JP2015077030A - Overheat protection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷への給電をオンオフするスイッチと、該負荷への給電によって発熱する発熱部又は該スイッチに熱結合した感熱抵抗器とを備え、該感熱抵抗器の両端の電位差に応じて、前記スイッチをオフにする過熱保護装置に関する。 The present invention comprises a switch for turning on and off the power supply to the load, a heat generating part that generates heat by the power supply to the load or a thermal resistor thermally coupled to the switch, and according to the potential difference between both ends of the thermal resistor, The present invention relates to an overheat protection device that turns off the switch.
負荷の過熱を検知するための正特性サーミスタ及び該負荷への給電を遮断するスイッチングトランジスタを備え、負荷の過熱が検知された場合、該スイッチングトランジスタによって負荷への電流を遮断する過熱保護回路が開示されている(例えば、特許文献1)。正特性サーミスタの一端は電源電位に接続されており、該正特性サーミスタの他端側の電圧に応じて、スイッチングトランジスタがオンオフ動作するように構成されている。
例えば、正特性サーミスタの他端は分圧抵抗を介して接地されている。スイッチングトランジスタのゲートには、抵抗器を介して制御トランジスタのコレクタが接続され、該制御トランジスタのエミッタは、逆接続されたツェナーダイオードを介して接地されている。また、制御トランジスタのベースには前記分圧抵抗で分圧された電圧が印加されるように構成されている。
Disclosed is an overheat protection circuit that includes a positive temperature coefficient thermistor for detecting overheating of a load and a switching transistor that cuts off power supply to the load, and that shuts off current to the load when the overheating of the load is detected. (For example, Patent Document 1). One end of the positive temperature coefficient thermistor is connected to the power supply potential, and the switching transistor is configured to turn on and off according to the voltage on the other side of the positive temperature coefficient thermistor.
For example, the other end of the positive temperature coefficient thermistor is grounded via a voltage dividing resistor. The collector of the control transistor is connected to the gate of the switching transistor via a resistor, and the emitter of the control transistor is grounded via a reversely connected Zener diode. Further, the voltage divided by the voltage dividing resistor is applied to the base of the control transistor.
このように構成された過熱保護回路においては、正特性サーミスタの温度が上昇すると、該正特性サーミスタによる降下電圧が大きくなり、スイッチングトランジスタがオフになる。スイッチングトランジスタがオフになった場合、負荷への給電が遮断される。逆に、正特性サーミスタの温度が低下すると、スイッチングトランジスタがオンになり、負荷への給電が再開される。 In the overheat protection circuit configured as described above, when the temperature of the positive temperature coefficient thermistor rises, the voltage drop due to the positive temperature coefficient thermistor increases and the switching transistor is turned off. When the switching transistor is turned off, the power supply to the load is cut off. On the contrary, when the temperature of the positive temperature coefficient thermistor decreases, the switching transistor is turned on, and the power supply to the load is resumed.
しかしながら、従来の過熱保護回路においては、電源電位が変動した場合、正特性サーミスタの他端側の電圧も変動してしまい、スイッチングトランジスタがオフになる正特性サーミスタの温度閾値が変化するという問題があった。車載バッテリを電源として用いた場合、オルタネーターによる発電時、エンジン始動時等、車載機器の動作時に電源電位が変動することがある。温度閾値が変化してしまうと、制御トランジスタが誤動作し、適切な過熱保護を行うことができない。 However, in the conventional overheat protection circuit, when the power supply potential fluctuates, the voltage on the other end side of the positive temperature coefficient thermistor also varies, and the temperature threshold value of the positive temperature coefficient thermistor that turns off the switching transistor changes. there were. When an in-vehicle battery is used as a power source, the power supply potential may fluctuate during operation of the in-vehicle device, such as during power generation by an alternator or when starting an engine. If the temperature threshold value changes, the control transistor malfunctions and appropriate overheat protection cannot be performed.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、負荷への給電をオンオフするスイッチ又は該負荷への給電によって発熱する発熱部を、電源電位の変動に影響されること無く適切に保護することができる過熱保護装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and appropriately protects a switch for turning on and off the power supply to the load or a heat generating portion that generates heat by the power supply to the load without being affected by fluctuations in the power supply potential. An object of the present invention is to provide an overheat protection device that can be used.
