KR101409734B1 - 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치 - Google Patents

휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치 Download PDF

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이창우
김일규
김대환
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이충호
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(주)에이피앤
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Abstract

본 발명은 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 관한 것으로서, 충전식 배터리가 수납되며 상기 충전식 배터리와 연결되는 연결 단자를 구비하는 수납부, 외부로부터 전원을 인가 받는 적어도 하나의 입력 커넥터, 입력 커넥터와 상기 수납부의 상기 연결 단자에 연결되어, 상기 입력 커넥터를 통해 인가 받는 상기 전원을 이용해 상기 충전식 배터리의 충전 동작을 행하는 충전부, 상기 연결 커넥터와 연결되며, 상기 충전식 배터리에 충전된 전압을 원하는 크기의 전압으로 변환하는 출력하는 DC-DC 스위칭부, 그리고 상기 DC-DC 스위칭부와 연결되어 있고, 상기 DC-DC 스위칭부에서 출력되는 상기 전압을 출력하는 휴대용 전자 기기로 출력하는 적어도 하나의 출력 커넥터를 포함한다.

Description

휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치{APPARATUS FOR RECHARGING RECHAREEABLE BATTERY OF PORTABLE ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 발명은 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 관한 것이다.
근래에 들어 휴대 전화기의 보급이 기하급수적으로 증가하고 있으며, 휴대 전화기의 보급과 더불어 MP3, 디지털 카메라 등과 같은 다양한 휴대용 전자 기기들의 보급 또한 꾸준히 증가하고 있다.
이러한 휴대용 전자 기기는 외부로부터 전원이 공급되지 않은 상태에서도 구동에 필요한 전력을 공급받아야 되므로, 휴대용 전자 기기에 탈부착되고 재사용이 가능한 충전식 배터리(rechargeable battery)와 이 충전식 배터리의 충전 동작을 위한 충전 장치가 구비되어 있다.
하지만, 휴대용 전자 기기들에 맞게 개발된 충전식 배터리의 크기나 형상 등이 서로 상이하므로, 서로 다른 종류의 전자 기기나 동일한 종류의 전자 기기라도 제조사가 서로 상이할 경우, 충전 장치를 서로 공유하여 사용할 수 없는 문제가 발생한다.
따라서, 다양한 휴대용 기기나 여러 제조사의 휴대 기기를 보유한 사용자는 각 제품마다 별도의 충전 장치를 각각 구비해야 하므로, 경제적인 부담이 증가하고 갑자기 배터리의 충전이 필요할 때 충전을 필요로 하는 배터리에 맞는 충전 장치를 구하지 못하는 문제가 발생한다.
한국 등록특허공보 등록번호 10-0608518(등록일자: 2006년 07월 27일, 발명의 명칭: 휴대용 충전 배터리팩 장치)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자의 편리성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치는 충전식 배터리가 수납되거나 탈거되며 상기 충전식 배터리가 수납될 때 수납된 상기 충전식 배터리와 연결되는 연결 단자를 구비하는 수납부, 외부로부터 전원을 인가 받는 적어도 하나의 입력 커넥터, 상기 입력 커넥터와 상기 수납부의 상기 연결 단자에 연결되어, 상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때 상기 적어도 하나의 입력 커넥터를 통해 인가되는 상기 전원을 이용해 상기 충전식 배터리의 충전 동작을 행하는 충전부, 상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때 상기 충전식 배터리와 연결되며, 상기 수납부에 수납된 상기 충전식 배터리의 충전된 전압을 원하는 크기의 전압으로 변환하는 출력하는 DC-DC 스위칭부, 그리고 상기 DC-DC 스위칭부와 연결되고 휴대용 전자 기기와 연결되거나 탈거되며, 상기 DC-DC 스위칭부에서 출력되는 상기 전압을 연결된 휴대용 전자 기기로 출력하는 적어도 하나의 출력 커넥터를 포함한다.
