JP2007200621A - 放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放電灯の閃光を防止ないしは低減しながら、電源電圧変動等に対する光出力の安定化を速やかに図れる放電灯点灯装置および照明装置を提供する。
【解決手段】放電灯11が消灯から点灯する場合には、目標値20の出力は図3(a)のように変化する。この出力は積分係数Ki倍の増幅器23を介して積分器24に入力され、積分されてその出力は図3(b)のものとなる。電圧‐周波数変換器27は積分器24の出力に応じて出力周波数を徐々に変化させる。一方、目標値20の変更以外の要因でランプ電流21が変動した場合には、比較器25は、前記積分器24の出力(図3(d))に対して増幅器26の出力(図3(e))分だけ制御量を加算するから、その出力は図3(f)のものとなる。これは、図3(b)に比して、信号の立上がりが大きいため、出力制御の応答速度が速く、速やかに目標値に安定化することが可能である。
【選択図】図2
【解決手段】放電灯11が消灯から点灯する場合には、目標値20の出力は図3(a)のように変化する。この出力は積分係数Ki倍の増幅器23を介して積分器24に入力され、積分されてその出力は図3(b)のものとなる。電圧‐周波数変換器27は積分器24の出力に応じて出力周波数を徐々に変化させる。一方、目標値20の変更以外の要因でランプ電流21が変動した場合には、比較器25は、前記積分器24の出力(図3(d))に対して増幅器26の出力(図3(e))分だけ制御量を加算するから、その出力は図3(f)のものとなる。これは、図3(b)に比して、信号の立上がりが大きいため、出力制御の応答速度が速く、速やかに目標値に安定化することが可能である。
【選択図】図2
Description
本発明は、放電灯の光出力を一定化制御する放電灯点灯装置およびこの放電灯点灯装置を用いた照明装置に関する。
放電灯の光出力の一定化制御のために、ランプ電流またはランプ電力を検出し、基準値と比較して点灯装置の出力を負帰還制御するものが知られている。このように負帰還制御するものにあって、例えば消灯状態から点灯する場合、その立上がり時に負帰還制御が過剰に作用して光出力が急激に増大し、その後に所定の光出力にまで低下する現象が生じることがあった。しかしながら、この場合には、急激に増大する光出力が使用者にとっては不快な閃光に感じるという問題があった。このような閃光は、深い調光度(例えば定格点灯の20〜30%)で始動点灯しようとする場合に顕著に感じられるものである。
光出力が急激に増大する現象は、負帰還制御の応答速度を極端に遅く設計すれば解決可能であるが、この場合には、周囲温度の変化、電源変動、放電灯の経時変化等による光出力の変動に対する迅速な光出力安定化制御という本来の目的を果たせなくなる虞がある。
なお、始動時の閃光を防止するという目的に対しては、特許文献1のものが提案されている。
特開2005−302429号公報
特許文献1に記載された技術は、インバータおよび共振回路を備えた放電灯点灯装置であって、放電灯の始動時には共振条件を変化するとともに、インバータのスイッチング周波数やオンデューティを変化させるものである。特許文献1の技術は、上記の構成により、十分な始動電圧を得ながら、点灯直後に放電灯に設定値に対して過大な電力が入力されないようにしようとするものである。
しかしながら、特許文献1のものでは、共振条件を変化するために入力直流電源電圧を制御しているので、電圧制御手段が必要になって構成の複雑化、高価格化を招いてしまう。また、オンデューティを変化させた場合には、回路に過大な電圧が発生したり、回路電流に直流成分が重畳されることにより巻線部品が飽和しやすくなったりするため、グレードの高いしたがって高価な部品を用いる必要が生じる。
本発明は、簡単な構成でありながら、放電灯の閃光を防止ないしは低減しながら、電源電圧変動等に対する光出力の安定化を極力迅速に行える放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の放電灯点灯装置は、放電灯を点灯する出力可変の点灯装置と;放電灯の光出力量を決定する目標値を設定される目標値設定部と;放電灯の点灯状態を示す信号を検出する信号検出手段と;信号検出手段からの検出信号および目標値の比較に基き、点灯装置の出力を放電灯の光出力量が目標値に近づくように制御し、かつ、前記目標値が変更された場合の出力制御の応答速度を、目標値の変更以外の要因によって放電灯の光出力量が変化した場合における出力制御の応答速度より遅くする制御手段と;を具備したことを特徴とする。
