KR0185105B1 - 포워드 컨버터를 사용한 에스엠피에스의 전원 안정화 장치 - Google Patents

포워드 컨버터를 사용한 에스엠피에스의 전원 안정화 장치 Download PDF

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KR0185105B1 KR1019960017251A KR19960017251A KR0185105B1 KR 0185105 B1 KR0185105 B1 KR 0185105B1 KR 1019960017251 A KR1019960017251 A KR 1019960017251A KR 19960017251 A KR19960017251 A KR 19960017251A KR 0185105 B1 KR0185105 B1 KR 0185105B1
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Abstract

본 발명은 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치에 관한 것으로, 본 발명은 직류전원 공급부(10)와; 상기 직류전원을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 포워드 컨버트(20); 상기 포워드 컨버터(20)의 1차측 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 피드백 전압(Vfb)에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하고, 일정 전압 이상이 OCP 단자에 입력되면 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시키는 제어 IC(40) 및; 상기 포워드 컨버터(20)의 출력을 정류하는 정류부(50)가 구비되어진 SMPS에 있어서, 상기 정류부(50)로부터 입력된 전압을 평활하여 모니터 회로에 공급하고, 상기 전압을 적정 신호 처리한 후 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 입력하는 전원 안정화부(60)로 구성되어 있어, 전원 공급단에 과부하가 걸린 경우 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시켜 항시 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 디스컨트뉴어스 모드를 유지하도록 함으로써, 전원전압을 안정화시키는 데 그 효과가 있다.

Description

포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치(A apparatus for stabilizing power of a SMPS using a forward converter)
제1도는 포워드 컨버터를 사용한 일반적인 SMPS의 구성도.
제2a도는 파워 트랜지스터의 온/오프 타이밍도.
제2b도는 디스컨티뉴어스 모드시 IL의 파형도.
제2c도는 컨티뉴어스 모드시 IL의 파형도.
제2d도는 본 발명에 따른 IL의 파형도.
제3도는 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치에대한 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 직류 전원 공급부 20 : 포워드 컨버터
30 : 파워 트랜스 40 : 제어 IC
50 : 정류부 60 : 전원 안정화부
61 : 커런트 컨버터 62 : 제1커패시터
63 : 포토 커플러 64 : 제2커패시터
본 발명은 포워드 컨버터를사용한 SMPS에 관한 것으로, 특히 포워드 컨버터로부터 출력된 전원 전압을 모니터의 각부에 공급하는데 있어 안정된 전원을 공급하도록 되어진 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 모니터의 전원 회로는 모니터내의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 수행하는데, 전원 회로는 포워드 컨버터를 비롯해 백워드 컨버터 등 그 구현의 예가 다양하다.
제1도는 포워드 컨버터를 사용한 종래의 SMPS의 구성도로서, 일반적으로 SMPS(Switched Mode Power Supply)란 스위칭 전원으로서, 선형 전원(Linear Power Supply)보다 소형, 경량이면서 고효율적이기 때문에 이에 관련된 기술은 급속히 발전하고 있는 추세에 있다.
제1도에 도시된 바와 같이 SMPS 퓨우즈를 통해 상용 교류 전원을 입력받아 고주파 노이즈를 제거한 후 정류하여, 상기 정류된 직류 전압을 평활하는 직류 전원 공급부(10)와; 상기 직류 전원 공급부(10)로부터 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을발생하는 포워드 컨버터(20); 상기 포워드 컨버터(20)의 1차 권선에 연결된 파워트랜지스터(30); 입력된 피드백 전압(Vfb)에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하는 제어 IC(40) 및; 상기 포워드 컨버터(20)의 출력을 정류하는 정류부(50); 상기 정류부(50)로부터 입력된 직류 전압을 평활하는 전압 평활부(60); 및 상기 전압 평활부(60)에 광학적으로 결합되어, 상기 평활부(60)로부터 출력된 신호를 감지하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자로 출력하는 포토 커플러(70)로 구성되어 있다.
