JP2014078421A - Light emitting diode activation device an illuminating device using the light emitting diode activation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード点灯装置及び該発光ダイオード点灯装置を用いた照明装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting diode lighting device and a lighting device using the light emitting diode lighting device.
従来から、定電流制御されるブーストコンバータの出力端間に互いに並列に接続された発光ダイオードアレイを有する発光ダイオード点灯装置が提供されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a light emitting diode lighting device having a light emitting diode array connected in parallel between output terminals of a boost converter controlled by constant current has been provided (see, for example, Patent Document 1).
各発光ダイオードアレイは、それぞれスイッチを介してブーストコンバータに接続されており、上記スイッチの接点状態に応じていずれか1個の発光ダイオードアレイのみが点灯される。すなわち、スイッチの切替により、点灯される発光ダイオードアレイが切り替えられる。 Each light emitting diode array is connected to a boost converter via a switch, and only one of the light emitting diode arrays is turned on according to the contact state of the switch. That is, the light-emitting diode array to be lit is switched by switching the switch.
このように点灯される発光ダイオードアレイを切り替えることで、光の照射範囲や照射方向や光色などを瞬間的に変更することができる。 By switching the light emitting diode array that is turned on in this way, the light irradiation range, irradiation direction, light color, and the like can be instantaneously changed.
ここで、ブーストコンバータの出力の変化には一定の時間を要するので、上記のスイッチが、第1の発光ダイオードアレイから、第1の発光ダイオードアレイよりも順方向電圧が低い第2の発光ダイオードアレイに切り替えられる場合、切替直後に第2の発光ダイオードアレイに一時的に高い電気的ストレスがかかる可能性がある。 Here, since a certain time is required for the change in the output of the boost converter, the above-described switch has the second light emitting diode array whose forward voltage is lower than that of the first light emitting diode array from the first light emitting diode array. When switching to, there is a possibility that high electrical stress is temporarily applied to the second light emitting diode array immediately after switching.
従来は、各発光ダイオードアレイにそれぞれ直列に定電流回路を接続することで、各発光ダイオードアレイにかかる電気的ストレスを抑えていた。 Conventionally, a constant current circuit is connected in series to each light emitting diode array, thereby suppressing electrical stress applied to each light emitting diode array.
しかしながら、上記のように各発光ダイオードアレイにそれぞれ直列に定電流回路を接続すると、回路構成が比較的に複雑になってしまう。 However, when a constant current circuit is connected in series to each light emitting diode array as described above, the circuit configuration becomes relatively complicated.
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、電気的ストレスを抑えながらも回路構成の簡略化が可能な発光ダイオード点灯装置及び該発光ダイオード点灯装置を用いた照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a light emitting diode lighting device capable of simplifying a circuit configuration while suppressing electrical stress, and an illumination device using the light emitting diode lighting device. Is to provide.
本発明の発光ダイオード点灯装置は、それぞれ異なる発光ダイオードアレイに直列に接続される複数個のスイッチと、前記発光ダイオードアレイと前記スイッチとの直列回路が出力端間に互いに並列に接続され出力電流の電流値を所定の目標電流値とするようにフィードバック動作する電源回路と、各前記スイッチをオンオフ制御するスイッチ制御回路とを備え、前記スイッチ制御回路は、前記スイッチのうちのいずれか1個である第1スイッチのみがオンされた状態から、前記第1スイッチが直列に接続された前記発光ダイオードアレイよりも順方向電圧が低い別の前記発光ダイオードアレイに直列に接続された前記スイッチである第2スイッチのみがオンされた状態に移行させる際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの両方がオンされた状態を経由させることを特徴とする。 The light-emitting diode lighting device of the present invention includes a plurality of switches connected in series to different light-emitting diode arrays, and a series circuit of the light-emitting diode arrays and the switches connected in parallel between output terminals, A power supply circuit that performs a feedback operation so that the current value becomes a predetermined target current value; and a switch control circuit that performs on / off control of each of the switches, and the switch control circuit is any one of the switches. From the state in which only the first switch is turned on, the second switch is connected in series to another light emitting diode array having a forward voltage lower than that of the light emitting diode array in which the first switch is connected in series. When shifting to a state in which only the switch is turned on, both the first switch and the second switch are turned off. Characterized in that for over the state.
