C巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNp1−C巻線帯が分布する。また、Ns3−C巻線帯の幅がNp1−C巻線帯の幅より小であれば、Np1−C巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs3−C巻線帯が分布するのである。好ましくは、Ns3−C巻線帯及びNp1−C巻線帯は、互いの幅方向の中心位置が相対的に一致するように巻線領域C内に配置される。更に好ましくは、Ns3−C巻線帯及びNp1−C巻線帯の幅方向の中心位置が巻線領域Cの中心位置に一致するように配置される。
以上の如く、入力巻線Np1を含む第1の巻線層40と、出力巻線Ns1、Ns4及びNs3を含む第2の巻線層41とは一組をなしている。第1の巻線層40に含まれる巻線帯の1つと、第2の巻線層41に含まれる巻線帯の1つとが対応して、コア10上の巻線領域の1に収容されるのである。典型的には、Np1−A巻線帯、Np1−B巻線帯及びNp1−C巻線帯は、Np1巻線の2回巻、1回巻、2回巻をそれぞれ含む。また、Ns1−A巻線帯、Ns4−B巻線帯及びNs3−C巻線帯はそれぞれNs1、Ns4、Ns3巻線を同数の6回ずつ巻回して形成されている。
更に、第2の巻線層41の上には絶縁シート22bがNs1−A巻線帯、Ns4−B巻線帯及びNs3−C巻線帯の表面を覆うように配置されてこの上に配置される巻線との短絡を防止している。
ところで、特に、図4に示すように、トランス1が上記した非制御入力巻線Np1とは独立した制御入力(フィードバック)巻線Ns0を有する場合にあっては、これが絶縁シート22bの上に巻回される。制御入力(フィードバック巻線Ns0は、Ns0の発生電圧により、他の電圧(Ns1〜Ns7)を規定することができる。よって、Ns0とNs1〜Ns7との磁束等の巻線による結合を強くしなければならない。詳細には、制御入力巻線Ns0はX軸方向に沿って互いに離間した3つの巻線領域A、B、Cに分割して巻回される。つまり、巻線領域A、B及びCには、Ns0−A巻線帯、Ns0−B巻線帯及びNs0−C巻線帯が形成されて、これにより第3の巻線層42が形成されている。
第3の巻線層42の上には絶縁シート22cがNs0−A巻線帯、Ns0−B巻線帯及びNs0−C巻線帯を覆うように配置されてこの上に配置される巻線との短絡を防止している。
第2の巻線層41の出力巻線に対して追加される第2、第5及び第6の各出力chの出力巻線Ns2、Ns5、Ns6は、絶縁シート22cの上から巻線領域A、B及びCにそれぞれ密に巻線が並置されるように巻回されて第4の巻線層43を形成している。
ここで、Ns2−A巻線帯の幅がNs0−A巻線帯の幅より大であれば、Ns2−A巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs0−A巻線帯が分布するのである。一方、Ns2−A巻線帯の幅がNs0−A巻線帯の幅より小であれば、Ns0−A巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs2−A巻線帯が分布するのである。好ましくは、Ns0−A巻線帯及びNs2−A巻線帯は、その幅方向の中心位置が一致するように巻線領域Aの内部に配置される。更に好ましくは、Ns0−A巻線帯及びNs2−A巻線帯は、その幅方向の中心位置が巻線領域Aの中心位置に一致するように配置されるのである。
同様に、Ns5−B巻線帯の幅がNs0−B巻線帯の幅より大であれば、Ns5−B巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs0−B巻線帯が分布する。また、Ns5−B巻線帯の幅がNs0−B巻線帯の幅より小であれば、Ns0−B巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs5−B巻線帯が分布する。好ましくは、Ns5−B巻線帯及びNs0−B巻線帯は、その幅方向の中心位置が一致するように巻線領域B内に配置される。更に好ましくは、Ns5−B巻線帯及びNs0−B巻線帯は、その幅方向の中心位置が巻線領域Bの中心に一致するように配置される。
