KR20130101570A - 역률 개선 회로 - Google Patents

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신덴겐코교 가부시키가이샤
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Abstract

과제
기동시, 입력 급변시, 부하 급변시 등의 오버 슈트의 보호가 작용한 때에 발생하는 트랜스의 소리울림을 경감을 가능하게 하는 역률 개선 회로를 제공한다.
해결 수단
출력 전압 제어부에 의해 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치로 정전압 제어되고, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된다. 또한, 전류 제한부에 의해 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류치가 검출됨과 함께, 스위칭 전류의 제한치가 결정된다. 그리고, 제한치로 스위칭 전류가 제한되고, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된 경우, 제한치 변경부에 의해 스위칭 전류치를 저하시키도록, 전류 제한부에 대해 제한치가 변경된다.

Description

역률 개선 회로{POWER FACTOR IMPROVEMENT CIRCUIT}
본 발명은, 역률 개선 회로에 관한 것으로, 특히, 기동시, 입력 급변시, 부하 급변시 등의 출력 전압의 오버 슈트 대책, 승압용의 인덕턴스 소자 등의 소리울림(音鳴) 대책, 장치의 소형화 및 저비용화를 만족하는 역률 개선 회로에 관한 것이다.
종래, 역률 개선을 위한 스위칭 전원은, 교류 입력 전압을 브리지 다이오드에서 정류하고, 그 정류 출력 전압을 승압형 스위칭 전원용 콘덴서에 평활한다. 상기 브리지 다이오드의 정류 출력은, 승압형 스위칭 전원용 초크 코일, 승압형 스위칭 전원용 스위칭 반도체 스위치, 승압형 스위칭 전원용 정류 다이오드 및 역률 개선 제어 회로에 의해, 입력 전류가 정현파 형상으로, 또한 승압 동작을 행하여, 출력이 되는 평활용 전기 분해 콘덴서의 양단 전압이 출력 전압 설정용 저항으로 설정된 출력 전압으로 되도록 제어된다. 그 때문에, 통상, 승압형 스위칭 전원에서는, 상용 주파수에 응답하지 않도록 피드백 제어를 행하기 때문에, 입력의 급변이나 부하의 급변에 대해 출력의 응답에 지연이 생기기 쉽고, 출력 전압의 오버 슈트가 발생하여 버리기 쉽다.
그래서, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 상용 교류 전원에 관해 정류 평활화를 행한 정류 수단(도 9의 D10)과, 승압용의 인덕턴스 소자(도 9의 L10)와, 인덕턴스에 흐르는 전류를 단속한 스위칭 수단(도 9의 Q10)과, 스위칭 수단의 출력을 정류 평활화하여 직류 출력 전압을 얻는 직류 전압 생성 수단(도 9의 C20)과, 인덕턴스 소자의 여기(勵起) 전압 및 상기한 출력에 의거하여 스위칭 수단의 스위칭 주파수를 가변 제어하고, 적어도 당해 직류 전원 회로의 출력을 안정화하는 스위칭 제어 수단(도 9의 출력 전압 제어부, 발진 제어부, 드라이버)과, 상용 교류 전원에 대응하는 전압 레벨을 검출하고 이 전압 레벨이 소정의 임계치보다도 높다고 되는 경우에는 상기 스위칭 수단의 스위칭 동작을 정지시키도록 구성된 스위칭 동작 정지 수단(도 9의 과전압 검출부, 과전류 검출부)을 구비한 직류 전원 회로를 제안하고 있다. 이 직류 전원 회로에 의하면, 상용 교류 전원의 전압 레벨이 소정 이상이 된 경우에는, 액티브 필터에서의 스위칭 수단의 스위칭 동작이 정지된다. 이에 의해, 예를 들면 상용 교류 전원이 고전압이며 경부하(輕負荷)와 같은 조건하(條件下)라 하여도, 인덕턴스 소자에 있어서의 과잉한 전압의 상승을 피하는 것이 가능해진다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 직류 전원 회로의 입력에 상용 교류 전원이 투입되는 기동시에 있어서, 도 10(도 11은, 도 9의 타이밍 차트의 시간축을 넓게 한 타이밍 차트)에 도시하는 바와 같이, 출력 전압이 가파르게 상승하여 버려 발진·정지를 반복하는 간헐적인 발진 동작이 될 가능성이 있고, 그 때의 발진·정지를 반복하는 주기가 가청(可聽) 영으로에 들어가 버리면, 승압용의 인덕턴스 소자 등의 소리울림(音鳴)이 발생할 우려가 있다. 이와 같은 현상은, 특히 입력 전압이 출력 전압보다도 높은 경우에 현저하게 되기 쉽다.
이것에 대해, 특허 문헌 2에 기재된 종래 기술에서는, 입력 교류 전압을 정류하여 맥류 전압을 얻는 정류기와 상기 맥류 전압을 인덕터에 인가하여 자기 에너지를 축적하기 위한 전류를 흘리는 제1 스위치 소자와, 상기 자기 에너지에 응한 전류를 흘리는 제2 스위치 소자와, 그 제2 스위치로부터의 전류를 평활하여 출력 직류 전압을 얻는 평활 콘덴서와, 상기 제1 스위치 소자의 절단 및 도통을 제어하는 스위치 소자 제어기를 구비한 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에 있어서, 상기 출력 직류 전압의 크기를 소정치로 함과 함께, 역률을 개선하는 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치를 제안하고 있다. 이 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에서는, 상기 맥류 전압의 크기가 소정 임계치보다도 큰 때에, 과전압 검출 신호를 발생하고, 상기 과전압 검출 신호에 의거하여, 상기 출력 직류 전압의 크기를 상기 소정치보다도 큰 것으로 변경한다.