상기 적어도 하나의 입력 커넥터는 USB 커넥터, 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 적어도 하나의 출력 커넥터는 USB 커넥터, 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 특징에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치는 상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때의 상기 충전식 배터리와 상기 DC-DC 스위칭부에 연결되고, 상기 충전식 배터리에서 발생되는 과전류를 검출하여 해당 상태의 신호를 상기 DC-DC 스위칭부로 출력하여, 상기 DC-DC 스위칭부의 동작을 제어하는 과전류 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치는 상기 DC-DC 스위칭부와 연결되고, 상기 DC-DC 스위칭부에서 발생되는 과전압을 검출하여 해당 상태의 신호를 상기 DC-DC 스위칭부로 출력하여, 상기 DC-DC 스위칭부의 동작을 제어하는 과전압 감지부를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 충전식 배터리를 충전하는 충전 장치를 별도의 배터리 팩으로 사용할 수 있으므로, 다양한 종류의 휴대용 전자 기기의 충전 동작도 본 예에 따른 충전 장치를 통해 행해진다. 이로 이해, 휴대용 전자 기기의 충전 동작이 용이하게 행해져 사용자의 편리성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 대한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 장착된 충전식 배터리의 전원을 다른 휴대용 전자 기기가 이용할 때 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 휴대용 전자 기기가 연결된 상태를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치는 입력 커넥터(connector)(10), 입력 커넥터(10)와 연결되어 있는 충전부(20), 충전부(20)의 입력단에 연결되어 있어 충전 동작을 실시하는 충전식 배터리(30), 충전부(20)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 DC-DC 스위칭부(40), DC-DC 스위칭부(40)의 출력단에 연결되어 있는 출력 커넥터부(50), 충전부(20)와 DC-DC 스위칭부(40) 사이에 연결되어 있는 과전류 감지부(60), 그리고 DC-DC 스위칭부(40)와 출력 커넥터부(50) 사이에 연결되어 있는 과전압 감지부(70)를 구비한다.
입력 커넥터(10)는 일반 가정 등에 공급되는 교류 전원(예, AC 220V)을 약 3 내지 16V 정도의 직류(DC)로 교환하여 공급하는 AC 어댑터(AC adapter)로부터 해당 크기의 직류 전원(예, 5V)을 공급받아, 충전부(20)로 전달한다.
이러한 입력 커넥터(10)는 USB(universal serial bus) 커넥터, 마이크로 5핀(micro-5 pin) 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터, 또는 마이크로 30핀 커넥터 등으로 이루어질 수 있다.
충전부(20)는 입력 커넥터(10)를 통해 인가되는 직류 전원을 이용하여 충전식 배터리(30)의 충전 동작을 실시한다.
이러한 충전부(20)는 직류 전원에 연결된 입력 커넥터(10)와 충전식 배터리(30)에 연결된 출력 커넥터부(50)를 구비한 스위칭 소자, 스위칭 소자의 제어 단자와 연결되어 펄스폭 변조 신호를 출력하는 제어부, 스위칭 소자의 출력 단자에 연결되어 있는 피드백부 등을 구비한다.
DC-DC 스위칭부(40)는 충전식 배터리(30)의 충전 전압(예, 3.2V 내지 4.2V)을 원하는 크기의 직류 전압(예, 5V)으로 변환하여 출력 전압으로서 출력한다.
출력 커넥터부(50)는 DC-DC 스위칭부(40)에서 출력되는 출력 전압을 입력받아 연결되는 다른 전자 기기(예, 휴대폰)로 전원을 공급한다.
이러한 출력 커넥터부(50)는 서로 다른 종류의 커넥터를 적어도 하나 구비할 수 있다.
예를 들어, USB 커넥터, 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나일 수 있다.
본 예의 경우, 출력 커넥터부(50)는 USB 커넥터인 제1 출력 커넥터(51)와 마이크로 5핀 커넥터인 제2 출력 커넥터(52)를 구비하고 있지만, 이에 한정되지 않고 다른 종류의 커넥터이거나 이들 커넥터(51, 52)와 다른 종류의 커넥터를 추가로 구비할 수 있다. 대안적인 예에서, 하나의 커넥터로 이루어진 입력 커넥터(10)와 달리, 출력 커넥터부(50)의 경우와 같이, 서로 다른 종류의 커넥터를 복수 개 구비하는 입력 커넥터부를 구비할 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 입력 커넥터 역시 한 예로서 USB 커넥터, 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나일 수 있다.
