JP2011041450A - 多相インバータを駆動するための駆動方法および駆動装置 - Google Patents

多相インバータを駆動するための駆動方法および駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】消費電力を低減し、多相インバータの効率を向上させること。
【解決手段】多相インバータを駆動するための駆動方法は、基本周波数成分を含む基準入力、および前に生成されたフィードバック信号を受信するステップと、基準入力および前に生成されたフィードバック信号間の差に対応する誤り信号を生成するステップと、誤り信号を最小限に減衰するステップと、最適信号を生成するステップと、最適信号を量子化するステップと、量子化された最適信号に対応する駆動信号を生成するステップとを含む。駆動方法を実施する駆動装置も開示される。
【選択図】図2

Description

この出願は、台湾の2009年6月4日に出願された出願番号第098118543号の優先権を主張する。
本発明は、多相インバータを駆動するための駆動方法および駆動装置に関する。
図1は、3つのインバータレッグを含む従来の三相インバータ900を示し、それぞれは上下のトランジスタ(M1およびM2と、M3およびM4と、M5およびM6と)を有する。従来の三相インバータ900のトランジスタ(M1〜M6)は、それによって従来の三相インバータ900がインバータ出力電圧(Va、Vb、Vc)を生成することができるように、駆動装置950によって生成される駆動信号(S1〜S6)によってオン/オフに切り替えられ、それによって、等振幅を有しかつ120°の位相ずれがある3つの正弦波信号が生成される。駆動装置950は、駆動信号(S1〜S6)を生成するために、正弦波パルス幅変調(SPWM)技術または空間ベクトルPWM(SVPWM)技術を通常用いる。しかしながら、駆動装置950によって生成される駆動信号(S1〜S6)によって駆動されるときに従来の三相インバータ900のトランジスタ(M1〜M6)がオン/オフに切り替えられる回数は、駆動装置950の搬送周波数によって決定され、固定され、比較的多い。これは、消費電力を増大し、そのため、従来の三相インバータ900の効率を低減する。
したがって、本発明の目的は、先行技術の上述した欠点を解決することができる多相インバータを駆動するための駆動方法を提供することである。
本発明の他の目的は、先行技術の上述した欠点を解決することができる多相インバータを駆動するための駆動装置を提供することである。
本発明の態様によれば、駆動装置によって実施される多相インバータを駆動するための駆動方法は、
A)基本周波数成分を含む基準入力、および前に生成されたフィードバック信号を受信するように駆動装置を構成するステップ、
B)基準入力および前に生成されたフィードバック信号間の差に対応する誤り信号を生成するように駆動装置を構成するステップ、
C)所定の周波数帯域外で誤り信号の周波数成分を最小限に減衰するように駆動装置を構成するステップ、
D)所定の周波数帯域内で誤り信号の大きさが最小限になるように、最適信号を生成するように駆動装置を構成するステップ、および
E)最適信号を量子化し、量子化された最適信号に対応する駆動信号を生成するように駆動装置を構成するステップを含み、駆動信号は、多相インバータを駆動するためのものである。
本発明の別の態様によれば、多相インバータを駆動するための駆動装置は、減算回路(1)、フィルタモジュール、および量子化モジュールを含む。減算回路(1)は、基本周波数成分を含む基準入力、および前に生成されたフィードバック信号を受信し、さらに、
基準入力および前に生成されたフィードバック信号間の差に対応する誤り信号を生成するように構成される。フィルタモジュールは、減算回路(1)に接続され、さらに、誤り信号の大きさを最小限に減衰し、最適信号を生成するように構成される。量子化モジュールは、フィルタモジュールに接続され、さらに、最適信号を量子化し、量子化された最適信号に対応する駆動信号を生成するように構成される。駆動信号は、多相インバータを駆動するためのものである。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して行う以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかとなろう。
図1は、従来の三相インバータの回路図である。 図2は、本発明による駆動装置の第1の好適な実施形態のブロック図である。 図3は、三相インバータを駆動するための第1の好適な実施形態によって生成される駆動信号を示すブロック図である。 図4は、第1の好適な実施形態によって駆動される三相インバータの回路図である。 図5は、図2に示される駆動装置を用いて実施される本発明による駆動方法の第1の好適な実施形態のフロー図である。 図6は、基準入力、前に生成されたフィードバック信号、および第1の好適な実施形態によって生成される誤り信号の周波数スペクトルのプロットである。 図7は、第1の好適な実施形態によって生成される誤り信号の周波数スペクトルのプロットである。 図8は、第1の好適な実施形態によって生成される制御信号についての可能な値を示すプロットである。 図9は、第1の好適な実施形態によって生成される制御信号についての可能な値を示すプロットである。 図10は、第1の好適な実施形態のフィルタモジュールを示すブロック図である。 図11は、第1の好適な実施形態の量子化回路を示すブロック図である。 図12は、基準入力の周波数の関数として第1の好適な実施形態によって駆動されるときに多相インバータがオン/オフに切り替えられる回数を示すプロットである。 図13は、基準入力の周波数の関数として第1の好適な実施形態によって駆動されるときに多相インバータによって生成される高調波歪みを示すプロットである。 