更に、Ns6−C巻線帯の幅がNs0−C巻線帯の幅より大であれば、Ns6−C巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs0−C巻線帯が分布する。また、Ns6−C巻線帯の幅がNs0−C巻線帯の幅より小であれば、Ns0−C巻線帯の巻線中心方向に沿った分布配置内にNs6−C巻線帯が分布する。好ましくは、Ns6−C巻線帯及びNs0−C巻線帯は、その幅方向の中心位置が一致するように相対的に巻線領域C内に配置される。更に好ましくは、Ns6−C巻線帯及びNs0−C巻線帯は、その幅方向の中心位置が巻線領域Cの中心に一致するように配置される。
入力巻線Ns0を含む第3の巻線層42及び出力巻線Ns2、Ns5及びNs6を含む第4の巻線層43は一組をなしており、第3の巻線層42に含まれる巻線帯の1つと、第4の巻線層43に含まれる巻線帯の1つとがそれぞれ巻線領域A、B、Cのそれぞれで対向するように配置されているのである。
後述するように、巻線領域Bには、その両側に位置する巻線領域A及びCに位置する入力巻線によって形成される磁束の影響を受けて、磁束密度が相対的に高くなる。故に、巻線領域Bの入力巻線Ns0の巻回数は、巻線領域A及びCにおける巻回数よりも少ないことが好ましい。典型的には、Ns0−A巻線帯、Ns0−B巻線帯及びNs0−C巻線帯は、Ns0巻線の4回巻、1回巻、3回巻をそれぞれ含む。また、Ns2−A巻線帯、Ns5−B巻線帯及びNs6−C巻線帯はそれぞれNs2、Ns5、Ns6巻線を同数の6回ずつ巻回して形成されている。
第4の巻線層43の上には絶縁シート22dがNs2−A巻線帯、Ns5−B巻線帯及びNs6−C巻線帯を覆うように配置されてこの上に配置される巻線との短絡を防止している。
非制御入力巻線Np1とは独立した入力(一次側)巻線である第2の非制御入力巻線Np2が絶縁シート22dの上に巻回される。詳細には、非制御入力巻線Np2はX軸方向に沿って互いに離間して3つの巻線領域A、B、Cに分割して巻回される。つまり、巻線領域A、B及びCには、Np2−A巻線帯、Np2−B巻線帯及びNp2−C巻線帯が形成されて第5の巻線層44を構成している。好ましくは、Np2−A巻線帯、Np2−B巻線帯及びNp2−C巻線帯は、その幅方向の中心位置がそれぞれ巻線領域A、B及びCの中心位置に一致するように配置される。典型的には、Ns2−A巻線帯、Ns5−B巻線帯及びNs6−C巻線帯は、Ns2巻線の4回巻、1回巻、3回巻をそれぞれ含む。
第5の巻線層44の上には絶縁シート22eがNp2−A巻線帯、Np2−B巻線帯及びNp2−C巻線帯を覆うように配置されている。
最後に、制御入力(フィードバック)巻線Ns0に対応した制御出力(フィードバック)巻線Ns7が絶縁シート22eの上から中央の巻線領域Bに密着巻回されてNs7−B巻線帯を形成している。この第6の巻き線層45は、Ns7−B巻線帯の1つの巻線帯のみを含む。好ましくは、Ns7−B巻線帯の幅方向の中心位置は巻線領域Bの中心に一致する。
Ns7−B巻線帯の上にはポリイミドテープが巻回されている。
次に、本発明による基板搭載用トランスの巻線構造により形成される磁界の特徴について説明する。
図5に示すように、従来のトランスの典型的な巻線構造では、入力(一次側)巻線を巻回した入力巻線層51a、51b、51cにおいて、各巻線は等間隔に配置されている。一方、出力(二次側)巻線を巻回した出力巻線層52a、52bは、それぞれ巻線帯53a、53b、53c、54a、54b、54cを含むが、これらは互いに絶縁されるように一定間隔に配置されている。ここで、入力巻線層51a、51b、51cにおいて形成される磁束(磁気エネルギー)は、出力巻線層52a、52bに対して不均一に通過するのである。特に、トランスの中央部に位置する巻線帯53b、54bは、その両端部に位置する巻線帯53a、54a、53c、54cによって磁束の通過量が大となる。すなわち結合度が高くなるのである。この結合度のばらつきが出力ch毎の電圧のばらつきとなっていたのである。
一方、図6に示すように、本発明のトランスの巻線構造では、互いに離間された巻線領域A、B、Cに入力巻線を分割して配置するとともに、各ch毎の出力巻線を1つの巻線帯として同様に各巻線領域内に配置しているのである。すなわち、巻線領域Aの入力巻線による3つの巻線帯Np1−A、Ns0−A、Np2−Aにより形成される磁束は、巻線領域Aにある出力巻線による巻線帯Ns1−A、Ns2−Aを通過するが、一部は巻線領域Bにある出力巻線による巻線帯Ns4−B、Ns5−Bをも通過する。同様に、巻線領域Cにある入力巻線による3つの巻線帯Np1−C、Ns0−C、Np2−Cにより形成される磁束は、巻線領域Cにある出力巻線による巻線帯Ns3−C、Ns6−Cを通過するが、一部は巻線領域Bにある出力巻線による巻線帯Ns4−B、Ns5−Bをも通過する。