따라서 이 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에 의하면, 정류기는, 입력 교류 전압을 정류하여 맥류 전압을 얻고, 제1 스위치 소자는, 그 맥류 전압을 인덕터에 인가하여 자기 에너지를 축적하기 위한 전류를 흘리고, 제2 스위치 소자는, 자기 에너지에 응한 전류를 흘린다. 평활 콘덴서는, 그 제2 스위치로부터의 전류를 평활하여 출력 직류 전압을 얻고, 스위치 소자 제어기는, 제1 스위치 소자의 절단 및 도통을 제어한다. 그리고, 출력 직류 전압을 소정치로 함과 함께, 역률을 개선한다. 또한, 맥류 전압의 피크값이 소정 임계치보다도 큰 때에 과전압 검출 신호를 발생하고, 이 과전압 검출 신호에 의거하여, 출력 직류 전압의 값을 소정치의 값보다도 큰 것으로 변경한다. 이에 의해, 인덕터에 간헐적인 전류가 흐르는 것을 방지한다. 그 때문에, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에서는, 특허 문헌 1의 직류 전원 회로에서 발생하는 승압용의 인덕턴스 소자 등의 소리울림은 방지된다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개평11-332220호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2007-28864호 공보
그러나, 특허 문헌 2에 개시된 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에서는, 맥류 전압의 피크값이 소정 임계치보다도 큰 때에 과전압 검출 신호를 발생하고, 과전압 검출 신호에 의거하여, 출력 직류 전압의 값을 소정치의 값보다도 큰 것으로 변경되기 때문에, 일정 기간, 출력 전압이 커지는 것을 고려하고, 주변 부품의 내압을 고려하여 설계할 필요가 있다. 따라서, 특허 문헌 2의 승압 초퍼형 역률 개선 전원 장치에서는, 장치의 소형화, 저비용화가 곤란하게 되어 버린다는 문제가 있다.
이상과 같이, 상기한 종래 기술에서는, 출력 전압의 오버 슈트 대책, 승압용의 인덕턴스 소자 등의 소리울림을 대책, 장치의 소형화 및 저비용화의 전부를 만족하는 역률 개선 회로를 제공하는 것이 곤란하였다.
그래서, 본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 역률 개선 회로에 관해, 특히, 기동시, 입력 급변시, 부하 급변시 등의 오버 슈트의 보호가 작용한 때에 발생하는 트랜스의 소리울림을 경감을 가능하게 하는 역률 개선 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이하의 사항을 제안하고 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 본 발명의 실시 형태에 대응하는 부호를 붙여서 설명하지만, 이것으로 한정되는 것이 아니다.
(1) 본 발명은, 상용 입력 전원을 정류하는 입력 다이오드(예를 들면, 도 1의 D1에 상당)와, 상기 입력 다이오드에 일단이 접속된 초크 코일(예를 들면, 도 1의 L1에 상당)과, 상기 초크 코일의 타단에 애노드단이 접속된 출력 다이오드(예를 들면, 도 1의 D2에 상당)와, 상기 출력 다이오드의 캐소드단에 정극단(正極端)이 접속된 출력 콘덴서(예를 들면, 도 1의 C4에 상당)와, 상기 출력 다이오드의 애노드단 및 상기 초크 코일의 타단의 접속점과 상기 출력 콘덴서의 음극단과의 사이에 접속된 스위칭 소자(예를 들면, 도 1의 Q1에 상당)와, 상기 스위칭 소자의 온 오프를 제어하는 제어 회로(예를 들면, 도 1의 제어 회로(10)에 상당)를 구비하고, 상기 상용 입력 전원의 전압을 승압하고 상기 출력 콘덴서로부터 직류 전압을 출력하고, 부하측에 전력 공급하는 역률 개선 회로에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압을 제1 전압치로 정전압 제어하는 출력 전압 제어부(예를 들면, 도 2의 출력 전압 제어부(300)에 상당)와, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압이 상기 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우에, 상기 제2 전압치를 검출하는 과전압 검출부(예를 들면, 도 2의 과전압 검출부(400)에 상당)와, 상기 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류의 값을 검출함과 함께, 상기 스위칭 전류의 제한치를 결정하고, 상기 제한치로 상기 스위칭 전류의 값을 제한하는 전류 제한부(예를 들면, 도 2의 전류 제한부(500)에 상당)와, 상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 경우에, 상기 스위칭 전류의 값을 저하시키도록, 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 제한치 변경부(예를 들면, 도 2의 제한치 변경부(600)에 상당)를 구비한 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 출력 전압 제어부에 의해 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치로 정전압 제어되고, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된다. 또한, 전류 제한부에 의해 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류치가 검출됨과 함께, 스위칭 전류의 제한치가 결정된다. 그리고, 제한치로 스위칭 전류가 제한되고, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된 경우, 제한치 변경부에 의해 스위칭 전류치 저하시키도록, 전류 제한부에 대해 제한치가 변경된다.