図14は、三相インバータの直流電源(Vdc)に対する基準入力(Vd)の大きさの比の関数として第1の好適な実施形態によって駆動されるときに多相インバータがオン/オフに切り替えられる回数を示すプロットである。 図15は、三相インバータの直流電源(Vdc)に対する基準入力(Vd)の大きさの比の関数として第1の好適な実施形態によって駆動されるときに多相インバータによって生成される高調波歪みを示すプロットである。 図16は、本発明による駆動装置の第2の好適な実施形態のブロック図である。 図17は、N相インバータを駆動するための第2の好適な実施形態によって生成される駆動信号を示すブロック図であり、ここで、N>3である。 図18は、第2の好適な実施形態の量子化回路を示すブロック図である。 図19は、図16に示される駆動装置を用いて実施される本発明による駆動方法の第2の好適な実施形態のフロー図である。
本発明がより詳細に記載される前に、同様のエレメントが開示の全体にわたって同じ参照番号によって示される点に留意すべきである。
図2および図3を参照すると、この発明による駆動装置100の第1の好適な実施形態は、減算回路1、フィルタモジュール2、および量子化モジュール3を含むことが示される。
この実施形態の駆動装置100は、それによって三相インバータ200が等振幅を有しかつ120°の位相ずれがある3つの正弦波信号を含む出力電圧を生成することができるように、三相インバータ200を駆動するための駆動信号(S1〜S6)を生成するために適用できる。三相インバータ200によって生成される3つの正弦波信号は、例えばY形モータまたはΔ形モータなどのモータ300を駆動するためのものである。
モータ300はY形モータまたはΔ形モータとして例示されているが、モータ300が必要に応じてどんなタイプのものであってもよいことは当業者にとって明らかであろう。
この実施形態において三相インバータ200は、3つのインバータレッグ210を含み、それぞれはオン/オフに切り替えられる上下のトランジスタ(M1〜M6)を含み、それによって、インバータ出力電圧(Va、Vb、Vc)がそれぞれのインバータレッグ210によって生成される。
短絡またはフローティング状態の可能性を排除するために、上のトランジスタ(M1、M3、M5)がオンに切り替えられるときに、対応する下のトランジスタ(M2、M4、M6)がオフに切り替えられ、さらに、下のトランジスタ(M2、M4、M6)がオンに切り替えられるときに、対応する上のトランジスタ(M1、M3、M5)がオフに切り替えられる。このように、上下のトランジスタ(M1〜M6)についての切り替え状態の8つの可能な組み合わせがある。切り替え状態の8つの可能な組み合わせおよび対応する出力線間電圧(Vab、Vbc、Vca)が表1に示され、ここで、Vab=Va−Vbであり、Vbc=Vb−Vcであり、さらにVca=Vc−Vaである。
Figure 2011041450
図4に示すように、三相インバータ200は、直流電源(Vdc)の正(+)および負(−)の端子に接続される。この実施形態において、直流電源は、直流40Vである。こ
のように、出力線間電圧(Vab、Vbc、Vca)についての値1、0、および−1は、それぞれ、40V、0V、および−40Vに相当する。
フィルタモジュール2は、減算回路1に接続されるフィルタ回路21と、フィルタ回路21に接続される最適化回路22とを含む。量子化モジュール3は、最適化回路22に接続される第1の次元変換回路31と、第1の次元変換回路31に接続される量子化回路32と、量子化回路32に接続される駆動信号生成回路33とを含む。この実施形態において、量子化回路32および駆動信号生成回路33は、量子化装置を構成する。
この発明による上述した駆動装置100によって実施される三相インバータ200を駆動するための駆動方法の第1の好適な実施形態は、図5をさらに参照して記載される。
Figure 2011041450
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当然のことながら、周波数60Hzは単なる例示であり、他の周波数が適用できる。
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所定の周波数範囲は、所定の重みパラメータ(A、B、C、D)を調整することによって決定される。
Figure 2011041450
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この実施形態において、方程式(5)は、方程式(1)、(3)、および(4)から導き出される。
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駆動信号(S1、S3、およびS5)のそれぞれが駆動信号(S2、S4、およびS6)のそれぞれの1つを補完することに留意されたい。このように、3つの駆動信号(例えば、S1、S3、S5)が得られるときに、残りの駆動信号(すなわち、S2、S4、S6)は、ロジック「ノット」ゲートを用いて得ることができる。
駆動信号生成回路33は、所定のルックアップテーブルを構成するデジタルロジックを用いることができる。駆動信号生成回路33は当技術分野において周知であるので、その詳細な説明は簡潔さのためにここでは提供されない。
Figure 2011041450
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上述したことから、この実施形態の駆動装置100によって生成される駆動信号(S1〜S6)によって駆動されるときに三相インバータ200は比較的低い消費電力を達成し、したがって高効率を有する。
Figure 2011041450