제1도를 참조하여 SMPS의 동작을 살펴보면, 상기 직류 전압 공급부(10)는 상용 교류 전원이 퓨우즈를 통해 인가되는 전원 입력부(11)와; 상기 전원 입력부(11)로부터 교류 전압을 입력받아 고주파 노이즈를 제거하는 입력 필터부(12); 상기 입력 필터부(12)로부터 입력된 교류 전압을 정류하는 브리지 다이오드(13); 및 상기 다이오드(13)로부터 입력된 직류 전압을 평활하는 전압 평활부(14)로 구성되어 있다.
먼저 상기 전원 입력부(11)로부터 100V 혹은 220V의 상용 교류 전원이 퓨우즈를 통하여 인가되면, 입력 필터부(12)의 라인 필터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2, C3)는 L·C의 공진 작용에 의하여 교류 전원을 통해 유입되는 노이즈를 제거하는 한편, 비르지 다이오드 D1(13) 및 제어 IC(40)가 동작하면서 발생되는 고주파 노이즈가 AC 입력 라인을 타고 외부로 나가는 것을 차단한다.
상기 입력 필터부(12)를 통과한 교류 전압은 브리지 다이오드 D1(13)에서 정류된 정류되고 돌입 전류 방지용 저항(R1)을 통해 평활용 콘덴서(C4)에서 평활되어 직류 전압(Vi)으로 변환된 후 포워드 컨버터(20)의 1차측 권선에 인가된다.
동시에 상기 브리지 다이오드 D1(13)에서 정류된 정류 전압은 제어 IC(40)의 VCC단에 인가되어 제어 IC(40)를 동작시키게 되고, 상기 제어 IC(40)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)가 온/오프(ON/OFF)된다. 이때, 포워드 컨버터(20)의 2차측에 유도된 전압은 궤환 전압으로써 상기 제어 IC(40)에 입력되어 출력 전압이 안정되도록 PWM 제어한다.
즉, 상기 직류 전압 (Vi)이 인가되면, 커패시터(C5)에 직류 전압(Vi)이 충전됨에 따라 제어 IC(40)의 공급 전원(VCC)이 기동 전압에 도달하게 되어, 제어 IC(40)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 온/오프된다.
상기 파워 트랜지스터(30)가 상기 제어 IC(40)내의 발진기 주기에 따라 일정 시간 동안 온 상태를 유지하다 오프 상태로 변하면, 포워드 컨버터(20)의 2차 권선에서 1차 권선으로 유기되는 유도 기전력이 발생하게 된다.
따라서 상기 포워드 컨버터(20)는 상기 제어 신호 즉 직류 전압에 의해 2차측 권선에서 요구되는 교류 전압(VS)을 출력하게 된다.
이와 같은 동작을 반복하여 포워드 컨버터(20)의 2차 권선에서 출력된 교류 전압(VS)을 정류부(50)를 통하여 다시 직류 전압(Vo)으로 정류한다.
즉, 교류 출력 전압(VS)은 정류 다이오드(D2)에 의해서 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압(Vo)은 전압 평활부(60)에서 π형태의 커패시터(C6)와 라인 필터(L3) 및 다이오드(D3)에 의해 DC 평활된 후, 각 회로에 인가되어 회로를 동작시킨다.
이때 상기 각 회로로 공급되는 전원 전압(VO)은 포토 커플러(70)에 의해 감지된다. 따라서 정상시보다 많은 전류가 흐르게 되면 상기 과전류는 제어 IC(40)의 피드백단(Vfb)으로 입력된다.
이에 따라 상기 제어 IC(40)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 온/오프된다.
즉, 상기 PWM 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 짧게하여 상기 포워드 컨버터(20)로 출력함으로써, SMPS의 출력은 100V 전압을 유지하게 된다.
즉, 상기 SMPS로부터 출력된 전원 전압(Vo)은 모니터 각부에 인가되는데, 이때 포토 커플러(70)에 의해 과전류를 검출하여 상기 파워 트랜지스터(30)의 스위칭 동작을 제어하여 온 타임을 짧게 함으로써 SMPS로부터 출력되는 전원 전압(Vo)을 일정 전압으로 유지시켜 모니터의 각 회로 등에 공급한다.