(2) 본 발명은, (1)의 역률 개선 회로에 관해, 상기 제한치 변경부는, 상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 후에, 상기 과전압 검출부가, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압을 상기 제2 전압치 이상이라고 검출한 경우에는, 상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 경우에 상기 스위칭 전류의 값을 저하시키는 것보다도 더욱 저하시키도록, 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 후에, 과전압 검출부가, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압을 상기 제2 전압치 이상이라고 검출한 경우에는, 과전압 검출부에 의해, 제2 전압치를 검출한 경우에 스위칭 전류의 크기를 저하시키는 것보다도 더욱 저하시키도록, 전류 제한부에 대해 제한치가 변경된다.
(3) 본 발명은, (2)의 역률 개선 회로에 관해, 상기 전류 제한부가, 부단자(負端子)에 제1 전압치에 상당하는 기준 전원이 접속되고, 출력이 상기 스위칭 소자의 발진(發振)을 제어하는 발진 제어부에 접속된 비교기(예를 들면, 도 3의 COMP(501)에 상당)로 이루어지고, 정단자에, 상기 스위칭 전류의 값에 상당하는 전류 레벨 신호와 상기 제한치 변경부로부터 출력되는 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 제한치 변경 신호를 중첩시킨 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 전류 제한부가, 부단자에 제1 전압치에 상당하는 기준 전원이 접속되고, 출력이 스위칭 소자의 발진을 제어하는 발진 제어부에 접속된 비교기로 이루어지고, 정단자에, 스위칭 전류의 값에 상당하는 전류 레벨 신호와 제한치 변경부에서 출력된 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시키는 제한치 변경 신호를 중첩시킨 신호를 공급한다.
(4) 본 발명은, (1) 또는 (2)의 역률 개선 회로에 관해, 상기 제어 회로는, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지 유지시키는 발진 정지 유지부(예를 들면, 도 6의 발진 제어부(210)에 상당)를 구비하고, 상기 과전압 검출부는, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압이 상기 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치에 달한 경우에, 상기 제3 전압치를 검출하고, 상기 발진 정지 유지부에 대해 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 제어 회로는, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치에 달한 경우에, 과전압 검출부에 의해 제3 전압치를 검출하고, 발진 정지 유지부에 대해 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시킨다.
(5) 본 발명은, (1)부터 (4)의 역률 개선 회로에 관해, 상기 제어 회로는, 상기 제한치 변경부가 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 상기 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 상기 부하측에 전달하는 제한치 변경 종료 전달부(예를 들면, 도 8의 제한치 변경 종료 전달부(700)에 상당)를 구비한 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로를 제안하고 있다.
본 발명에 의하면, 제어 회로는, 제한치 변경부가 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 부하측에 전달한다.
청구항 제1항에 기재된 발명에 의하면, 출력 전압 제어부에 의해 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치로 정전압 제어되고, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우에, 과전압 검출부에 의해 상기 제2 전압치가 검출된다. 또한, 전류 제한부에 의해 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류치가 검출되고, 이와 함께, 스위칭 전류의 크기의 제한치가 결정되고, 스위칭 전류치는, 상기 제한치로 제한된다. 그리고, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된 경우는, 제한치 변경부에 의해 스위칭 전류의 크기를 저하시키도록, 전류 제한부에 대해 제한치가 변경시킨다. 그 때문에, 승압형 스위칭 전원의 출력 전압이 오버 슈트하기 쉬운 조건하라 하여도, 출력 전압의 오버 슈트시는, 비교적 간단하게 스위칭 전류의 크기를 저하시킬 수 있다는 효과가 있다. 그 결과, 출력 전압의 상승이 억제되고, 또한, 트랜스의 소리울림을 방지할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 복잡한 제어 회로를 필요로 하지 않기 때문에, 장치의 소형화 및 저비용화의 전부를 만족하는 승압형 스위칭 전원을 제공하는 것이 가능해진다는 효과가 있다.
청구항 제2항에 기재된 발명에 의하면, 승압형 스위칭 전원의 출력 전압이 오버 슈트하기 쉬운 조건하라 하여도, 출력 전압이 오버 슈트시는, 비교적 간단하게 스위칭 전류의 크기를 더욱 저하시킬 수 있다. 그 결과, 출력 전압의 상승이 보다 억제되고, 또한, 트랜스의 소리울림을 보다 방지할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 특히 자려식(自勵式) 전원에서는, 경부하 조건에서 가청 주파수대역의 간헐 발진 동작이 되는 경우가 있는데, 과전압 검출부가 제2 전압치를 검출한 경우에 스위칭 전류의 값을 저하시키는 것보다도 더욱 저하시키기 때문에, 이 경우도 트랜스의 소리울림을 저감시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한, 특히 자려식 전원에서는, 경부하 조건에서 간헐 동작이 되지 않고 연속 발진 동작이 되는 경우도 있는데, 당연하지만, 이 경우도 트랜스의 소리울림을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
청구항 제3항에 기재된 발명에 의하면, 전류 제한부가, 부단자에 제1 전압치에 상당하는 기준 전원이 접속되고, 출력이 스위칭 소자의 발진을 제어하는 발진 제어부에 접속된 비교기로 이루어지고, 정단자에, 스위칭 전류의 값에 상당하는 전류 레벨 신호와 제한치 변경부로부터 출력되는 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시키는 제한치 변경 신호를 중첩시킨 신호를 공급한다. 따라서 통상의 비교기로 구성되는 과전류 검출 회로의 정단자에 제한치 변경부의 출력 신호를 접속하는 간이한 형태로, 등가적으로, 임계치를 변경함에 의해, 제한치를 변경할 수 있다는 효과가 있다.