本発明に係る過熱保護装置は、負荷への給電をオンオフするスイッチと、該負荷への給電によって発熱する発熱部又は該スイッチに熱結合した感熱抵抗器と、該感熱抵抗器に定電流を供給する定電流回路と、前記感熱抵抗器の両端の電位差に応じて、前記スイッチをオフにする制御回路とを備えることを特徴とする。 An overheat protection device according to the present invention includes a switch for turning on and off power supply to a load, a heat generating part that generates heat by power supply to the load, or a thermal resistor thermally coupled to the switch, and supplies a constant current to the thermal resistor. And a control circuit for turning off the switch in accordance with a potential difference between both ends of the thermal resistor.
感熱抵抗器は、発熱部又はスイッチに熱結合しているため、該発熱部又はスイッチの温度に応答して、感熱抵抗器の温度も変化する。感熱抵抗器には定電流が供給されているため、感熱抵抗器の温度と、該感熱抵抗器の両端の電位差との関係は、電源電位によって変動することは無い。制御回路は、感熱抵抗器の両端の電位差に応じて、スイッチをオフにする。
従って、電源電位の電圧変動に影響されること無く、発熱部及びスイッチの温度に応じて、前記スイッチはオフになり、負荷への給電が遮断される。
Since the thermal resistor is thermally coupled to the heat generating part or the switch, the temperature of the thermal resistor also changes in response to the temperature of the heat generating part or the switch. Since a constant current is supplied to the thermal resistor, the relationship between the temperature of the thermal resistor and the potential difference between both ends of the thermal resistor does not vary depending on the power supply potential. The control circuit turns off the switch according to the potential difference between both ends of the thermal resistor.
Therefore, the switch is turned off according to the temperature of the heat generating part and the switch without being affected by the voltage fluctuation of the power supply potential, and the power supply to the load is cut off.
本発明に係る過熱保護装置は、前記制御回路は、ソースが前記感熱抵抗器の高電位側に接続され、ゲートが前記感熱抵抗器の低電位側に接続されたFETを備えることを特徴とする。 The overheat protection device according to the present invention is characterized in that the control circuit includes an FET having a source connected to a high potential side of the thermal resistor and a gate connected to a low potential side of the thermal resistor. .
FET(Field Effect Transistor)がオンオフする閾値電圧は、ソースの電位が高くなれば上昇し、ソースの電位が低くなれば降下する。FETのソースは感熱抵抗器の高電位側に接続されているため、感熱抵抗器の高電位側の電圧が変動した場合、該電圧の変動に応じて、FETがオンオフする閾値電圧も追随して変動する。従って、前記FETは、感熱抵抗器の高電位側の電圧変動に拘わらず、感熱抵抗器の降下電圧に応じてオンオフする。 A threshold voltage at which an FET (Field Effect Transistor) is turned on / off increases as the source potential increases, and decreases as the source potential decreases. Since the source of the FET is connected to the high potential side of the thermal resistor, when the voltage on the high potential side of the thermal resistor fluctuates, the threshold voltage at which the FET turns on and off also follows the fluctuation of the voltage. fluctuate. Therefore, the FET is turned on / off according to the voltage drop of the thermal resistor regardless of the voltage fluctuation on the high potential side of the thermal resistor.
本発明に係る過熱保護装置は、前記FETはPチャンネル型MOSFET又はNチャンネル接合型FETであることを特徴とする。 In the overheat protection device according to the present invention, the FET is a P-channel MOSFET or an N-channel junction FET.
Pチャンネル型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)は、感熱抵抗器の高電位側の電圧変動に拘わらず、感熱抵抗器の降下電圧に応じてオンオフする。
同様に、Nチャンネル接合型FETは、感熱抵抗器の高電位側の電圧変動に拘わらず、感熱抵抗器の降下電圧に応じてオンオフする。
A P-channel type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is turned on and off in accordance with the voltage drop of the thermal resistor regardless of voltage fluctuation on the high potential side of the thermal resistor.