또한 상기 파워 트랜지스터(30)를 과전류로부터 보호하기위해 상기 파워 트랜지스터(30)의 에미터 단자와 접지 사이에 저항을 연결하여, 상기 저항의 양단을 각각 제어 IC(40)의 GND(Ground)단자와 OCP(Over Current Protect)단자에 연결하여, 상기 제어 IC(40)가 온 상태일 때 상기 전압 차이가 일정치 이상이면 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킨다.
이때 제2도의 (a)에 도시된 바와 같이 파워 트랜지스터(30)의 턴온/오프시, 상기 라인 필터(L3)에 흐르는 전류(IL)는 제2도의 (b)에 도시된 바와 같이 디스컨티뉴어스 모드(Discontinuous Mode)가 된다.
즉, 제2도의 (a)에 도시된 바와 같이 파워 트랜지스터(30)가 턴온되면(Ton) 입력 전압이 모두 다이오드(D3)의 역으로 인가되어 다이오드(D3)는 오프된다. 이렇게 되면 상기 라인 필터(L3)에는 입력 전압과 출력 전압의 차가 인가되어 (b)에 도시된 바와 같이 상기 라인 필터(L3)에 흐르는 전류(IL)가 증가된다. 이때 파워 트랜지스터(30)가 턴오프되면(Toff) 라인 필터(IL)에 흐르던 전류(IL)는 다이오드(D3)를 통해서 흐르게 됨에 따라 라인 필터(L3)에는 출력 전압이 역으로 인가되어 전류(IL)가 감소된다. 이때 파워 트랜지스터(30)가 턴오프되어 있는 동안 라인 필터(L3)에 흐르는 전류(IL)가 점점 감소하여 완전히 '0'으로 떨어지게 되는데, 이것을 디스컨티뉴어스 모드라 한다.
그러나 상기 전원을 공급해야 하는 모니터의 각단에 과부하가 걸린 경우, 라인 필터(L3)에 충전되어 있던 저원 전압이 기준치 이상 소모되어 상기 제2도의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 라인 필터(L3)에 흐르는 전류(IL)가 끊이지 않고 계속해서 흐르는 컨티뉴어스 모드(Continuous Mode)가 된다.
따라서 포워드 컨버터를 이용한 종래의 SMPS는 상기 라인 필터(L3)에 흐르는 전류(IL)가 디스컨티뉴어스 모드와 컨티뉴어스 모드를 왔다갔다하여 SMPS 출력단이 불안정해진다는 문제점이 있었다.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상기 제어 IC(40)의 GND 단자와 OCP 단자를 이용하여 전원 공급단에 과부하가 걸린 경우 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시키는 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치는, 퓨우즈를 통해 상용 교류 전원을 입력받아 고주파 노이즈를 제거한 후 정류하여, 상기 정류된 직류 전압을 평활하는 직류 전원 공급부와; 상기 직류 전원 공급부로부터 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 포워드 컨버터; 상기 포워드 컨버터의 1차 권선에 연결된 파워 트랜지스터; 입력된 피드백 전압에 따라 상기 파워 트랜지스터의 동작을 PWM 제어하고, 일정 전압 이상이 OCP 단자에 입력되면 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시키는 제어 IC 및; 상기 포워드 컨버터의 출력을 정류하는 정류부가 구비되어진 SMPS에 있어서, 상기 정류부로부터 입력된 전압을 평활하여 모니터의 각 회로에 공급하고, 상기 전압을 적정 신호 처리한 후 상기 제어 IC의 OCP 단자에 입력하는 전원 안정화부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따르면 상기 제어 IC의 OCP 단자를 이용하여 전원공급단에 과부하가 걸린 경우, 상기 파워 트랜지스터를 강제로 오프시킴으로써, 항시 상기 커런트 컨버터의 1차측 권선에 흐르는 전류가 디스컨트뉴어스 모드를 유지하도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명에 따른 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치에 대한 구성도로서, 직류 전원 공급부(10)와; 포워드 컨버터(20); 파워 트랜지스터(30); 제어 IC(40) 및; 정류부(50)가 구비되어진 SMPS에 있어서, 전원 안정화부(60)로 구성되어 있다.