なお、請求項1記載の発明および以下の発明において、用語の定義または技術的意味はつぎのとおりである。放電灯は、蛍光ランプのような低圧形、HIDのような高圧形等どのようなものでもよく、また、用途としても一般照明用、殺菌用、装飾用等どのようなものでもよい。
点灯装置は、鉄・銅式のものでも電子式のものでもよいが、出力の変化を容易に行える点で電子式のものが有利である。電子式であっても各種の回路方式を採用可能であるが、例えば、高周波でスイッチングするスイッチング装置と共振回路とを備えたインバータ式のものは、スイッチング周波数やスイッチングのオンデューティ、あるいは入力の直流電圧値を変化させる等の手段により、容易に出力値を変化することが可能である。しかし、本発明がインバータ式のものに限定されるものではなく、上記の鉄・銅式またはその他の形式のものであっても出力を本発明が規定するように変化できるものであればよい。
目標値設定部は、放電灯のランプ電流やランプ電力等のように実際の負荷状態検出信号と比較される基準値を設定するものである。目標値設定部は、例えば非調光タイプでは固定式であってよいし、調光タイプでは調光信号に応じて目標値を変化する可変式であってもよい。
信号検出手段は、点灯装置からの出力を印加されて点灯している放電灯の点灯状態を示す信号を検出するもので、例えば、ランプ電流、ランプ電圧、ランプ電力、光出力等を検出するものである。これらの検出手段の具体的構成としては、ランプ電流を検出する場合には放電灯と直列に変流器、抵抗等を接続して検出することができる。ランプ電圧を検出する場合には放電灯と並列的に分圧回路のような電圧検出器や変圧器を設けて検出することができる。ランプ電力を検出する場合にはランプ電流とランプ電圧との積により検出することができる。光出力を検出する場合には光電変換素子等からなる照度センサを用いて検出することができる。
制御手段は、基本的には目標値と信号検出手段からの検出信号との比較に基いて点灯装置の出力を負帰還制御するものであるが、出力制御の応答速度を変化要因に応じて異ならせる。すなわち、目標値が変更された場合と、目標値の変更以外の要因によって検出信号が変更された場合とで異ならせる。目標値の変更とは、消灯状態から点灯される場合、点灯中に調光信号により目標値が変更される場合を含んでいる。目標値の変更以外の要因による変更とは、周囲温度の変化、電源電圧の変動、放電灯の経時変化、外乱等により放電灯の光出力が変動した場合を含んでいる(このような変動は一般には相対的に小さい)。また、応答速度の変化は、単位時間当たりの変化量を変化させるものであるが、その程度は特に限定されるものではない。始動時等における閃光の低減、通常点灯時の安定点灯を所望の速度で図れるように設定される。
制御手段は、点灯装置の出力を制御でき、かつ、出力制御の応答速度を変化できるものであればどのようなものでもよいが、メモリを有し、IC、マイコン、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等で演算処理するものが処理速度、小形化の点で有利である。また、このように、マイコン等で構成した場合には、放電灯の始動時の制御シーケンスや、検出信号を利用した放電灯の装着検出、放電灯の異常放電検出等の制御を記憶し、制御を実行することも容易に可能となる。しかし、アナログ的に構成することも可能であり、当業者であれば任意に設計可能である。
請求項1記載の発明は、目標値の変更に対しては、点灯装置の出力変化の応答速度を相対的に遅いものとする。これにより、放電灯の光出力が過剰に変動して閃光を発したりすることを防止ないしは低減する。目標値の変更以外の電源電圧変動等により信号検出手段からの検出信号が変化した場合には、相対的に早い速度で点灯装置の出力を制御する。これにより、放電灯の光出力を速やかに安定化する。
請求項2記載の放電灯点灯装置は、放電灯を点灯する出力可変の点灯装置と;放電灯の光出力量を決定する目標値を設定される目標値設定部と;放電灯の点灯状態を示す信号を検出する信号検出手段と;信号検出手段からの検出信号および目標値の比較に基き、点灯装置の出力を放電灯の光出力量が目標値に近づくように制御し、かつ、前記目標値が変更された場合、変更幅の大きさに応じて出力制御の応答速度を変化させる制御手段と;を具備したことを特徴とする。