上記の発光ダイオード点灯装置において、前記電源回路は、前記第1スイッチのみがオンされた状態と、前記第2スイッチのみがオンされた状態とで、前記目標電流値を互いに異ならせることが望ましい。 In the above-described light emitting diode lighting device, it is preferable that the power supply circuit makes the target current values different between a state where only the first switch is turned on and a state where only the second switch is turned on.
また、上記の発光ダイオード点灯装置において、前記第1スイッチと前記発光ダイオードアレイとの直列回路と前記電源回路の高電圧側の出力端との間に介装された第1補助光源と、前記第2スイッチと前記発光ダイオードアレイとの直列回路と前記電源回路の高電圧側の出力端との間に介装された第2補助光源と、前記第1補助光源の一端であって前記直列回路側の一端と前記第2補助光源の一端であって前記直列回路側の一端との間に介装されたダイオードとを備えることが望ましい。 In the light emitting diode lighting device, the first auxiliary light source interposed between the series circuit of the first switch and the light emitting diode array and the output terminal on the high voltage side of the power supply circuit, A second auxiliary light source interposed between a series circuit of two switches and the light emitting diode array and an output terminal on the high voltage side of the power supply circuit, and one end of the first auxiliary light source on the series circuit side And a diode interposed between one end of the second auxiliary light source and one end on the series circuit side.
本発明の照明装置は、発光ダイオード点灯装置と、それぞれ前記スイッチのうちの1個ずつに直列に接続された複数個の発光ダイオードアレイとを備えることを特徴とする。 The illumination device of the present invention includes a light emitting diode lighting device and a plurality of light emitting diode arrays connected in series to each of the switches.
本発明によれば、切替時には第1スイッチと第2スイッチとの両方がオンされ2個の発光ダイオードアレイに電流が分散することで電気的ストレスが抑えられる。また、各発光ダイオードアレイにそれぞれ直列に定電流回路や限流抵抗が接続される場合に比べ、回路構成の簡略化が可能である。 According to the present invention, at the time of switching, both the first switch and the second switch are turned on, and electric current is distributed to the two light emitting diode arrays, thereby suppressing electrical stress. Further, the circuit configuration can be simplified as compared with the case where a constant current circuit or a current limiting resistor is connected in series to each light emitting diode array.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態は、図1に示すように、出力電流の電流値を所定の目標電流値とするようにフィードバック動作する電源回路1と、電源回路1の出力端間に互いに並列に接続された2個の光源回路21,22とを備える。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
電源回路1は、直流電源E(例えばバッテリー)から入力された直流電圧を昇圧して出力する、周知のいわゆるブーストコンバータである。上記の直流電源Eの陰極はグランドに接続されている。具体的には、図2に示すように、電源回路1は、一端が直流電源Eの陽極に接続されたインダクタL0と、このインダクタL0の他端にアノードが接続されたダイオードD0と、このダイオードD0のカソードとグランドとの間に接続されたコンデンサC0とを備える。また、インダクタL0とダイオードD0のアノードとの接続点はスイッチング素子Q0を介してグランドに接続されている。電源回路1の低電圧側の出力端は電流検出用の抵抗(以下、「検出抵抗」と呼ぶ。)R0を介してグランドに接続され、電源回路1の高電圧側の出力端はコンデンサC0とダイオードD0のカソードとの接続点に接続されている。すなわち、コンデンサC0の両端電圧がほぼ電源回路1の出力電圧V0となる。また、コンデンサC0の両端間には、電源回路1の出力電圧V0を分圧した検出電圧Vdを生成する分圧抵抗R11,R12が接続されている。
The
さらに、電源回路1は、スイッチング素子Q0をオンオフ制御する駆動回路10を備える。駆動回路10は、検出抵抗R0の両端電圧を所定の目標値とするように(つまり、電源回路1の出力電流を所定の目標値とするように)フィードバック動作する。