과전류 감지부(60)는 충전식 배터리(30)나 충전부(20)에서 발생되는 과전류를 검출하여 과전류의 검출 여부에 해당하는 상태의 신호를 DC-DC 스위칭부(40)로 출력한다.
과전압 감지부 (70)는 DC-DC 스위칭부(40)에서 출력되는 출력 전압을 피드백하여 출력 전압의 과전류를 검출하여 과전류의 검출 여부에 해당하는 상태의 신호를 DC-DC 스위칭부(40)로 전달한다.
DC-DC 스위칭부(40)는 이러한 보호 회로인 과전류 감지부(60)와 과전압 감지부(70)에서 출력되는 신호를 각각 입력 받아 동작 상태가 제어된다.
따라서, DC-DC 스위칭부(40)에 구비된 제어부(도시하지 않음)는 과전류 감지부(60)와 과전압 감지부(70)에서 각각 인가되는 신호의 상태에 따라 DC-DC 스위칭부(40)의 스위칭 소자(도시하지 않음)로 인가되는 펄스폭의 상태를 제어하여 항상 일정한 크기의 출력 전압을 출력하고, 과전류로 인한 충전식 배터리(30) 등이 과전류로 인하 손상되는 것을 방지하고 원하는 크기의 직류 전압을 출력할 수 있도록 한다. 이러한 DC-DC 스위칭부(40)는 제어부 및 스위칭 소자뿐만 아니라 인덕터(inductor), 정류부, 커패시터(capacitor) 등을 구비한다.
이러한 보호 회로는 필요에 따라 생략될 수 있다.
추가로 DC-DC 스위칭부(40)의 발열 상태를 감지하여 발열 상태에 따라 DC-DC 스위칭부(40)의 동작 상태가 제어되어 열로 인하 DC-DC 스위칭부(40)가 손상되는 것을 방지하는 온도 보호 회로가 추가로 더 구비될 수 있다.
또한, 충전식 배터리(30)의 충전 상태, 예를 들어, '충전 중 상태'와 '충전 완료 상태'를 표시하는 발광 다이오드 등을 구비한 별도의 표시 장치가 충전식 배터리(30)와 DC-DC 스위칭부(40) 사이에 위치할 수 있다.
이로 인해, 사용자는 표시 장치의 표시 상태를 이용하여 충전식 배터리(30)의 상태를 확인할 수 있다.
본 예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치(100)는 도 2에 도시한 것처럼 본체(101)와 본체(101)의 가운데 부분에 위치하는 충전식 배터리(30)가 착탈되는 수납부(102)를 구비한다.
따라서, 본 예에 따른 충전식 배터리(30)는 휴대용 전자 기기에 착탈 가능한 것으로서, 충전을 원한 경우, 사용자는 자신의 휴대용 전자 기기에 부착되어 있는 충전식 배터리(30)를 탈거하여 수납부(102)에 수납하여 충전식 배터리(30)의 충전 동작을 실시하고, 수납부(102)에 수납되어 충전이 행해진 충전식 배터리(30)를 수납부(102)에서 탈거하여 자신의 휴대용 전자 기기에 부착하게 된다.
따라서, 도 1에 도시한 블록도는 충전식 배터리(30)가 수납부(102)에 수납되어 있는 상태의 블록도이다.
본체(101)의 측면에 입력 커넥터(10)와 출력 커넥터부(50)가 각각 위치한다.
이때, 도 2에 도시한 것처럼, 출력 커넥터부(50)의 제1 출력 커넥터(51)는 본체(101)의 측면에 바로 위치하고, 제2 출력 커넥터(52)는 배선을 통해 본체(101)의 측면과 연결되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
따라서, 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치(100)를 이용해 충전식 배터리(30)의 충전 동작을 실시하고자 할 경우, 사용자는 먼저, 수납부(102)에 충전을 원하는 충전식 배터리(30)를 장착하여 충전부(20)와 충전식 배터리(30)의 전기적인 연결을 실시한다.
이때, 충전부(20)와 충전식 배터리(30)의 전기적인 연결은 충전식 배터리(30)에 형성된 단자(도시하지 않음)와 수납부(102)에 위치한 연결 단자(103)와의 접촉에 의해 행해진다.