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図16は、この発明による駆動装置100´の第2の好適な実施形態を示す。図17に示すように、前述の実施形態と比較したとき、この実施形態の駆動装置100´は、それによってN相インバータ200´が等振幅を有しかつ360°/Nの位相ずれがある正弦波信号を含む出力電圧を生成することができるように、N相インバータ200´を駆動するための駆動信号(S1〜S2N)を生成するために適用でき、ここで、N>3である。N相インバータ200´によって生成される正弦波信号は、モータ300´を駆動するためのものである。
駆動装置100´は、減算回路1、フィルタモジュール2、および量子化モジュール3を含む。フィルタモジュール2は、減算回路1に接続されるフィルタ回路21と、フィルタ回路21に接続される最適化回路22とを含む。この実施形態において、フィルタ回路21は、N入力およびN出力のフィルタ回路21である。量子化モジュール3は、量子化回路32´および駆動信号生成回路33´を含む。図18をさらに参照して、この実施形態において、量子化回路32´は、最適化回路22に接続される第1のベクトル配列装置321と、第1のベクトル配列装置321に接続されるベクトル減算装置322と、ベクトル減算装置322に接続される第2のベクトル配列装置323と、第1および第2のベ
クトル配列装置321、323に接続される基準信号生成装置324と、基準信号生成装置324に接続される信号変換装置325とを含む。駆動信号生成回路33´は、量子化回路32´の信号変換装置325に接続される。
この発明による上述した駆動装置100´によって実施されるN相インバータ200´を駆動するための駆動方法の第2の好適な実施形態は、図19をさらに参照して記載される。
Figure 2011041450
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本発明が最も実用的で好適な実施形態であると考えられるものに関連して記載されているが、この発明は、開示された実施形態に限らず、すべてのそのような変更および等価な構成を含むように最も広い解釈の精神および範囲内に含まれるさまざまな構成をカバーすることを目的とするものと理解される。
Figure 2011041450

Claims (45)

  1. 駆動装置(100)によって実施される多相インバータ(200)を駆動するための駆動方法であって、前記駆動方法は、
    A)基本周波数成分を含む基準入力、および前に生成されたフィードバック信号を受信するように前記駆動装置(100)を構成するステップ、
    B)前記基準入力および前記前に生成されたフィードバック信号間の差に対応する誤り信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するステップ、
    C)所定の周波数帯域外で前記誤り信号の周波数成分を最小限に減衰するように前記駆動装置(100)を構成するステップ、
    D)所定の周波数帯域内で前記誤り信号の大きさが最小限になるように、最適信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するステップ、および
    E)前記最適信号を量子化し、前記量子化された最適信号に対応する駆動信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するステップを含み、前記駆動信号は、前記多相インバータ(200)を駆動するためのものである、駆動方法。
  2. ステップC)において、所定の周波数範囲外の前記周波数成分は、周波数重み関数を用いて最小限に減衰される、請求項1に記載の駆動方法。
  3. Figure 2011041450
  4. ステップD)において、前記所定の周波数範囲内で前記成分は、最適化関数を用いて最小限に減衰される、請求項1に記載の駆動方法。
  5. Figure 2011041450
  6. ステップE)は、
    e1)前記最適信号に対応する制御信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、および
    e2)サブステップe1)において生成される前記制御信号を、所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップを含む、請求項1に記載の駆動方法。
  7. ステップE)は、
    e3)前記制御信号を、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップをさらに含む、請求項6に記載の駆動方法。
  8. ステップD)において生成される前記最適信号は、N次元ベクトル最適信号であり、前記駆動方法は、
    G)前記N次元ベクトル最適信号をステップE)の前に(N−1)次元ベクトル最適信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するステップをさらに含み、ここで、N=3であり、
    ステップE)において量子化される前記最適信号は、前記(N−1)次元ベクトル最適信号である、請求項1に記載の駆動方法。
  9. Figure 2011041450
  10. ステップE)は、
    e1)ステップE)において前記(N−1)次元ベクトル最適信号に対応する制御信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、および
    e2)サブステップe1)において生成される前記制御信号を、所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップを含む、請求項8に記載の駆動方法。