故に、巻線領域Bにある出力巻線による巻線帯Ns4−B、Ns5−Bは、巻線領域Bにある入力巻線による3つの巻線帯Np1−B、Ns0−B、Np2−Bにより形成される磁束だけでなく、巻線領域A及びCからの磁束の影響も受けるのである。ところが、巻線領域Bにある入力巻線による3つの巻線帯Np1−B、Ns0−B、Np2−Bの巻回数は、巻線領域Aの入力巻線による3つの巻線帯Np1−A、Ns0−A、Np2−Aや、巻線領域Cの入力巻線による3つの巻線帯Np1−C、Ns0−C、Np2−Cの巻回数よりも少なくすることで、かかる巻線帯により形成される磁束は他の巻線領域により形成される磁束よりも弱くなるのである。つまり、出力巻線による巻線帯Ns1−A、Ns2−A、Ns4−B、Ns5−B、Ns3−C、Ns6−Cを通過する磁束をほぼ一定とすることができるのである。すなわち各出力chの巻線帯についての磁気結合度を均等にすることができて、出力ch毎の電圧のばらつきとなっていたのである。
なお、詳細な巻線構造の1つの例については上記した説明を参考にされたい。
上記した如く、本発明によれば、巻線領域が完全に分割されているので各巻線領域からの磁束の影響を個々に考慮すればよく、出力ch毎の巻線帯を通過する磁束を均等にするための入力巻線の巻回数の設計等が非常に容易になるのである。
本発明による基板搭載用トランスの1つの実施例の断面図である。 本発明による基板搭載用トランスの1つの実施例の要部の断面図である。 本発明による基板搭載用トランスの1つの実施例の要部の断面図である。 本発明による基板搭載用トランスの1つの実施例の回路図である。 従来の基板搭載用トランスの巻線構造を示す図である。 本発明による基板搭載用トランスの1つの実施例の巻線構造を示す図である。
符号の説明
1 基板搭載用トランス
10 ボビン
12 コア
14 リード端子
22a、22b、22c、22d、22e 絶縁層
40、41、42、43、44、45 巻線層
51a、51b、51c 入力巻線層
Np1、Np2 非制御入力巻線
Ns0 制御入力巻線
Ns1〜6 出力巻線
Ns7 制御出力巻線

Claims (7)

  1. 複数の出力chを有する基板搭載用トランスであって、
    コアと、
    入力巻線を複数の巻線帯に分割して前記コア上に分割巻回した第1層と、
    前記出力chの出力巻線毎に巻線帯に分割して前記第1層上に分割巻回した第2層と、を含み、
    前記入力巻線の前記巻線帯及び前記出力巻線の前記巻線帯は前記入力巻線の巻回方向に離間して並ぶ巻線領域にそれぞれ1づつ収容されており、前記巻線領域内において前記巻線帯のうちの大なる一方の巻線中心方向に沿った分布範囲内に他方の巻数帯が分布していることを特徴とする基板搭載用トランス。
  2. 前記巻線領域内において前記入力巻線及び前記出力巻線の前記巻線帯同士の巻線方向における中心位置が一致していることを特徴とする請求項1記載の基板搭載用トランス。
  3. 前記出力巻線の前記巻線帯は前記出力巻線同士が並置されて互いに接触するように密に巻回されていることを特徴とする請求項1又は2記載の基板搭載用トランス。
  4. 制御入力巻線を複数の巻線帯に分割して前記第2層上に分割巻回した第3層と、
    追加の出力chの追加の出力巻線毎に巻線帯に分割して前記第3層上に分割巻回した第4層と、を更に含み、
    前記制御入力巻線の前記巻線帯及び前記追加の出力巻線の前記巻線帯は前記巻線領域にそれぞれ1づつ収容されており、前記巻線領域内において前記巻線帯のうちの大なる一方の巻線中心方向に沿った分布範囲内に他方の巻数帯が分布していることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1に記載の基板搭載用トランス。
  5. 前記巻線領域内において前記制御入力巻線及び前記追加の出力巻線の前記巻線体同士の巻線方向における中心位置が一致していることを特徴とする請求項4記載の基板搭載用トランス。
  6. 前記追加の出力巻線の前記巻線帯は前記出力巻線同士が並置されて互いに接触するように密に巻回されていることを特徴とする請求項4又は5記載の基板搭載用トランス。
  7. 前記巻線領域内において、前記入力巻線、前記出力巻線、前記制御入力巻線及び前記追加の出力巻線の前記巻線帯同士の巻線方向における中心位置が一致していることを特徴とする請求項4記載の基板搭載用トランス。
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