Similarly, the N-channel junction FET is turned on / off according to the voltage drop of the thermal resistor regardless of the voltage fluctuation on the high potential side of the thermal resistor.
本発明に係る過熱保護装置は、前記感熱抵抗器は正特性サーミスタであり、前記制御回路は、一端子が前記スイッチのゲートに接続され、オンオフ用端子が前記Pチャンネル型MOSFET又はNチャンネル接合型FETのドレインに接続され、他端子が接地されたトランジスタを備えることを特徴とする。 In the overheat protection device according to the present invention, the thermal resistor is a positive temperature coefficient thermistor, and the control circuit has one terminal connected to the gate of the switch and an on / off terminal connected to the P-channel MOSFET or N-channel junction type. A transistor is connected to the drain of the FET and the other terminal is grounded.
前記Pチャンネル型MOSFET及びトランジスタは、感熱抵抗器の温度が所定の温度以上になった場合、オンになり、前記スイッチはオフになる。つまり、負荷への給電が遮断される。
同様に、前記Nチャンネル接合型FETは、感熱抵抗器の温度が所定の温度以上になった場合、オンになり、前記スイッチはオフになる。つまり、負荷への給電が遮断される。
The P-channel MOSFET and the transistor are turned on and the switch is turned off when the temperature of the thermal resistor exceeds a predetermined temperature. That is, the power supply to the load is interrupted.
Similarly, the N-channel junction FET is turned on and the switch is turned off when the temperature of the thermal resistor exceeds a predetermined temperature. That is, the power supply to the load is interrupted.
本発明に係る過熱保護装置は、前記感熱抵抗器は、電気的に前記スイッチに接続されていることを特徴とする。 The overheat protection device according to the present invention is characterized in that the thermal resistor is electrically connected to the switch.
感熱抵抗器は、前記スイッチに電気的に接続されて熱結合している。従って、スイッチの熱は感熱抵抗器へ直ちに伝達される。 The thermal resistor is electrically connected to and thermally coupled to the switch. Thus, the heat of the switch is immediately transferred to the thermal resistor.
本発明にあっては、負荷への給電をオンオフするスイッチ又は該負荷への給電によって発熱する発熱部を、電源電位の変動に影響されること無く適切に保護することができる。 In the present invention, the switch for turning on / off the power supply to the load or the heat generating part that generates heat by the power supply to the load can be appropriately protected without being affected by the fluctuation of the power supply potential.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は過熱保護装置の構成を概念的に示した回路ブロック図、図2は過熱保護装置の一構成例を示した回路図である。過熱保護装置は、電源1、スイッチ2、負荷3、感熱抵抗器4、定電流回路5及び制御回路6を備える。過熱保護装置は、例えば車両に搭載されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a circuit block diagram conceptually showing the configuration of the overheat protection device, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the overheat protection device. The overheat protection device includes a