  11. ステップE)は、
    e3)前記制御信号を、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップをさらに含む、請求項10に記載の駆動方法。
  12. Figure 2011041450
  13. ステップE)は、
    e1)ステップE)において前記最適信号に対応する現在の生成されたフィードバック信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、および
    e2)サブステップe1)において生成される前記現在の生成されたフィードバック信号を、所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップを含む、請求項1に記載の駆動方法。
  14. 前記現在の生成されたフィードバック信号は、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号として働く、請求項13に記載の駆動方法。
  15. ステップE)は、
    e1)前記最適信号のベクトルを順に配列し、第1のパラメータおよび配列されたベクトル信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップであって、それぞれがサブステップe1)において配列される前記最適信号の前記ベクトルに対応するサブステップ、
    e2)サブステップe1)において生成される前記配列されたベクトル信号に減算処理を実行し、それによって前記配列されたベクトル信号に実行される前記減算処理の結果に対応するベクトル差信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、
    e3)サブステップe2)において生成される前記ベクトル差信号のベクトルを順に配列し、サブステップe3)において配列される前記ベクトル差信号の前記ベクトルに対応する第2のパラメータを生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、
    e4)サブステップe1)において生成される前記第1のパラメータ、サブステップe3)において生成される前記第2のパラメータ、および基準マトリクスに基づいて基準フィードバック信号を生成するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、
    e5)サブステップe4)において生成される前記基準フィードバック信号を現在の生成されたフィードバック信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップ、および
    e6)前記現在の生成されたフィードバック信号を、所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように前記駆動装置(100)を構成するサブステップを含む、請求項1に記載の駆動方法。
  16. 前記現在の生成されたフィードバック信号は、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号として働く、請求項15に記載の駆動方法。
  17. サブステップe1)において、前記最適信号の前記ベクトルは、降順に配列される、請求項15に記載の駆動方法。
  18. サブステップe3)において、前記ベクトル差信号の前記ベクトルは、降順に配列される、請求項15に記載の駆動方法。
  19. Figure 2011041450
  20. Figure 2011041450
  21. Figure 2011041450
  22. Figure 2011041450
  23. 多相インバータ(200)を駆動するための駆動装置(100)であって、前記駆動装置(100)は、
    基本周波数成分を含む基準入力、および前に生成されたフィードバック信号を受信し、前記基準入力および前記前に生成されたフィードバック信号間の差に対応する誤り信号を生成するように構成される減算回路(1)、
    前記減算回路(1)に接続され、さらに、前記誤り信号の大きさを最小限に減衰し、最適信号を生成するように構成されるフィルタモジュール(2)、および
    前記フィルタモジュール(2)に接続され、さらに、前記最適信号を量子化し、前記量子化された最適信号に対応する駆動信号を生成するように構成される量子化モジュール(3)を含み、前記駆動信号は、前記多相インバータ(200)を駆動するためのものである、駆動装置。
  24. 前記フィルタモジュール(2)は、前記減算回路(1)に接続され、さらに、所定の周波数範囲外にある前記誤り信号の周波数成分を、周波数重み関数を用いて最小限に減衰するように構成されるフィルタ回路(21)を含む、請求項23に記載の駆動装置(100)。
  25. Figure 2011041450
  26. 前記フィルタモジュール(2)は、前記フィルタ回路(21)に接続され、さらに、前記所定の周波数範囲内にある前記誤り信号の周波数成分を、最適化関数を用いて最小限に減衰するように構成される最適化回路(22)を含む、請求項23に記載の駆動装置(100)。
  27. Figure 2011041450
  28. 前記フィルタモジュール(2)によって生成される前記最適信号は、N次元ベクトル最適信号であり、前記量子化モジュール(3)は、
    前記フィルタモジュール(2)に接続され、さらに、前記N次元ベクトル最適信号を(N−1)次元ベクトル最適信号に変換するように構成される次元変換回路(31)、ここで、N=3であり、および
    前記次元変換回路(31)に接続され、さらに、前記(N−1)次元ベクトル最適信号を量子化し、それによって量子化される前記(N−1)次元ベクトル最適信号に対応する駆動信号を生成するように構成される量子化装置を含む、請求項23に記載の駆動装置(100)。