청구항 제4항에 기재된 발명에 의하면, 과전압 검출부가, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치에 달한 경우, 제3 전압치를 검출하고, 발진 제어부에 대해 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시키도록 제어하기 때문에, 출력 전압이 오버 슈트하여 제3 전압치까지 상승한 경우에도, 역률 개선 회로를 확실하며 용이하게 정지시킬 수 있다는 효과가 있다.
청구항 제5항에 기재된 발명에 의하면, 제어 회로는, 제한치 변경부가 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 부하측에 전달한다. 그 때문에, 부하측에 스위칭 전류의 전류 제한 레벨이 상기 제한치로 제한되어 있는 정보가 전달되기 때문에, 예를 들면, 본 발명에 관한 역률 개선 회로의 출력에, 다른 전기 회로가 접속되는 경우에는, 제한치 변경 종료 정보에 의거하여 당해 전기 회로의 동작을 제어하면, 역률 개선 회로의 출력 전압이 상기 제1 전압치에 안정적으로 정전압 제어되지 않은 조건이더라도, 당해 전기 회로의 동작을 금지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 역률 개선 회로의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 2는 제1의 실시 형태에 관한 역률 개선 회로에 사용되는 제어 회로의 회로 블록도.
도 3은 제1의 실시 형태에 관한 제어 회로에서의 과전압 검출부, 전류 제한부 및 제한치 변경부의 주변 회로 구성도.
도 4는 제1의 실시 형태에 관한 역률 개선 회로의 경부하 기동시에 있어서의 실제의 스위칭 전류 파형을 포함하는 타이밍 차트의 시간축을 넓게 하여 도시한 도면.
도 5는 제1의 실시 형태에 관한 역률 개선 회로의 경부하 기동시에 있어서의 평균 스위칭 전류를 포함하는 동작 타이밍 차트.
도 6은 제2의 실시 형태에 관한 제어 회로에서의 과전압 검출부, 전류 제한부 및 제한치 변경부의 주변 회로 블록도.
도 7은 제2의 실시 형태에 관한 제어 회로에서의 과전압 검출부, 전류 제한부 및 제한치 변경부의 주변 회로 구성도.
도 8은 제3의 실시 형태에 관한 제어 회로에서의 과전압 검출부, 전류 제한부 및 제한치 변경부의 주변 회로 블록도.
도 9는 종래례에 관한 역률 개선 회로의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 10은 종래례에 관한 역률 개선 회로의 경부하 기동시의 동작 타이밍 차트.
도 11은 도 10의 타이밍 차트의 시간축을 넓게 한 타이밍 차트.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해, 도면을 이용하여, 상세히 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서의 구성 요소는 적절히, 기존의 구성 요소 등과의 치환이 가능하고, 또한, 다른 기존의 구성 요소와의 조합을 포함하는 다양한 변화가 가능하다. 따라서 본 실시 형태의 기재를 가지고, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 내용을 한정하는 것이 아니다.
이하, 도 1부터 도 8을 이용하여, 본 발명에 관한 역률 개선 회로에 관해 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 역률 개선 회로는, 예를 들면, 100V(실효가)의 교류 전력을 인가하고, 출력 단자(VOUT)와 단자(GND)와의 사이로부터, 예를 들면, 300V의 출력 직류 전압을 갖는 직류 전력을 취출하여, 부하에 공급하는 것이다.
<역률 개선 회로의 회로 구성>
도 1을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 역률 개선 회로의 회로 구성에 관해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 역률 개선 회로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 교류 전력을 공급하는 상용 전원(VIN)과, 4개의 다이오드가 브리지 접속되고, 교류 전압을 전파 정류하는 브리지 정류 회로(D1)와 브리지 정류 회로(D1)의 출력을 평활화하는 정류 콘덴서(C1)로 이루어지는 정류 회로(20)와, 초크 코일(L1)과, 스위칭 소자(Q1)와 저항(R1, R2, R3, R4)과, 콘덴서(C2, C3, C4)와, 제어 회로(10)와, 다이오드(D2)로 구성되어 있다.
교류 전력을 공급하는 상용 전원(VIN)은, 브리지 정류 회로(D1)의 입력측에 접속되어 있다. 브리지 정류 회로(D1)의 출력측은, 평활 콘덴서(C1)의 일단과 초크 코일(L1)의 일단에 접속되어 있다. 또한, 평활화 콘덴서(C1)의 타단은, 접지되어 있다. 또한, 초크 코일(L1)은, 자기(磁氣) 에너지를 축적하고, 방출하는 기능을 갖고 있다.
초크 코일(L1)의 타단은, 스위칭 소자(Q1)의 소스와 다이오드(D2)의 애노드에 접속되어 있다. 스위칭 소자(Q1)의 게이트는, 제어 회로(10)의 VGP 단자에 접속되고, 이 VGP 단자로부터 공급되는 드라이브 신호에 의해 동작한다. 스위칭 소자(Q1)의 드레인은, 저항(R1 및 R2)의 일단에 접속되고, 저항(R2)의 타단은, 콘덴서(C2)의 일단 및 제어 회로(10)의 CSP 단자에 접속되고, 저항(R2)을 통하여, 제어 회로(10)에 전류 레벨 신호를 공급하다. 또한, 저항(R1) 및 콘덴서(C2)의 타단은, 모두 접지되어 있다.