여기서 상기 전원 안정화부(60)는, 1차측 권선을 통해 상기 정류부(50)로부터 직류 전압을 입력받아, 상기 1차 코일에서 발생한 교류 전류에 의해 2차측 권선에 유도 기전력을 발생하며, 상기 1차측 권선과 2차측 권선의 접지가 분리되어 있는 커런트 컨버터(51)와; 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 커런트 컨버터(51)의 1차측 권선으로부터 유입된 직류 전압을 평활하여 모니터 회로에 공급하는 제1커패시터(62); 상기 제1커패시터(62) 출력 전압을 감지하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 감지 신호를 출력하는 포토 커플러(63); 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측 권선과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있는 제2커패시터(64); 및 애노드단이 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측 권선과 제2커패시터(64) 사이에 병렬로 연결되고, 캐소드단이 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 연결되어 있는 다이오드(65)로 구성되어 있다.
이어서 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 효과를 상세히 설명하도록 한다.
먼저 본 발명의 장치를 설명하기 앞서 OCP 기능에 대하여 살펴보면, 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 제어 IC(40)는 OCP 단자를 구비하고 있다. 즉, 상기 파워 트랜지스터(30)ㄹ르 과전류로부터 보호하기 위해 상기 파워 트랜지스터(30)의 에미터 단자와 접지 사이에 저항(Re)을 연결하고, 다시 상기 저항(Re)의 양단을 각각 제어 IC(40)의 GND 단자와 OCP 단자에 연결하여, 상기 파워 트랜지스터(30)가 온일 때 상기 전압 차이가 일정치 이상이면 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시킨다.
제3도에 도시된 바와 같이, 정류부(50)로부터 출력된 전원 전압(Vo)을 커런트 컨버터(61)의 1차측에 인가하면, 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선을 통해 흐른 직류 전압(Vo)이 제1커패시터(62)에 인가된다.
이때 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선은 상기 포워드 컨버터(20)의 2차축 코일에 연결되어 있고, 상기 커런트 컨버터(61)의 2차축 코일은 상기 제어 IC를 통해 상기 포워드 컨버터(20)의 1차축 코일에 연결되어 있으므로, 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선과 2차측 권선의 접지를 분리시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 포워드 컨버터(20)의 2차측 권선으로부터 출력된 신호를 상기 포워드 컨버터(20)의 1차측 권선에 연결되어 있는 상기 제어 IC(40)에 직접 입력하여도, 회로의 쇼트가 발생하지 않는다.
여기서 상기 제1커패시터(61)는 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측과 접지 사이에 연결되어 있다.
이에 따라 상기 제1커패시터(62)에서 평활된 직류 전압(Vo)은 모니터 각 회로에 인가되는 동시에, 포토 커플러(63)에서 이를 감지하여 상기 제어 IC에 피드백 단자로 감지 신호를 출력한다.
이에 따라 상기 제어 IC(40)가 작동되어 PWM 제어 신호를 발생하고, 이 PWM 제어 신호에 의해 파워 트랜지스터(30)가 온/오프된다.
즉, 상기 PWM 제어 신호에 의해 상기 파워 트랜지스터(30)의 온타임을 길게 혹은 짧게하여 상기 포워드 컨버터(20)로 출력함으로써, 상기 포워드 컨버터(20)는 항시 100V 전압을 유지 출력하게 된다.
이때 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 의해 교류 전류가 발생하여 2차측 권선에 유도 기전력이 발생하고, 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측과 접지 사이에 연결되어 있는 제2커패시터(64)에는 상기 발생된 유도 기전력 만큼의 전압이 걸리게 된다.
이에 따라 상기 제2커패시터(64)에 걸린 전압이 양단이 다이오드(65)를 통해 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 입력된다.
이때 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 인가된 전압이 일정치이면, 상기 제어 IC(40)는 정상 동작을 한다.