請求項2記載の放電灯点灯装置は、例えば消灯状態から全点灯する場合と、消灯状態から20%調光で点灯する場合とで応答速度を変化させるから、常に目標値までの立上がりを円滑にして、閃光を発するようなことを防止ないし低減できる。すなわち、全点灯する場合に適切な応答速度と20%調光で点灯する場合に適切な応答速度とはそれぞれ異なるが、請求項2記載の発明はこのような要望に応え得るものである。
なお、請求項1記載の発明と請求項2の発明とを組合わせて構成することは任意であり、容易に実施できることである。
請求項3記載の照明装置は、照明器具本体と;照明器具本体に装着された放電灯と;放電灯を点灯する請求項1または2記載の放電灯点灯装置と;を具備したことを特徴とする。
請求項3記載の発明の作用は、特に説明しなくても容易に理解されることである。
請求項1記載の発明によれば、放電灯の始動時、光出力の目標値の変更時には点灯装置の出力制御の応答速度を遅くし、目標値の変更時以外では出力制御の応答速度を速くしたから、閃光等の問題を軽減しつつ速やかな光出力の安定化も図れる放電灯点灯装置を提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、光出力の目標値の変更が大きいほど出力制御の応答速度を遅くし、目標値の変更が小さいほど出力制御の応答速度を速くしたから、常に光出力の立上がりを滑らかにして、閃光等の問題を軽減しつつ速やかな光出力の安定化も図れる放電灯点灯装置を提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、1または2記載の発明の放電灯点灯装置と同様な効果を奏する照明装置を提供できる。
以下、本発明による放電灯点灯装置の一実施形態を図1〜図7を参照して説明する。図1は本発明による放電灯点灯装置の一実施形態を示す回路図、図2は同じく第一の制御態様を示すブロック図、図3は図2の制御態様における各部の信号波形を概念的に示す図、図4は従来の制御態様を示すブロック図、図5は図4の制御態様における各部の信号波形を概念的に示す図、図6は第一の制御態様に対応した光出力の変化を示す図、図7は従来の制御態様に対応した光出力の変化を示す図である。
1は商用電源2の出力電圧を整流・平滑してなる直流電源装置であって、それぞれ周知の整流装置3およびアクティブフィルタ4を有している。そして、この直流電源装置1にハーフブリッジ形の高周波インバータ回路からなる点灯装置5が接続されている。点灯装置5は、スイッチング素子として、一対のMOS型FET6、7の直列回路を前記直流電源装置1に接続している。そして、これら一対のFET6、7は駆動手段8からの信号に応じて高い周波数で交互にオンオフして直流電源装置1の出力電圧をスイッチングする。一方のFET7のドレイン・ソースと並列に、直流カットコンデンサ9、共振および限流用のインダクタ10および蛍光ランプである熱陰極形の放電灯11の直列回路が接続されている。放電灯11の一対のフィラメントの非電源側端間には共振および予熱用のコンデンサ12が接続されている。前記インダクタ10と共振用のコンデンサ12とは直列共振回路を形成し、高周波のスイッチング出力を供給されて、共振電圧を出力する。したがって、直列共振回路はスイッチング周波数やオンデューティに応じて出力を変化可能である。
放電灯11と並列的にはランプ電圧を検出する電圧検出手段13が設けられている。また、放電灯11と直列的にはランプ電流を検出する電流検出手段14が設けられている。ここで、並列的または直列的とは、並列または直列の他、中間に他の部品が介在している場合も含むことを意味する。
前記電圧検出手段13としては、詳細な図示は省略するが、抵抗分圧回路、変圧器等で構成することができる。また、電流検出手段14も変流器、インピーダンス素子、フォトカプラ等により構成することができる。なお、本実施形態の場合、放電灯11の一対のフィラメントの非電源側端間にコンデンサ12が接続されているため、厳密にランプ電流を検出しようとするにはこのコンデンサ12に流れる電流分を相殺すればよい。この場合、例えば差動形の変流器を放電の主回路および予熱回路に跨るように設けて電流検出手段14を構成することができる。これら電圧検出手段13および電流検出手段14の出力は制御手段15に入力されるようになっている。