이로 인해, 충전부(20)는 연결 단자(103)와 연결되어 수납부(102)에 위치한 충전식 배터리(30)와 연결되며, DC-DC 스위칭부(40)와 과전류 보호부(60) 역시 연결 단자(103)와 연결되어, 수납부(102)에 위치한 충전식 배터리(30)와 연결된다.
따라서, 수납부(102)에 충전식 배터리(30)가 수납되지 않고 탈거된 상태일 경우, 이들 구성요소(20, 40, 60)는 연결 단자(103)와 연결된 상태를 유지한다.
도 1에 도시한 구성 요소(20, 40, 60 및 70)은 본체(101) 내부에 장착되어 있다.
이러한 구조를 갖고 있는 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치의 동작에 대하여 설명한다.
수납부(102) 내에 충전식 배터리(30)가 장착된 후, AC 전원과 연결되어 있는 AC 어댑터(도시하지 않음)가 입력 커넥터(10)와 연결되면, AC 어댑터를 통해 입력 커넥터(10)로 해당 크기의 직류 전압(예 5V)이 인가되어, 입력 커넥터(10)를 통해 충전부(20)로 인가된다.
이로 인해, 충전부(20)의 동작이 시작된다.
따라서, 충전부(20)의 제어부는 스위칭 소자의 제어 단자로 펄스폭 변조 신호를 출력하여 스위칭 소자의 동작을 제어하여 충전식 배터리(30)에 전압이 충전되도록 한다.
이때, 패드백부를 통해 인가되는 전류와 전압에 따라 제어부는 스위칭 소자로 출력되는 펄스폭 변조 신호의 펄스폭이나 펄스 발생 간격을 제어하여 충전식 배터리(30)의 특성에 맞게 정해진 정격 전압 이상의 전압이 충전되거나 정격 전류 이상의 전류가 흘러 충전식 배터리(30)가 손상되는 것을 방지한다.
이러한 충전부(20)의 동작을 통해 충전식 배터리(30)의 충전 동작이 행해진다.
충전된 충전식 배터리(30)가 수납부(102)에 수납되어 있는 상태에서 도 3과 같이 휴대용 전자 기기(200)가 출력 커넥터부(50)와 연결되어 출력 커넥터부(50)의 각 출력 커넥터(51, 52)를 통해 충전식 배터리(30)에 충전되어 있는 전압을 이용해 충전 동작을 행하고자 할 경우, 충전식 배터리(30)의 전압은 DC-DC 스위칭부(40)로 인가된다.
이때, 휴대용 전자 기기(200)와 출력 커넥터부(50) 사이에는 별도의 커넥터(300)가 연결되어, 출력 커넥터부(50)에 휴대용 전자 기기(200)를 연결할 수 있다.
이로 인해, DC-DC 스위칭부(40)는 출력 커넥터부(50)의 사양에 맞는 전압의 크기(예, 5V)로 승압된 후 출력 커넥터부(50)로 출력된다.
따라서, 출력 커넥터부(50)의 해당 출력 커넥터(51 또는 52)와 연결된 휴대용 전자 기기(200)는 해당 출력 커넥터(51 또는 52)를 통해 전달되는 전압을 공급받아 휴대용 전자 기기(200)의 내부에 내장되어 있는 충전부 및 DC-DC 스위칭부 등의 동작을 통해 휴대용 전자 기기(200)에 부착된 배터리로의 충전 동작이 행해진다.
도 3의 경우, USB 커넥터인 제1 출력 커넥터(51)를 통해 휴대용 전자 기기(200)와 연결되어 있지만, USB 커넥터가 아닌 다른 커넥터(예, 마이크로 5핀 커넥터)인 제2 출력 커넥터(52)를 통해 휴대용 전자 기기(200)와 연결될 경우, 별도의 커넥터(300)를 이용할 필요 없이 바로 제2 출력 커넥터 (52)와 휴대용 전자 기기(200)의 연결이 행해진다.