다이오드(D2)의 캐소드는, 출력 단자(VOUT)에 접속되어 있다. 또한, 출력 단자(VOUT)와 그라운드 사이에는, 저항(R3 및 R4)에 의해 형성된 분압 회로 및 출력 콘덴서(C4)가 마련되어 있다. 또한, 분압 회로를 형성하는 저항(R3 및 R4)의 접속점은, 제어 회로(10)의 FBP 단자에 접속되고, 분압 회로로부터 제어 회로(10)에 출력 전압 레벨 신호가 공급된다. 또한, 제어 회로(10)의 FBP 단자와 그라운드 사이에는, 콘덴서(C3)가 마련되어 있다.
<제1의 실시 형태>
도 2로부터 도 5를 이용하여, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관해 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 출력 전압이 제2 전압치를 초월한 경우에, 스위칭 전류를 OCP(과전류 검출)일 때 보다도 낮은 전류치에 억제하는 것이다.
<제어 회로 내부의 구성 블록>
도 2를 이용하여, 본 실시 형태에 관한 제어 회로 내부의 구성 블록에 관해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 제어 회로(10)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 드라이버부(100)와, 발진 제어부(200)와, 출력 전압 제어부(300)와, 과전압 검출부(400)와, 전류 제한부(500)와, 제한치 변경부(600)로 구성되어 있다.
여기서, 출력 전압 제어부(300)는, 출력 콘덴서(C4)의 양단 전압에 대응하는 출력 전압 레벨 신호를 FBP 단자로부터 입력하고, 입력한 출력 전압 레벨 신호에 의거하여, 발진 제어부(200)에 출력 전압 제어 신호를 출력함에 의해, 출력 전압의 값이 제1 전압치가 되도록 정전압 제어를 행한다.
발진 제어부(200)는, 정상 상태에서는, 출력 전압 제어부(300)로부터 입력한 출력 전압 제어 신호에 응하여, 발진을 제어하기 위한 트리거 신호를 생성하여, 드라이버부(100)에 공급한다. 드라이버부(100)는, 발진 제어부(200)로부터 입력한 트리거 신호에 응하여, 드라이브 신호를 생성하여, VGP 단자를 통하여, 스위칭 소자(Q1)의 게이트에 드라이브 신호를 공급한다.
한편으로, 과전압 검출부(400)는, 출력 콘덴서(C4)의 양단 전압에 대응하는 출력 전압 레벨 신호를 FBP 단자로부터 입력하고, 입력한 출력 전압 레벨 신호가 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우에, 제2 전압치를 검출하고, 과전압 검출 신호를 생성하여, 제한치 변경부(600)에 과전압 검출 신호를 공급한다.
제한치 변경부(600)는, 과전압 검출부(400)가 제2 전압치를 검출한 경우에, 전류의 값을 저하시키도록, 전류 제한부(500)에 대해 제한치를 변경시키는 제한치 변경 신호를 출력한다. 전류 제한부(500)는, 입력한 전류 레벨 신호에 제한치 변경 신호를 중첩시킨 전압치와 기준 전압치에 의거하여, 전류의 제한치를 결정하고, 제한치로 전류치를 제한한다.
<제어 회로 내부의 주요 구성 요소의 회로 구성>
도 3을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 제어 회로 내부의 주요 구성 요소의 회로 구성에 관해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 제어 회로(10) 내부의 주요 구성 요소(과전압 검출부(400)와, 전류 제한부(500)와, 제한치 변경부(600))의 회로 구성은, 도 3에 도시하도록 되어 있다.
구체적으로는, 과전압 검출부(400)는, 비교기(COMP401)와 제2 전압치에 상당하는 제2 전압원(Vovp)으로 구성되어 있다. 비교기(COMP401)의 부입력 단자는, 제어 회로(10)의 FBP 단자에 접속되고, 출력 전압 레벨 신호가 입력된다. 비교기(COMP401)의 정입력 단자는, 제2 전압원(Vovp)에 접속되어 있다. 또한, 비교기(COMP401)의 출력 단자는, 출력 전압이 과전압 상태인 경우에, Low 레벨의 과전압 검출 신호를 생성하여, 제한치 변경부(600)에 출력한다.
제한치 변경부(600)는, 저항(R601, R602, R603)과 트랜지스터(Q601)로 구성되어 있다. 저항(R602)의 일단은, 과전압 검출부(400) 내의 비교기(COMP401)의 출력 단자에 접속되어 있다. 저항(R602)의 타단은, 트랜지스터(Q601)의 베이스 및 저항(R601)의 일단에 접속되어 있다. 저항(R601)의 타단은, 전원 및 트랜지스터(Q601)의 이미터에 접속되어 있다. 저항(R603)의 일단은, 트랜지스터(Q601)의 컬렉터에 접속되고, 저항(R603)의 타단은, 전류 제한부(500)에 접속되어 있다. 그리고, 과전압 검출부(400) 내의 비교기(COMP401)의 출력 단자로부터 Low 레벨의 신호가 출력되면, 트랜지스터(Q601)가, ON 상태가 되어, 전류 제한부(500)에 High 레벨의 신호가 출력된다. 또한, 전류 제한부(500)에 출력된 High 레벨의 신호 레벨은 저항(R603)에 의해 설정된다.