Furthermore, the
具体的に説明すると、図3に示すように、駆動回路10は、非反転入力端子に所定の第1基準電圧Vr1が分圧された電圧が入力されて反転入力端子に検出抵抗R0の両端電圧(以下、「電流検出電圧」と呼ぶ。)Viが入力されたオペアンプOPを備える。このオペアンプOPは、反転入力端子が抵抗を介して出力端子に接続されるいわゆる負帰還により、差動増幅回路を構成している。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
また、駆動回路10は、反転入力端子に所定の第2基準電圧Vr2が入力されて非反転入力端子に検出電圧Vdが入力された第1コンパレータCP1を備える。
Further, the
オペアンプOPの出力端子と、第1コンパレータCP1の出力端子とは、それぞれダイオードを介して第2コンパレータCP2の非反転入力端子に接続されている。第2コンパレータCP2の反転入力端子には、鋸波発生部101で生成された鋸波が入力されている。すなわち、第2コンパレータCP2の非反転入力端子への入力電圧が、上記の鋸波のピーク値以下の電圧であれば、第2コンパレータCP2の出力は、上記の入力電圧に比例したオンデューティの矩形波となる。 The output terminal of the operational amplifier OP and the output terminal of the first comparator CP1 are respectively connected to the non-inverting input terminal of the second comparator CP2 via a diode. The sawtooth wave generated by the sawtooth wave generator 101 is input to the inverting input terminal of the second comparator CP2. That is, if the input voltage to the non-inverting input terminal of the second comparator CP2 is a voltage equal to or lower than the peak value of the sawtooth wave, the output of the second comparator CP2 is an on-duty rectangle proportional to the input voltage. Become a wave.
さらに、駆動回路10は、第2コンパレータCP2の出力がHレベルであるときにスイッチング素子Q0をオンさせ、第2コンパレータCP2の出力がLレベルであるときにスイッチング素子Q0をオフさせる駆動部102を備える。
Further, the
すなわち、第1コンパレータCP1の出力がLレベルである期間には、第2コンパレータCP2への入力電圧は、オペアンプOPの出力電圧となる。従って、電流検出電圧Viが第1基準電圧Vr1に対して低いほど、スイッチング素子Q0のオンデューティが高くなることで、電源回路1の出力電圧V0が高くなる。これにより、電源回路1の出力電流の電流値を、第1基準電圧Vr1に対応した所定の目標電流値とするようなフィードバック動作が達成される。
That is, during the period when the output of the first comparator CP1 is at L level, the input voltage to the second comparator CP2 becomes the output voltage of the operational amplifier OP. Therefore, as the current detection voltage Vi is lower than the first reference voltage Vr1, the on-duty of the switching element Q0 is increased, so that the output voltage V0 of the
また、検出電圧Vdが第2基準電圧Vr2を上回って第1コンパレータCP1の出力がHレベルとなった場合、スイッチング素子Q0がオン状態に固定される。すなわち、電源回路1の出力電圧V0が、第2基準電圧Vr2を分圧抵抗R11,R12の分圧比で除した所定電圧を上回ると、電源回路1による昇圧動作が停止され、これにより電源回路1の出力電圧V0が過剰に高くなることが避けられる。
In addition, when the detection voltage Vd exceeds the second reference voltage Vr2 and the output of the first comparator CP1 becomes H level, the switching element Q0 is fixed to the on state. That is, when the output voltage V0 of the
次に、光源回路21,22について説明する。各光源回路21,22は、それぞれ、発光ダイオードアレイLD1,LD2と、スイッチQ1,Q2との直列回路からなる。スイッチQ1,Q2としては例えば電界効果トランジスタのような半導体スイッチを用いることができる。各発光ダイオードアレイLD1,LD2はそれぞれ複数個の発光ダイオードが互いに直列に接続されたものである。発光ダイオードアレイLD1,LD2の順方向電圧(アレイ全体としての順方向電圧)は光源回路21,22間で互いに異なる。以下、発光ダイオードアレイLD1,LD2のうち、順方向電圧がより高いものを第1発光ダイオードアレイLD1と呼び、順方向電圧がより低いものを第2発光ダイオードアレイLD2と呼ぶ。また、光源回路21,22のうち、上記の第1発光ダイオードアレイLD1を含むものを第1光源回路21と呼び、上記の第2発光ダイオードアレイLD2を含むものを第2光源回路22と呼ぶ。さらに、第1光源回路21のスイッチQ1を第1スイッチQ1と呼び、第2光源回路22のスイッチQ2を第2スイッチQ2と呼ぶ。
Next, the