  29. Figure 2011041450
  30. 前記量子化モジュール(3)は、所定のルックアップテーブルを組み込んでおり、さらに、前記量子化装置は、
    前記次元変換回路(31)に接続され、さらに、前記(N−1)次元ベクトル最適信号を量子化し、前記(N−1)次元ベクトル最適信号に対応する制御信号を生成するように構成される量子化回路(32)、および
    前記量子化回路(32)に接続され、さらに、前記量子化回路(32)によって生成される前記制御信号を、前記所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように構成される駆動信号生成回路(33)を含む、請求項28に記載の駆動装置(100)。
  31. 前記減算回路(1)および前記量子化回路(32)に接続され、さらに、前記制御信号を、駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号に変換するように構成される第2の次元変換回路(4)をさらに含む、請求項30に記載の駆動装置(100)。
  32. Figure 2011041450
  33. 前記量子化回路(32)によって生成される前記制御信号は、(N−1)次元制御信号であり、前記駆動装置(100)は、前記減算回路(1)および前記量子化回路(32)に接続され、さらに、前記(N−1)次元制御信号をN次元の現在の生成されたフィードバック信号に変換するように構成される第2の次元変換回路(4)をさらに含む、請求項30に記載の駆動装置(100)。
  34. 前記現在の生成されたフィードバック信号は、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号として働く、請求項33に記載の駆動装置(100)。
  35. 前記減算回路(1)に接続され、さらに、前記減算回路(1)によって前記基準入力を受信する前に前記基準入力をサンプリングするように構成されるサンプリングスイッチ(SW1)をさらに含む、請求項23に記載の駆動装置(100)。
  36. 前記量子化モジュール(3)は、所定のルックアップテーブルを組み込んでおり、さらに
    前記フィルタモジュール(2)に接続され、さらに、前記フィルタモジュール(2)によって生成される前記最適信号を量子化し、前記最適信号に対応する現在の生成されたフィードバック信号を生成するように構成される量子化回路(32)、および
    前記量子化回路(32)に接続され、さらに、前記量子化回路(32)によって生成される前記現在の生成されたフィードバック信号を、前記所定のルックアップテーブルを参照して前記駆動信号に変換するように構成される駆動信号生成回路(33)を含む、請求項23に記載の駆動装置(100)。
  37. 前記量子化回路(32)によって生成される前記現在の生成されたフィードバック信号は、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号として働く、請求項36に記載の駆動装置(100)。
  38. 前記量子化回路(32)は、
    前記フィルタモジュール(2)に接続され、さらに、前記フィルタモジュール(2)によって生成される前記最適信号のベクトルを順に配列し、それによって配列される前記最適信号の前記ベクトルに対応する第1のパラメータを生成するように構成される第1のベクトル配列装置(321)、
    前記第1のベクトル配列装置(321)に接続され、さらに、前記第1のベクトル配列装置(321)によって配列される前記最適信号の前記ベクトルに減算処理を実行し、それによって実行される前記減算処理の結果に対応するベクトル差信号を生成するように構成されるベクトル減算装置(322)、
    前記ベクトル減算装置(322)に接続され、さらに、前記ベクトル減算装置(322)によって生成される前記ベクトル差信号のベクトルを順に配列し、それによって配列される前記ベクトル差信号の前記ベクトルに基づいて第2のパラメータを生成するように構成される第2のベクトル配列装置(323)、
    前記第1および第2のベクトル配列装置(321、323)に接続され、さらに、前記第1のベクトル配列装置(321)によって生成される前記第1のパラメータ、前記第2のベクトル配列装置(323)によって生成される前記第2のパラメータ、および基準マトリクスに基づいて基準フィードバック信号を生成するように構成される基準信号生成装置(324)、および
    前記基準信号生成装置(324)に接続され、さらに、前記基準信号生成装置(324)によって生成される前記基準フィードバック信号を前記現在の生成されたフィードバック信号に変換するように構成される信号変換装置(325)を含む、請求項36に記載の駆動装置(100)。
  39. 前記現在の生成されたフィードバック信号は、前記駆動信号の次のシーケンスの生成用に、次の前に生成されたフィードバック信号として働く、請求項38に記載の駆動装置(100)。
  40. 前記最適信号の前記ベクトルは、前記第1のベクトル配列装置(321)によって降順に配列される、請求項38に記載の駆動装置(100)。
  41. 前記ベクトル差信号の前記ベクトルは、前記第2のベクトル配列装置(323)によって降順に配列される、請求項38に記載の駆動装置(100)。
  42. Figure 2011041450
  43. Figure 2011041450
  44. Figure 2011041450
  45. Figure 2011041450
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