電源1は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の車載バッテリである。鉛蓄電池は、正極板及び負極板と電解液とを備える。電源1の正極はスイッチ2を介して負荷3に接続されており、電源1は化学反応によって電力を負荷3へ供給する。なお、鉛蓄電池、リチウムイオン電池は、電源1の一例であり、負荷3に対して、必要な電力を供給できるものであれば、特にこれらに限定されない。
The
スイッチ2は、負荷3への給電をオンオフする素子である。スイッチ2は負荷3への給電によって発熱する素子であり、本実施の形態における過熱保護装置の保護対象である。スイッチ2は、例えばNチャンネル型のMOSFETである。スイッチ2のドレインは電源1の正極に接続され、ソースは負荷3の一端に接続されている。スイッチ2のゲートは制御回路6に接続されており、制御回路6からの制御信号に応じて、オンオフする。具体的には、制御回路6からハイレベルの信号が、スイッチ2のゲートに印加された場合、スイッチ2はオンになり、ローレベルの信号がスイッチ2のゲートに印加された場合、スイッチ2はオフになる。
なお、Nチャンネル型のMOSFETは、スイッチ2の一例である。スイッチ2は、Pチャンネル型のMOSFET、接合型FET、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチであっても良いし、機械式スイッチであっても良い。
The
Note that the N-channel MOSFET is an example of the
負荷3は、車両に搭載されたヘッドランプ、送風用モータ、各種駆動用のモータ等の装置である。負荷3の一端部は、スイッチ2のソース又は感熱抵抗器4の一端部に接続され、負荷3の他端部は接地されている。つまり、負荷3の他端部は車両の金属フレームに接続されている。
The
感熱抵抗器4は正特性サーミスタである。正特性サーミスタは、温度が上昇すると、抵抗値が増加する抵抗器である。感熱抵抗器4の一端部はスイッチ2のソースに電気的に接続して熱結合している。つまり、電源1からの電流はスイッチ2を通じて感熱抵抗器4に流れると共に、通電によって発熱したスイッチ2の熱が感熱抵抗器4に伝導するように構成されている。より具体的には、スイッチ2が配された回路基板の導電線に対して感熱抵抗器4の一端部を直接的に接続してある。また感熱抵抗器4の他端部は定電流回路5に接続されている。
The
定電流回路5は、感熱抵抗器4及び該定電流回路5に印加される電圧に拘わらず、感熱抵抗器4に定電流を供給する回路である。定電流の大きさは後述する。
The constant current circuit 5 is a circuit that supplies a constant current to the
制御回路6は、感熱抵抗器4の両端の電位差に応じて、スイッチ2をオフにする回路である。具体的には、制御回路6はスイッチ2のオンオフを制御する制御部61と、スイッチ2の過熱時に該スイッチ2を強制的に遮断制御するためのPチャンネル型MOSFET62及びトランジスタ63を備える。
The
制御部61は、例えばCPU、ROM、RAM、制御信号出力部、CAN通信インタフェース、I/Oポート等を備えたマイコンである。CAN通信インタフェースには図示しない外部の電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)がCANを介して接続されている。制御信号出力部は、スイッチ2のゲートが接続されている。制御部61は、図示しない外部の電子制御装置から、負荷3への給電指令を受けた場合、制御部61は制御信号出力部からハイレベルの制御信号を出力する。スイッチ2のゲートにハイレベルの制御信号を印加することによって、スイッチ2をオンにし、負荷3へ給電することができる。前記電子制御装置から負荷3への給電停止命令を受けた場合、制御部61は制御信号出力部からローレベルの制御信号を出力する。スイッチ2のゲートにローレベルの制御信号を印加することによって、スイッチ2をオフにし、負荷3への給電を停止することができる。
The
Pチャンネル型MOSFET62のソースは、スイッチ2のソースと、感熱抵抗器4の前記一端部、つまり高電位側の端部とに接続されている。また、Pチャンネル型MOSFET62のゲートは、感熱抵抗器4の他端部、つまり低電位側の端部に接続されている。Pチャンネル型MOSFET62のドレインは、トランジスタ63のベースに接続されている。
なお、Pチャンネル型MOSFET62に代えて、Nチャンネル接合型FETを用いても良い。
The source of the P-
Instead of the P
トランジスタ63は、例えばバイポーラトランジスタであり、コレクタがスイッチ2のゲート及び制御部61の制御信号出力部に接続されている。トランジスタ63のエミッタは接地されている。なお、バイポーラトランジスタは、トランジスタ63の一例であり、Nチャンネル型のMOSFET、Pチャンネル型の接合型FET等で構成しても良い。
The
このように構成された過熱保護装置の動作を説明する。
感熱抵抗器4による降下電圧は下記式(1)で表される。
The operation of the overheat protection device configured as described above will be described.
The voltage drop due to the
Pチャンネル型MOSFET62がオンになる条件は下記式(2)で表される。
The condition for turning on the P-
上記式(2)の左辺はPチャンネル型MOSFET62のゲートに印加される電圧を示しており、右辺はPチャンネル型MOSFET62がオンになるゲート電圧を示している。
上記式(2)は下記式(3)に変形できる。
The left side of the above formula (2) indicates the voltage applied to the gate of the P-
The above equation (2) can be transformed into the following equation (3).