さらに、本実施形態は、入力された矩形波状の駆動信号S1,S2に従って各光源回路21,22のスイッチをオンオフ制御するスイッチ制御回路3を備える。駆動信号S1,S2は光源回路21,22毎(つまりスイッチQ1,Q2毎)に入力される。また、各駆動信号S1,S2はそれぞれ例えば互いに共通の切替スイッチ(図示せず)を通じて出力されるものであり、複数個の駆動信号S1,S2が同時にHレベルとなることはない。
Furthermore, the present embodiment includes a
スイッチ制御回路3は、図4に示すように、第1スイッチQ1を駆動する第1駆動部31と、第2スイッチQ2を駆動する第2駆動部32とを備える。各駆動部31,32は、それぞれ、Hレベルの電圧が入力されている期間中はスイッチQ1,Q2をオン状態に維持し、Lレベルの電圧が入力されている期間中はスイッチQ1,Q2をオフ状態に維持するものである。
As shown in FIG. 4, the
ここで、第2駆動回路32には駆動信号S2が直接入力されるのに対し、第1駆動回路31には駆動信号S1が遅延回路30を介して入力される。上記の遅延回路30は、駆動信号S1の論理否定を出力する第1インバータIV1と、第1インバータIV1の出力が抵抗R3を介して入力される第2インバータIV2と、上記の抵抗R31と第2インバータIV2との接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサC3とを備える。上記の各インバータIV1,IV2は、NOTゲートとも呼ばれるものである。
Here, the
図5に、第2スイッチQ2に対する駆動信号S2と、第1スイッチQ1に対する駆動信号S1と、第2スイッチQ2のオンオフ状態と、第1スイッチQ1のオンオフ状態との、それぞれの時間変化を示す。また、図5には、遅延回路30における、第1インバータIV1の出力電圧Vaと、コンデンサC3の両端電圧Vbと、第2インバータIV2の出力電圧Vcとの、それぞれの時間変化も示されている。ここで、各インバータIV1,IV2は、それぞれ、出力がHレベルであるときに入力電圧が所定のオフ電圧Voffを上回ると出力をLレベルとし、出力がLレベルであるときに入力電圧が所定のオン電圧Vonを下回ると出力をHレベルとするものである。上記のオン電圧Vonとオフ電圧Voffとは、それぞれ、Lレベルとされる電圧よりも高く、且つ、Hレベルとされる電圧よりも低い電圧である。また、オフ電圧Voffはオン電圧Vonよりも高い。
FIG. 5 shows changes over time in the drive signal S2 for the second switch Q2, the drive signal S1 for the first switch Q1, the on / off state of the second switch Q2, and the on / off state of the first switch Q1. FIG. 5 also shows temporal changes in the output voltage Va of the first inverter IV1, the voltage Vb across the capacitor C3, and the output voltage Vc of the second inverter IV2 in the
スイッチQ1,Q2のうち第1スイッチQ1のみがオンされた状態(以下、「第1オン状態」と呼ぶ。)で安定すると、電源回路1の出力電圧V0は、第1発光ダイオードアレイLD1の順方向電圧よりも僅かに高い電圧となる。また、スイッチQ1,Q2のうち第2スイッチQ2のみがオンされた状態(以下、「第2オン状態」と呼ぶ。)で安定すると、電源回路1の出力電圧V0は、第2発光ダイオードアレイLD2の順方向電圧よりも僅かに高い電圧となる。
When stable in a state where only the first switch Q1 of the switches Q1 and Q2 is turned on (hereinafter referred to as “first on state”), the output voltage V0 of the
また、図5に示すように、第2スイッチQ2は駆動信号S2の変化と略同時に切り替わるのに対し、第1スイッチQ1は駆動信号S1の変化のタイミングに対し切り替わりのタイミングが上記の遅延回路30の時定数の分だけ遅れる。これにより、図6に示すように、第1オン状態から第2オン状態に移行する際には、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2との両方がオンされる期間(以下、「両オン期間」と呼ぶ。)Tonが発生する。両オン期間Tonの長さは例えば数百μsec〜数十msecである。
Further, as shown in FIG. 5, the second switch Q2 is switched substantially simultaneously with the change of the drive signal S2, whereas the first switch Q1 is switched at the timing of the change of the drive signal S1 with respect to the
上記構成によれば、第1オン状態から第2オン状態の移行時に両オン期間Tonを経由し、この両オン期間Ton中には2個の発光ダイオードアレイLD1,LD2に電流が分散することで、第2発光ダイオードアレイLD2にかかる電気的ストレスが抑えられる。 According to the above configuration, when the transition from the first on-state to the second on-state is made, the both on-periods Ton are passed, and the currents are distributed to the two light-emitting diode arrays LD1 and LD2 during both on-periods Ton The electrical stress applied to the second light emitting diode array LD2 is suppressed.