制御手段15は、IC、マイコン、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)等によって構成されており、その機能として、演算制御部(CPU)15a、メインメモリ15b、プログラムメモリ15c、不揮発性メモリ15d、アナログ/デジタル変換器(AD変換器)15e、インターフェイス回路(I/F回路)15fを備えている。
そして、この制御手段15は、放電灯11の始動時の制御シーケンス、電圧検出手段13や電流検出手段14からの検出信号に応じた制御を記憶しているとともに、制御を実行する。その制御内容の内、本発明に関する部分については追って詳細に説明する。制御手段15の制御結果は、点灯装置5の駆動手段8に供給され、駆動手段8の出力を変化させる。すなわち、出力周波数、オンデューティ、一対のMOS型FET6、7のオンオフ比率のいずれかあるいはこれらの2種以上を変化させる。これにより、点灯装置5の出力を所望に変化させるものである。
また、この制御手段15は、外部からの調光度を示す信号等の目標値を入力して、前記不揮発性メモリ15dに記憶する。したがって、本実施形態では、制御手段15の前記不揮発性メモリ15dが目標値設定部を兼用している。
このような制御手段15に対して、前記電圧検出手段13および電流検出手段14からの検出信号は、アナログ/デジタル変換器15eに入力されるようになっている。そして、これらの信号は、目標値の信号と比較され、放電灯11のランプ電流やランプ電力が一定化するように駆動手段8を制御する。
つぎに、本実施形態における放電灯点灯装置の作用について説明する。なお、本実施形態においては、ランプ電流を一定化制御するものとして以下説明する。まず、放電灯11の始動点灯時においては、始動シーケンスに応じて、制御手段15はフィラメント予熱、始動電圧印加、点灯電圧出力の順序で点灯装置5の出力を変化させる。
ここで、制御手段15の制御態様の例を図2および図3を参照して説明する。まず、図2において、20は目標値を、21は電流検出手段14が検出したランプ電流値を示している。22は前記目標値20とランプ電流値21とを比較してその差を出力する比較器、23は比較器22の出力を積分係数Ki倍する増幅器、24は積分器である。また、25は加算器であって、この加算器25は積分器24の出力に対してランプ電流値21を比例係数Kp倍する増幅器26の出力を、点灯装置5の出力制御量を強調する関係に加算する。加算器25の出力は、入力される電圧値に応じて出力周波数を変化させる電圧‐周波数変換機(VCO)27に入力されるようになっている。この電圧‐周波数変換器27の出力によって点灯装置5が制御されて、その出力をランプ電流値が設定値(目標値で決定されたもの)に近づくように変化する。
この図2に示した制御態様の作用を図3を参照して説明する。まず、放電灯11が消灯から点灯する場合には、目標値20の出力は図3(a)のように変化することになる。この出力は積分係数Ki倍の増幅器23を介して積分器24に入力され、積分されてその出力は図3(b)のものとなる。したがって、電圧‐周波数変換器27は積分器24の出力に応じて出力周波数を徐々に変化させることになる。
これにより、点灯装置5の出力も徐々に変化し、放電灯11の光出力は図6に示すように目標値に向かって相対的に緩やかに増加するため、光出力がオーバーシュート気味に増大して閃光を感じさせることがない。
一方、目標値20の変更以外の要因でランプ電流21が変動した場合には、このランプ電流21は比較器22で目標値20と比較され、例えば図3(c)に示す信号を出力する。比較器22の信号は増幅器23を介して積分器24にて積分されて図3(d)のような信号となる。また、ランプ電流21の変化分はそのまま比例係数Kp倍の増幅器26に入力され、その出力は例えば図3(e)となる。比較器25は、前記積分器24の出力(図3(d))に対して増幅器26の出力(図3(e))分だけ制御量を加算するから、その出力は図3(f)のものとなる。したがって、この値により電圧‐周波数変換器27は出力周波数を決定することになるが、図3(b)と対比して明らかなように、信号の立上がりが大きいため、出力制御の応答速度が速く、速やかに目標値に安定化することが可能である。