上記式(3)から分かるように、Pチャンネル型MOSFET62がオンになるゲート電圧は、電源電位に依存せず、Pチャンネル型MOSFET62のソースドレイン間の閾値電圧によって決まる。
従って、Pチャンネル型MOSFET62は、電源電位に依存せず、感熱抵抗器4の降下電圧が前記閾値電圧よりより大きい場合、オンになる。感熱抵抗器4の降下電圧が前記閾値電圧以下である場合、Pチャンネル型MOSFET62は、オフになる。つまり、Pチャンネル型MOSFET62は、正特性サーミスタである感熱抵抗器4の温度が高い場合、オンになり、感熱抵抗器4の温度が低い場合オフになる。
As can be seen from the above equation (3), the gate voltage at which the P-
Therefore, the P-
感熱抵抗器4の温度が低く、Pチャンネル型MOSFET62がオフ状態である場合、トランジスタ63はオフ状態である。トランジスタ63がオフ状態である場合、制御部61から出力される制御信号に従って、スイッチ2はオンオフする。
感熱抵抗器4の温度が高く、Pチャンネル型MOSFET62がオン状態である場合、トランジスタ63はオン状態である。トランジスタ63がオン状態である場合、スイッチ2のゲートは接地されるため、制御部61からハイレベルの制御信号が出力されていても、スイッチ2はオフになり、負荷3への給電が遮断される。
When the temperature of the
When the temperature of the
次に、スイッチ2をオフにする閾値の決定方法を説明する。上記式(1)及び(3)より、下記式(4)が得られる。
Next, a method for determining a threshold value for turning off the
ここで、スイッチ2をオフにする閾値温度における感熱抵抗器4の抵抗値は既知であるため、上記式(4)より、定電流回路5によって供給すべき定電流の値は下記式(5)で与えられる。
Here, since the resistance value of the
このように構成された過熱保護回路によれば、電源電位の変動に影響されること無く、スイッチ2が閾値温度以上にならないように保護することができる。
According to the overheat protection circuit configured as described above, it is possible to protect the
また、感熱抵抗器4はスイッチ2に対して電気的に接続されて熱結合しているため、過熱保護回路の熱応答性を向上させることができる。つまり、スイッチ2の温度上昇に追随して、感熱抵抗器4の温度も直ちに上昇するため、スイッチ2が閾値電圧に達した場合、速やかにスイッチ2をオフにすることができ、スイッチ2を過熱から効果的に保護することができる。
Further, since the
更に、スイッチ2の過熱保護制御を、制御回路6のPチャンネル型MOSFET62及びトランジスタ63によって実現しているため、応答性に優れており、制御部61の処理負担を軽減させることができる。
Furthermore, since the overheat protection control of the
なお、本実施の形態では、過熱保護制御を行う回路を、Pチャンネル型MOSFET62及びトランジスタ63で構成する例を説明したが、感熱抵抗器4の降下電圧に応じて、スイッチ2をオンオフ制御できる構成であれば、特に本実施の形態の構成に限定されない。
例えば、トランジスタ63を廃し、制御部61がPチャンネル型MOSFET62のドレイン電圧に応じて、スイッチ2をオンオフ制御するように構成しても良い。より具体的には、Pチャンネル型MOSFET62のドレイン電圧を、分圧抵抗で分圧し、分圧された電圧を制御部61のI/Oポートに入力するように構成すると良い。制御部61は、所定の閾値電圧より高い場合、スイッチ2を強制的にオフにする制御を行う。この場合、Pチャンネル型MOSFET62は、Nチャンネル型MOSFETで構成しても良いし、Pチャンネル型又はNチャンネル型の接合型FETで構成しても良い。
また、感熱抵抗器4の一端部の電圧値と、他端部の電圧値とを制御部61がI/Oポートを介して取得し、取得した電圧値の差分に応じて、スイッチ2をオンオフ制御するように構成しても良い。感熱抵抗器4が熱に対して正特性を有する場合、前記差分が閾値より大きいときに、スイッチ2を強制的にオフ制御すれば良い。感熱抵抗器4が負特性を有する場合、前記差分が閾値より小さいときに、スイッチ2を強制的にオフ制御すれば良い。
In this embodiment, an example in which the circuit for performing the overheat protection control is configured by the P-
For example, the
Further, the
また、感熱抵抗器4として正特性サーミスタを例示したが、温度によって抵抗値が変化する素子であれば、正特性サーミスタに限定されない。例えば、白銀測温抵抗体を感熱抵抗器4として用いても良い。また、上述したように、制御回路6の構成によっては、感熱抵抗器4は正特性である必要は無く、負特性の感熱抵抗器4、例えば負特性サーミスタで構成しても良い。負特性サーミスタは、温度が上昇すると、抵抗値が低下する抵抗器である。
例えば、トランジスタ63のコレクタをスイッチ2のゲートに接続し、トランジスタ63のエミッタを制御信号出力部に接続し、ベースをPチャンネル型MOSFET62のドレインに接続すると良い。感熱抵抗器4が負特性であるため、スイッチ2が閾値温度以下である場合、Pチャンネル型MOSFET62がオンになり、制御信号出力とスイッチ2のゲートとが接続される。スイッチ2が閾値温度未満である場合、Pチャンネル型MOSFET62がオフになり、制御信号出力とスイッチ2のゲートとが切断され、負荷3への給電が遮断される。