전류 제한부(500)는, 비교기(COMP501)와 기준 전압원(Vocp)으로 구성되어 있다. 비교기(COMP501)의 부입력 단자는, 기준 전압원(Vocp)에 접속되어 있다. 비교기(COMP501)의 정입력 단자는, 제어 회로의 CSP 단자 및 제한치 변경부(601)의 출력 단자에 접속되어 있다.
전류 제한부(500)는, 출력 전압이 과전압 상태가 아닌 경우에는, CSP 단자로부터 공급되는 전류 레벨 신호와 기준 전압원(Vocp)의 값을 비교하고, 전류 레벨 신호의 값이 기준 전압원(Vocp)의 값보다도 큰 경우에, High 레벨의 전류 제한 신호를 발진 제어부(200)에 출력하고, 발진을 정지시킨다.
한편, 전류 제한부(500)는, 출력 전압이 과전압 상태인 경우에는, CSP 단자로부터 공급되는 전류 레벨 신호에 제한치 변경부(600)로부터 출력으로부터 공급되는 제한치 변경 신호를 중첩한 신호의 레벨과 기준 전압원(Vocp)의 값을 비교함에 의해, 등가적으로, 임계치를 내리도록 기능함으로써, 출력 전압이 제2 전압치를 초월한 경우에는, COMP(500)의 출력 신호를 발진 제어부(200)에 출력함에 의해, 발진 제어부(200)가 스위칭 전류를 저하시키도록 제어를 행한다.
즉, 도 3부터 도 5에 도시하는 바와 같이, 출력 전압이 제2 전압치를 추올하면, 과전압 검출부(400)가, Low 레벨의 과전압 검출 신호를 생성하여, 제한치 변경부(600)에 출력한다. 제한치 변경부(600)는, 과전압 검출부(400) 내의 비교기(COMP401)의 출력 단자로부터 Low 레벨의 신호가 출력되면, 트랜지스터(Q601)가, ON 상태가 되어, 전류 제한부(500)에 저항(R603)에 의해 설정된 High 레벨의 신호를 출력한다.
그러면, 전류 제한부(500) 내의 COMP(501)의 정입력 단자에는, 제한치 변경부(600) 내의 저항(R603)에 의해 설정된 전류 레벨 신호와 제한치 변경 신호가 중첩된 신호가 입력된다. 한편으로, COMP(501)의 부입력 단자에는, 고정의 기준 전압원(Vocp)이 접속되어 있다. 그 때문에, 등가적으로, 임계치가 낮아진다. 임계치가 낮아짐에 의해, 전류 제한부(500)가 전류 제한 신호를 발진 제어부(200)에 출력하면, 발진을 정지하기 때문에, 전류가 감소하고, 전류 레벨 신호의 레벨이 저하된다.
그러면, COMP(501)의 정입력 단자의 신호 레벨이 저하되고, 기준 전압원(Vocp)의 값을 하회하면, 발진 제어부(200)에의 전류 제한 신호의 공급을 정지한다. 이에 의해, 발진 제어부(200)가 발진을 시작하면, 전류가 증가하고, 전류 레벨 신호의 레벨이 상승한다. 이에 의해, COMP(501)의 정입력 단자의 신호 레벨이 상승하고, 기준 전압원(Vocp)의 값을 상회하면, 발진 제어부(200)에 전류 제한 신호를 공급한다. 이상과 같은 동작을 출력 전압이 제2 전압치보다 낮아질 때까지 계속한다.
또한, 등가적으로, 임계치를 내리는 구성으로 되어 있기 때문에, 제한치 변경 신호가 High 레벨인 동안에도, 도 4에 도시하는 바와 같이, 스위칭 전류의 파형은, 경사가 같고 파고치가 낮은 파형이 된다. 또한, 임계치를 내리는 구성으로 되어 있는 것으로, 발진을 시작하면 곧바로 발진 정지 상태가 되기 때문에, 스위칭 전류의 파형의 주파수는, 통상보다도 짧게 되어 있다. 도 5는, 제한치 변경 신호가 High 레벨인 경우의 스위칭 전류를 평균 전류로 나타낸 것인데, 여기에, 도시되는 바와 같이, 제한치 변경 신호가 High 레벨인 경우에도, 발진이 완전히 정지하는 일은 없고, 게다가 전류 레벨이 낮게 억제되어 있음을 알 수 있다.