例えば、電源回路1の出力電圧V0と、第2発光ダイオードアレイLD2に流れる電流I2との時間変化は、上記のような両オン期間Tonを設けない場合には図6の破線のようになるのに対し、両オン期間Tonを設けた場合には図6の実線のようになる。すなわち、両オン期間Tonを設けた場合、第1オン状態から第2オン状態への移行時に、第2発光ダイオードアレイLD2における電流I2のピークが低くなる。
For example, the time change between the output voltage V0 of the
また、各発光ダイオードアレイLD1,LD2にそれぞれ直列に定電流回路が接続される場合に比べ、回路構成の簡略化が可能となる。さらに、各発光ダイオードアレイLD1,LD2にそれぞれ直列に定電流回路や限流抵抗が接続される場合に比べ、消費電力が抑えられる。 Further, the circuit configuration can be simplified as compared with the case where a constant current circuit is connected in series to each of the light emitting diode arrays LD1 and LD2. Furthermore, power consumption can be reduced compared to the case where a constant current circuit or a current limiting resistor is connected in series to each of the light emitting diode arrays LD1 and LD2.
本実施形態の発光ダイオード点灯装置は、例えば自動車の前照灯のような照明装置に用いることができる。本実施形態を自動車の前照灯に用いる場合、例えば、第1発光ダイオードアレイLD1をハイビーム用の光源とし、第2発光ダイオードアレイLD2をロービーム用の光源とすることができる。 The light-emitting diode lighting device of the present embodiment can be used for an illumination device such as an automobile headlamp. When this embodiment is used for a vehicle headlamp, for example, the first light emitting diode array LD1 can be used as a high beam light source, and the second light emitting diode array LD2 can be used as a low beam light source.
なお、上記とは逆に、第2オン状態から第1オン状態に移行する際には、両方のスイッチQ1,Q2がオフされる期間(以下、「両オフ期間」と呼ぶ。)Toffが発生する。このような両オフ期間Toffを短縮するためには、例えば図7に示すような遅延回路30を採用すればよい。図7の遅延回路30では、ダイオードD31,D32と抵抗R31,R32との直列回路を2個互いに並列に接続するとともにダイオードD31,D32を互いに逆向きとすることで、コンデンサ3の充電専用の経路と放電専用の経路とを分けている。このような遅延回路30の放電専用の経路において抵抗値R32を小さく又は抵抗R32自体を省略すれば、上記のような両オフ期間Toffを短縮することができる。
Contrary to the above, when shifting from the second on state to the first on state, a period (hereinafter referred to as “both off period”) Toff in which both switches Q1 and Q2 are turned off occurs. To do. In order to shorten such both off periods Toff, for example, a
さらに、第1オン状態と第2オン状態とで、電源回路1のフィードバック動作における目標電流値が切り替わるようにしてもよい。具体的には例えば図8に示すように、第1基準電圧Vr1を分圧する分圧抵抗R21,R22のうち低電圧側の分圧抵抗R22に代えて2個の分圧抵抗R22,R23の直列回路を用い、これら2個の分圧抵抗R22,R23の接続点を、第2駆動信号S2の論理否定によりオンされるスイッチング素子Qaを介してグランドに接続する。すなわち、第2駆動信号S2がLレベルである期間中(つまり第2光源回路22でスイッチS2がオフされる期間中)には上記のスイッチング素子Qaがオンされることで、第2駆動信号S2がHレベルである期間よりも目標電流値が低下される。この構成を採用すれば、入力すべき電流が光源回路21,22間(発光ダイオードアレイLD1,LD2間)で異なる場合にも対応可能である。
Furthermore, the target current value in the feedback operation of the