즉, 제2a도에 도시된 바와 같이 파워 트랜지스터(30)가 턴온되면(Ton) 입력 전압이 모두 다이오드(D3)의 역으로 인가되어, 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에는 입력 전압과 출력 전압의 차가 인가되므로 2b도에 도시된 바와 같이 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 증가된다. 이때 파워 트랜지스터(30)가 턴오프되면(Toff) 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르던 전류(IL)는 다이오드(D3)를 통해 흐르게 됨에 따라 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에는 출력 전압이 역으로 인가되어 전류(IL)가 감소된다. 이때 파워 트랜지스터(30)가 턴오프되어 있는 동안 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 점점 감소하여 완전히 '0'으로 떨어지게 되어 디스컨티뉴어스 모드가 된다.
그러나, 상기 모니터의 각 회로단에 과부하가 걸려, 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 전류(IL)가 기준치 이상 커지게 되면, 상기 2차측에 유기된 유도 기전력도 동시에 커져 제2커패시터(64)에 정상시보다 큰 전압이 인가되고, 상기 과전압은 다이오드(65)를 통해 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 입력된다.
이에 따라 상기 제어 IC(40)는 OCP 단자에 입력된 전압이 일정치 이상이면, 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시켜 온 타임을 짧게 하여 상기 포워드 컨버터(20)에 공급함으로써, 상기 포워드 컨버터(20)에서 출력되는 전원 전압을 감소시킨다.
즉, 파워 트랜지스터(30)가 턴온되면(Ton), 2d도에 도시된 바와 같이 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 증가한다. 이때 파워 트랜지스터(30)를 강제로 턴오프시켜(Toff) 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르던 전류(IL)를 감소시킨다. 이때 파워 트랜지스터(30)가 턴오프되어 있는 동안 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 점점 감소하여 완전히 '0'으로 떨어지게 조정한다.
이에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 온/오프 타임을 조절하여 SMPS 출력 전류를 디스컨티뉴어스 모드로 안정하게 유지한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 상기 제어 IC(40)의 GND 단자와 OCP 단자를 이용하여 전원 공급단에 과부하가 걸린 경우, 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시켜, 항시 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측 권선에 흐르는 전류(IL)가 디스컨티뉴어스 모드를 유지하도록 함으로써, 전원 전압을 안정화시키는 데 그 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 퓨우즈를 통해 상용 교류 전원을 입력받아 고주파 노이즈를 제거한 후 정류하여, 상기 정류된 직류 전압을 평활하는 직류 전원 공급부(10)와; 상기 직류 전원 공급부(10)로부터 직류 전압을 입력받아 유도 기전력을 발생하는 포워드 컨버터(20); 상기 포워드 컨버터(20)의 1차 권선에 연결된 파워 트랜지스터(30); 입력된 피드백 전압(Vfb)에 따라 상기 파워 트랜지스터(30)의 동작을 PWM 제어하고, 일정 전압 이상이 OCP 단자에 입력되면 상기 파워 트랜지스터(30)를 강제로 오프시키는 제어 IC(40) 및; 상기 포워드 컨버터(20)의 출력을 정류하는 정류부(50)가 구비되어진 SMPS에 있어서, 상기 정류부(50)로부터 입력된 전압을 평활하여 모니터의 각 회로에 공급하고, 상기 전압을 적정 신호 처리한 후 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 입력하는 전원 안정화부(60)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원 안정화부(60)는, 1차측 권선을 통해 상기 정류부(50)로부터 직류 전압을 입력받아, 상기 1차 코일에서 발생한 교류 전류에 의해 2차측 권선에 유도 기전력을 발생하며, 상기 1차측 권선과 2차측 권선의 접지가 분리되어 있는 커런트 컨버터(51)와; 상기 커런트 컨버터(61)의 1차측 권선과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 커런트 컨버터(51)의 1차측 권선으로부터 유입된 직류 전압을 평활하여 모니터 회로에 공급하는 제1커패시터(62); 상기 제1커패시터(62) 출력 전압을 감지하여 상기 제어 IC(40)의 피드백 단자에 감지 신호를 출력하는 포토 커플러(63); 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측 권선과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있는 제2커패시터(64); 및 애노드단이 상기 커런트 컨버터(61)의 2차측 권선과 제2커패시터(64) 사이에 병렬로 연결되고, 캐소드단이 상기 제어 IC(40)의 OCP 단자에 연결되어 있는 다이오드(65)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포워드 컨버터를 사용한 SMPS의 전원 안정화 장치.
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