ここで、参考のために、従来の制御態様を図4を参照して説明する。なお、図2と同じまたは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。図4の制御態様は、目標値20およびランプ電流21がそのまま比較器22に入力されている。比較器22の出力を積分係数Ki倍する増幅器23を介して積分器24に入力するとともに、比例係数Kp倍する増幅器26に入力する。そして、これら積分器24および増幅器26の出力を加算器25に和の関係に入力する。加算器25の出力は、電圧‐周波数変換器27に入力され、点灯装置5の出力を制御する。すなわち、図4の制御態様は、目標値20が変更された場合も、ランプ電流値21が変動した場合も、同じ制御を行うように構成されている。
この図4に示した制御態様の作用を図5を参照して説明する。まず、比較器22の出力が図5(a)に示すものとしたとき、積分器24の出力は図5(b)となる。一方、増幅器26の出力はランプ電流値をKp倍したもので図5(c)のものとなる。したがって、比較器25の出力はこれら図5(b)と同(c)のものを足した図(d)のものとなり、この値により電圧‐周波数変換器27は出力周波数を決定することになる。
以上の図3(b)と図5(d)との対比から明らかなように、制御信号の立上がりが異なるから、点灯装置5の出力制御の応答速度は、図4の制御形態の方が早くなる。したがって、図4の制御形態で、かつ、電源電圧変動等によりランプ電流が変動した場合に十分な応答速度にしようとして積分係数Ki、比例係数Kpを設定すると、始動時には比例係数による制御が利き過ぎて放電灯11の光出力がオーバーシュート気味に立上がり、閃光のように感じられることになる虞がある。この様子を図7に示す。
なお、説明は省略するが、点灯中に目標値を変更した場合、全点灯から20%への変更等減光制御した場合も同様に作用することは容易に理解されるであろう。また、本実施形態において、電圧検出手段13の検出信号を用いてランプ電力を一定化制御するようにしてもよいし、ランプ電圧を監視して、ランプ装着検出、点灯検出、寿命末期検出等を行うようにしてもよい。
本発明の他の実施形態を図8および図9を参照して説明する。図8は本発明による他の実施形態にの制御態様を示す図、図9は図8の制御態様における各部の信号波形を概念的に示す図である。
なお、本実施形態の制御態様を行う放電灯点灯装置の回路構成自体は図1のものと同じとする。そして、制御手段15の制御態様の基本的部分は図4のものであり、したがって、図4と同じまたは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。
本実施形態の特徴的部分は、調光信号に応じて、出力制御の応答速度を変化するものである。すなわち、外部からの操作等により調光信号80が与えられると、目標値20が変更されるとともに、積分係数Ki倍の増幅器23および比例係数Kp倍の増幅器26の少なくとも一方の係数を変更する。このように、調光信号に応じて増幅器23、26の係数を変更することによって、電圧‐周波数変換器27への入力信号を図9のように変更することができる。
なお、図9において、(イ)および(ロ)は、積分係数Ki倍の増幅器23の積分係数を変更した場合の信号を示し、(ハ)および(ニ)は、比例係数Kp倍の増幅器26の比例係数を変更した場合の信号を示している。図9では限られた数の変更例を示しているが、積分係数Ki倍の増幅器23および比例係数Kp倍の増幅器26の各係数を任意に変更することにより、所望の応答速度を得られることは容易に理解されるであろう。
本実施形態の一実施例を図10および図11を参照して説明する。図10はランプ電流の目標値が相対的に大きな値に設定されている場合のランプ電流の立上がりを示す図、図11はランプ電流の目標値が相対的に小さな値に設定されている場合のランプ電流の立上がりを示す図である。図10において、目標値1は例えば放電灯11を定格(100%)点灯する場合に相当するランプ電流値であり、(イ)は点灯装置5の出力制御の応答速度が大きい場合で、ランプ電流値が目標値1を一旦大きく越えてから目標値1に制御される様子を示している。この場合、光出力としては、一瞬明るく光ってから所定値に落ち着くことになって、使用者にとっては閃光と感じることがある。
(ロ)は出力制御の応答速度を定格(100%)点灯に応じて設定したもので、緩やかに目標値1に近づいていく様子を示している。(ハ)は出力制御の応答速度が小さい場合で、目標値1に到達するまでに長時間を要している様子を示している。