また、図9に示すように、電源回路1の高電圧側の出力端と第1光源回路21との間に第1補助光源41を介装し、電源回路1の高電圧側の出力端と第2光源回路22との間に第2補助光源42を介装するとともに、第1補助光源41と第1光源回路21との接続点と、第2補助光源42と第2光源回路22との接続点との間を、ダイオードD4を介して接続してもよい。各補助光源41,42はそれぞれ発光ダイオードアレイからなる。また、上記のダイオードD4は、アノードを第2補助光源42側に向けている。すなわち、第1オン期間中には両方の補助光源41,42と第1発光ダイオードアレイLD1とが点灯し、第2オン期間中には第2補助光源42と第2発光ダイオードアレイLD2とが点灯する。上記のように2個の補助光源41,42の同時点灯が可能なように、第2補助光源42とダイオードD4との直列回路と第1補助光源41との順電圧−順電流特性は十分に揃えられている。上記の第2補助光源42はいずれのスイッチQ1,Q2がオンであるときにも点灯するので、例えば自動車の前照灯に本発明を適用する場合には第2補助光源42の光は路肩など常時の照明が望ましい範囲に向けられる。さらに、各発光ダイオードアレイLD1,LD2と各補助光源41,42とで光束や光色を適宜異ならせてもよい。
Further, as shown in FIG. 9, a first auxiliary
さらに、光源回路21,22は3個以上であってもよい。この場合、例えば、駆動信号がLレベルに切り替わってからスイッチがオフ駆動されるまでの時間が、発光ダイオードアレイの順方向電圧が高い光源回路ほど長くなるように、スイッチ制御回路3において光源回路毎に適宜の遅延回路を設ける。なお、上記の第2光源回路22のように、複数個の光源回路の中で発光ダイオードアレイの順方向電圧が最も低い光源回路については、遅延回路を省略することができる。
Further, the
また、電源回路1は上記のようなブーストコンバータに限られず、出力電流を一定に維持するフィードバック動作が可能であればよい。
Further, the
1 電源回路
3 スイッチ制御回路
41 第1補助光源
42 第2補助光源
D4 ダイオード
LD1,LD2 発光ダイオードアレイ
Q1 第1スイッチ
Q2 第2スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発光ダイオードアレイと前記スイッチとの直列回路が出力端間に互いに並列に接続され出力電流の電流値を所定の目標電流値とするようにフィードバック動作する電源回路と、
各前記スイッチをオンオフ制御するスイッチ制御回路とを備え、
前記スイッチ制御回路は、前記スイッチのうちのいずれか1個である第1スイッチのみがオンされた状態から、前記第1スイッチが直列に接続された前記発光ダイオードアレイよりも順方向電圧が低い別の前記発光ダイオードアレイに直列に接続された前記スイッチである第2スイッチのみがオンされた状態に移行させる際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの両方がオンされた状態を経由させることを特徴とする発光ダイオード点灯装置。 A plurality of switches each connected in series to a different light emitting diode array;
A power supply circuit that performs a feedback operation so that a series circuit of the light emitting diode array and the switch is connected in parallel to each other between output terminals and the current value of the output current is set to a predetermined target current value;
A switch control circuit for on / off controlling each of the switches,
The switch control circuit has a forward voltage lower than that of the light emitting diode array in which the first switches are connected in series from a state in which only one of the switches is turned on. When shifting to the state where only the second switch, which is the switch connected in series to the light emitting diode array, is turned on, the state where both the first switch and the second switch are turned on is passed. A light-emitting diode lighting device.
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