Moreover, although the positive temperature coefficient thermistor was illustrated as the
For example, the collector of the
更に、本実施の形態では、スイッチ2を過熱から保護する例を説明したが、負荷への給電によって過熱される任意の過熱部の温度を、感熱抵抗器4によって検知し、負荷への給電を遮断するように構成しても良い。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上で例示した内容だけで無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての更新が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered as restrictive. The scope of the present invention is shown not only by the contents exemplified above but also by the scope of claims for patent, and it is intended to include all the updates within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
1 電源
2 スイッチ
3 負荷
4 感熱抵抗器
5 定電流回路
6 制御回路
61 制御部
62 Pチャンネル型MOSFET
63 トランジスタ
DESCRIPTION OF
63 transistors
Claims (5)
該感熱抵抗器に定電流を供給する定電流回路と、
前記感熱抵抗器の両端の電位差に応じて、前記スイッチをオフにする制御回路と
を備えることを特徴とする過熱保護装置。 A switch for turning on / off the power supply to the load, a heat generating part that generates heat by the power supply to the load, or a thermal resistor thermally coupled to the switch,
A constant current circuit for supplying a constant current to the thermal resistor;
And a control circuit that turns off the switch in accordance with a potential difference between both ends of the thermal resistor.
ソースが前記感熱抵抗器の高電位側に接続され、ゲートが前記感熱抵抗器の低電位側に接続されたFETを備える
ことを特徴とする請求項1に記載の過熱保護装置。 The control circuit includes:
The overheat protection device according to claim 1, further comprising: an FET having a source connected to a high potential side of the thermal resistor and a gate connected to a low potential side of the thermal resistor.
ことを特徴とする請求項2に記載の過熱保護装置。 The overheat protection device according to claim 2, wherein the FET is a P-channel MOSFET or an N-channel junction FET.
前記制御回路は、
一端子が前記スイッチのゲートに接続され、オンオフ用端子が前記Pチャンネル型MOSFET又はNチャンネル接合型FETのドレインに接続され、他端子が接地されたトランジスタを備える
ことを特徴とする請求項3に記載の過熱保護装置。 The thermal resistor is a positive temperature coefficient thermistor,
The control circuit includes:
4. The transistor according to claim 3, further comprising: a transistor having one terminal connected to the gate of the switch, an on / off terminal connected to the drain of the P-channel MOSFET or N-channel junction FET, and the other terminal grounded. The overheat protection device described.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の過熱保護装置。 The overheat protection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the thermal resistor is electrically connected to the switch.
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WO2015053106A1 (en) | 2015-04-16 |
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