図11において、目標値2は例えば放電灯11を20%点灯する場合に相当するランプ電流値であり、(ロ)は出力制御の応答速度を定格(100%)点灯に応じて設定したもので、ランプ電流値が目標値2を一旦大きく越えてから目標値2に制御される様子を示している。この場合、光出力としては、一瞬明るく光ってから所定値に落ち着くことになって、使用者にとっては閃光と感じることがある。
(ニ)は出力制御の応答速度を定格20%点灯に応じて設定したもので、緩やかに目標値2に近づいていく様子を示している。
本発明の他の実施形態を図12を参照して説明する。図12は本発明による放電灯点灯装置の他の実施形態を示す回路図である。図12において、図1と同じまたは対応する部分には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態の120は、誤差増幅器からなる比例積分制御部であって、そのマイナス入力端子には電流検出手段14からの信号、プラス入力端子には目標値設定部121の信号が入力されるようになっている。この比例積分制御部の出力はスイッチ122を介して電圧‐周波数変換器123に入力される。
また、電圧‐周波数変換器123には初期設定信号124がスイッチ125を介して入力されるようになっている。前記スイッチ122、125は、放電灯11の始動点灯時においてランプ電流を制御するに際して、まずはスイッチ125がオンでスイッチ122がオフ、ついで、スイッチ125がオフでスイッチ122がオンされる。これにより、電圧‐周波数変換器123は制御速度を決定する初期設定信号を設定されることになる。
そして、前記目標値設定部121の目標値は調光信号により設定あるいは変更され、それと連動して初期設定信号124の設定値も変更される。
本実施形態の作用は、これまでの説明から容易に理解されるであろうから説明は省略する。なお、本実施形態において、放電灯11の始動点灯時だけでなく、調光信号により目標値を変更する度に電圧‐周波数変換器123の初期設定信号を変更することも可能である。この場合には、調光信号による目標値の変更に応じて前記スイッチ122、125のオン、オフ動作を行わせるようにすればよい。
つぎに、本発明による照明装置の一実施形態を図13を参照して説明する。図13の場合、照明装置は天井直付形の照明器具である。130は照明器具本体、131は照明器具本体130に設けられたソケット、132は反射板、133はソケット131に装着された熱陰極形の放電灯、134は照明器具本体130に内蔵された放電灯点灯装置である。
このような構成の照明装置は、放電灯133からの閃光を防止ないしは低減しつつ光出力の安定化を図れる。
1…直流電源装置、5…点灯装置、3,4…MOS型FET、11…放電灯、13…電圧検出手段、14…電流検出手段、15…制御手段。
Claims (3)
- 放電灯を点灯する出力可変の点灯装置と;
放電灯の光出力量を決定する目標値を設定される目標値設定部と;
放電灯の点灯状態を示す信号を検出する信号検出手段と;
信号検出手段からの検出信号および目標値の比較に基き、点灯装置の出力を放電灯の光出力量が目標値に近づくように制御し、かつ、前記目標値が変更された場合の出力制御の応答速度を、目標値の変更以外の要因によって放電灯の光出力量が変化した場合における出力制御の応答速度より遅くする制御手段と;
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 放電灯を点灯する出力可変の点灯装置と;
放電灯の光出力量を決定する目標値を設定される目標値設定部と;
放電灯の点灯状態を示す信号を検出する信号検出手段と;
信号検出手段からの検出信号および目標値の比較に基き、点灯装置の出力を放電灯の光出力量が目標値に近づくように制御し、かつ、前記目標値が変更された場合、変更幅の大きさに応じて出力制御の応答速度を変化させる制御手段と;
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 照明器具本体と;
照明器具本体に装着された放電灯と;
放電灯を点灯する請求項1または2記載の放電灯点灯装置と;
を具備したことを特徴とする照明装置。
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-
2006
- 2006-01-24 JP JP2006015582A patent/JP2007200621A/ja active Pending
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