따라서 본 실시 형태에 의하면, 출력 전압 제어부에 의해 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치로 정전압 제어되고, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우에, 과전압 검출부에 의해 상기 제2 전압치가 검출된다. 또한, 전류 제한부에 의해 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류치가 검출되고, 이와 함께, 스위칭 전류의 크기의 제한치가 결정되고, 스위칭 전류치는, 상기 제한치로 제한된다. 그리고, 과전압 검출부에 의해 제2 전압치가 검출된 경우는, 제한치 변경부에 의해 스위칭 전류의 크기를 저하시키도록, 전류 제한부에 대해 제한치가 변경시켜진다. 그 때문에, 승압형 스위칭 전원의 출력 전압이 오버 슈트하기 쉬운 조건이라 하여도, 출력 전압이 오버 슈트시는, 저항(R603)을 설정함으로써 비교적 간단하게 스위칭 전류의 크기를 저하시킬 수 있다. 또한, 출력 전압이 오버 슈트시는, 출력 전압이 제3 전압치 이하가 되도록 스위칭 전류의 크기를 설정한다. 그 결과, 출력 전압의 상승이 억제되고, 또한, 트랜스의 소리울림을 방지할 수 있다. 또한, 복잡한 제어 회로를 필요로 하지 않기 때문에, 장치의 소형화 및 저비용화의 전부를 만족하는 승압형 스위칭 전원을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 승압형 스위칭 전원의 출력 전압이 오버 슈트하기 쉬운 조건하라 하여도, 출력 전압이 오버 슈트시는, 저항(R603)을 설정함으로써 비교적 간단하게 스위칭 전류의 크기를 더욱 저하시킬 수 있다. 그 결과, 출력 전압의 상승이 보다 억제되고, 또한, 트랜스의 소리울림을 보다 방지할 수 있다. 또한, 역률 개선 회로(1)가 예를 들면 자려식 전원인 경우에는, 경부하 조건에서 가청 주파수대역의 간헐 발진 동작이 되는 일이 있지만, 과전압 검출부(400)가 제2 전압치를 검출한 경우에 스위칭 전류의 값을 저하시키는 것보다도 더욱 저하시키기 때문에, 이 경우도 트랜스의 소리울림을 저감시킬 수 있다. 또한, 역률 개선 회로(1)가 자려식 전원인 경우에, 경부하 조건에서 간헐 동작이 되지 않고 연속 발진 동작이 되는 일도 있는데, 당연하지만, 이 경우도 트랜스의 소리울림을 저감할 수 있다.
<제2의 실시 형태>
도 6 및 도 7을 이용하여, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관해 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 과전압 검출부가, 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치를 검출한 경우에, 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시키도록 제어하는 것이다.
<제어 회로 내부의 구성 블록>
도 6을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 제어 회로 내부의 구성 블록에 관해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 제어 회로(10)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 드라이버부(100)와, 발진 제어부(210)와, 출력 전압 제어부(300)와, 과전압 검출부(410)와, 전류 제한부(500)와, 제한치 변경부(600)로 구성되어 있다. 또한, 제1의 실시 형태와 동일한 부호를 붙인 구성 요소에 관해서는, 동일한 기능을 갖는 것이기 때문에 그 상세한 설명은, 생략한다.
과전압 검출부(410)는, 출력 콘덴서(C4)의 양단 전압에 대응하는 출력 전압 레벨 신호를 FBP 단자로부터 입력하고, 입력한 출력 전압 레벨 신호가 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치를 검출하고, 제1의 과전압 검출 신호를 생성하여, 제한치 변경부(600)에 과전압 검출 신호를 공급하는 기능에 더하여, 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치를 검출하고, 제2의 과전압 검출 신호를 생성하여, 발진 제어부(210)에 공급한다.
발진 제어부(210)는, 제2의 과전압 검출 신호를 입력하면, 발진을 정지하도록 제어를 행한다.
<제어 회로 내부의 주요 구성 요소의 회로 구성>
도 7을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 제어 회로 내부의 주요 구성 요소의 회로 구성에 관해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 제어 회로(10) 내부의 주요 구성 요소(과전압 검출부(410)와, 전류 제한부(500)와, 제한치 변경부(600))의 회로 구성은, 도 7에 도시하도록 되어 있다. 또한, 제1의 실시 형태와 동일한 부호를 붙인 구성 요소에 관해서는, 동일한 기능을 갖는 것이기 때문에 그 상세한 설명은, 생략한다.
과전압 검출부(410)는, 비교기(COMP401)와 제2 전압치에 상당하는 제3 전압원(Vovp1)으로 이루어지는 제1의 회로 블록과 비교기(COMP402)와 제3 전압치에 상당하는 제4 전압원(Vovp2)으로 이루어지는 제2의 회로 블록으로 구성되어 있다.
여기서, 제2의 회로 블록 내의 비교기(COMP402)의 부입력 단자는, 제어 회로(10)의 FBP 단자에 접속되고, 출력 전압 레벨 신호가 입력된다. 비교기(COMP402)의 정입력 단자는, 제4 전압원(Vovp2)에 접속되어 있다. 또한, 비교기(COMP402)의 출력 단자는, 출력 전압이 제3 전압치보다도 큰 경우에, Low 레벨의 제2의 과전압 검출 신호를 생성하여, 발진 제어부(210)에 출력한다.
따라서 본 실시 형태에 의하면, 과전압 검출부가, 출력 콘덴서의 양단 전압이 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치에 달한 경우, 제3 전압치를 검출하고, 발진 제어부에 대해 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시키도록 제어하기 때문에, 출력 전압이 오버 슈트하여 제3 전압치까지 상승한 경우에도, 역률 개선 회로를 확실하며 용이하게 정지시킬 수 있다.
<제3의 실시 형태>
도 5 및 도 8을 이용하여, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관해 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 제한치 변경부가 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 부하측에 전달하는 것이다.