따라서, 커넥터(300)가 없을 경우, 바로 제2 출력 커넥터(52)를 통해 충전식 배터러(30)에 저장되어 있는 충전 전압을 이용해 휴대용 전자 기기(200)를 구동시킬 수 있으므로, 사용자의 편리성은 더욱더 향상한다.
이때, 배선이 외부로 노출되는 제2 출력 커넥터(52)를 본체(101)의 측면에 수납하기 위해, 본체(101)의 측면 해당 부분에 홈이 형성될 수 있고, 이 홈 속에 제2 출력 커넥터(52)가 내장될 수 있다. 이로 이해, 제2 출력 커넥터(52)를 사용하지 않을 경우 홈 속에 제2 출력 커넥터(52)를 수납하여 휴대할 수 있어 사용자의 편리성은 더욱더 향상된다.
이로 인해, 출력 커넥터부(50)에 연결된 휴대용 전자 기기(200)는 AC 어댑터를 이용한 배터리의 충전 동작뿐만 아니라 본 예에 따른 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치(100)에 장착되어 있는 충전식 배터리(30)를 이용해서도 충전 동작을 실시할 수 있다.
이로 인해, 휴대용 전자 기기(200)에 적합한 자신의 배터리 충전 장치를 이용하지 않고도 다른 휴대용 전자 기기에 적합한 배터리 충전 장치를 이용해서도 충전 동작이 행해지므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
이로 인해, 비록 휴대용 전자 기기의 수명은 다하여 정상적인 동작을 하지 못하지만 이에 부착되는 충전식 배터리(30)의 상태가 양호할 경우, 충전식 배터리(30)를 본 예의 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치를 이용해 보조 배터리 팩으로 사용할 수 있다.
따라서, 버려지는 충전식 배터리(30)로 인한 자연 훼손이 방지되며 충전식 배터리(30)를 재활용하는 효과가 발생한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 입력 커넥터 20: 충전부
30: 충전식 배터리 40: DC-DC 스위칭부
50: 출력 커넥터 60: 과전류 감지부
70: 과전압 감지부

Claims (5)

  1. 휴대용 전자 기기에 착탈 가능한 충전식 배터리가 수납되거나 탈거되며 상기 충전식 배터리가 수납될 때 수납된 상기 충전식 배터리와 연결되는 연결 단자를 구비하는 수납부,
    외부로부터 전원을 인가받는 적어도 하나의 입력 커넥터,
    상기 입력 커넥터와 상기 수납부의 상기 연결 단자에 연결되어, 상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때 상기 적어도 하나의 입력 커넥터를 통해 인가되는 상기 전원을 이용해 상기 충전식 배터리의 충전 동작을 행하는 충전부,
    상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때 상기 충전식 배터리와 연결되며, 상기 수납부에 수납된 상기 충전식 배터리의 충전된 전압을 원하는 크기의 전압으로 변환하는 출력하는 DC-DC 스위칭부, 그리고
    상기 DC-DC 스위칭부와 연결되고 휴대용 전자 기기와 연결되거나 탈거되며, 상기 DC-DC 스위칭부에서 출력되는 상기 전압을 연결된 휴대용 전자 기기로 출력하는 적어도 하나의 출력 커넥터
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 입력 커넥터는 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나이고,
    상기 적어도 하나의 출력 커넥터는 마이크로 5핀 커넥터, 마이크로 8핀 커넥터 및 마이크로 30핀 커넥터 중 적어도 하나인
    휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 수납부에 상기 충전식 배터리가 수납될 때의 상기 충전식 배터리와 상기 DC-DC 스위칭부에 연결되고, 상기 충전식 배터리에서 발생되는 과전류를 검출하여 해당 상태의 신호를 상기 DC-DC 스위칭부로 출력하여, 상기 DC-DC 스위칭부의 동작을 제어하는 과전류 감지부를 더 포함하는 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 DC-DC 스위칭부와 연결되고, 상기 DC-DC 스위칭부에서 발생되는 과전압을 검출하여 해당 상태의 신호를 상기 DC-DC 스위칭부로 출력하여, 상기 DC-DC 스위칭부의 동작을 제어하는 과전압 감지부를 더 포함하는 휴대용 전자 기기의 충전식 배터리 충전 장치.
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