<제어 회로 내부의 구성 블록>
도 8을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 제어 회로 내부의 구성 블록에 관해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 제어 회로(10)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 드라이버부(100)와, 발진 제어부(210)와, 출력 전압 제어부(300)와, 과전압 검출부(410)와, 전류 제한부(500)와, 제한치 변경부(600)와, 제한치 변경 종료 전달부(700)로 구성되어 있다. 또한, 제2의 실시 형태와 동일한 부호를 붙인 구성 요소에 관해서는, 동일한 기능을 갖는 것이기 때문에 그 상세한 설명은, 생략한다.
제한치 변경 종료 전달부(700)는, 제한치 변경부(600)가 전류 제한부(500)에 대해 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 부하측에 전달한다.
구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 제한치 변경 신호의 하강 에지를 검출하고, 논리를 High 레벨에서 Low 레벨에 천이시킨 제한치 변경 종료 검출 신호를 생성하여, 부하측에 전달한다.
따라서 본 실시 형태에 의하면, 제한치 변경부가 전류 제한부에 대해 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 부하측에 전달한다. 그 때문에, 부하측에 스위칭 전류의 전류 제한 레벨이 상기 제한치로 제한되어 있는 정보가 전달되기 때문에, 예를 들면, 본 발명에 관한 역률 개선 회로의 출력에, 다른 전기 회로가 접속되는 경우에는, 제한치 변경 종료 정보에 의거하여 당해 전기 회로의 동작을 제어하면, 역률 개선 회로의 출력 전압이 상기 제1 전압치로 안정적으로 정전압 제어되지 않는 조건이더라도, 당해 전기 회로의 동작을 금지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 기술하여 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 등도 포함된다.
1 ; 역률 개선 회로
10 ; 제어부
20 ; 정류 회로
30 ; 출력 전압 설정 회로
100 ; 드라이버부
200 ; 발진 제어부
210 ; 발진 제어부
300 ; 출력 전압 제어부
400 ; 과전압 검출부
410 ; 과전압 검출부
500 ; 전류 제한부
600 ; 제한치 변경부
700 ; 제한치 변경 종료 전달부
C1 ; 콘덴서
C2 ; 콘덴서
C3 ; 콘덴서
C4 ; 콘덴서
COMP401 ; 비교기
COMP402 ; 비교기
COMP501 ; 비교기
D1 ; 브리지 정류 회로
D2 ; 다이오드
L1 ; 초크 코일
Q1 ; 스위칭 소자
Q601 ; 트랜지스터
R1 ; 저항
R2 ; 저항
R3 ; 저항
R4 ; 저항
R601 ; 저항
R602 ; 저항
R603 ; 저항
VIN ; 상용 전원
Vocp ; 기준 전압원
Vovp ; 제2 전압원
Vovp1 ; 제3 전압원
Vovp2 ; 제4 전압원

Claims (5)

  1. 상용 입력 전원을 정류하는 입력 다이오드와, 상기 입력 다이오드에 일단이 접속된 초크 코일과, 상기 초크 코일의 타단에 애노드단이 접속된 출력 다이오드와, 상기 출력 다이오드의 캐소드단에 정극단이 접속된 출력 콘덴서와, 상기 출력 다이오드의 애노드단 및 상기 초크 코일의 타단의 접속점과 상기 출력 콘덴서의 음극단과의 사이에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온 오프를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 상용 입력 전원의 전압을 승압하고 상기 출력 콘덴서로부터 직류 전압을 출력하고, 부하측에 전력 공급하는 역률 개선 회로에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 출력 콘덴서의 양단 전압을 제1 전압치로 정전압 제어하는 출력 전압 제어부와,
    상기 출력 콘덴서의 양단 전압이 상기 제1 전압치보다도 큰 제2 전압치에 달한 경우에, 상기 제2 전압치를 검출하는 과전압 검출부와,
    상기 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류의 값을 검출함과 함께, 상기 스위칭 전류의 크기의 제한치를 결정하고, 상기 제한치로 상기 스위칭 전류의 값을 제한하는 전류 제한부와,
    상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 경우에, 상기 스위칭 전류의 크기를 저하시키도록, 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 제한치 변경부를 구비한 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제한치 변경부는, 상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 후에, 상기 과전압 검출부가, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압을 상기 제2 전압치 이상이라고 검출한 경우에는, 상기 과전압 검출부가 상기 제2 전압치를 검출한 경우에 상기 스위칭 전류의 값을 저하시키는 것보다도 더욱 저하시키도록, 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 제한부가, 부단자에 제1 전압치에 상당하는 기준 전원이 접속되고, 출력이 상기 스위칭 소자의 발진을 제어하는 발진 제어부에 접속된 비교기로 이루어지고, 정단자에, 상기 스위칭 전류의 값에 상당하는 전류 레벨 신호와 상기 제한치 변경부로부터 출력되는 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시키는 제한치 변경 신호를 중첩시킨 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지 유지시키는 발진 정지 유지부를 구비하고,
    상기 과전압 검출부는, 상기 출력 콘덴서의 양단 전압이 상기 제2 전압치보다도 큰 제3 전압치에 달한 경우에, 상기 제3 전압치를 검출하고, 상기 발진 정지 유지부에 대해 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지 유지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제한치 변경부가 상기 전류 제한부에 대해 상기 제한치를 변경시킨 상태로부터 변경 전의 상태로 되돌리는 타이밍에서, 상기 제한치의 변경이 종료된 것을 나타내는 제한치 변경 종료 신호를 상기 부하측에 전달하는 제한치 변경 종료 전달부를 구비한 것을 특징으로 하는 역률 개선 회로.
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