TWI750092B - 備援式乙太網路供電設備及其備援方法 - Google Patents

Abstract

一種備援式乙太網路供電設備，係對電子設備供電，且乙太網路供電設備包括複數個乙太網路模組，每個乙太網路模組包括轉換電路與電流調節器。轉換電路接收乙太網路電源，且將乙太網路電源轉換為乙太輸出源。電流調節器耦接轉換電路，且對乙太輸出源進行電流比例調節而提供電流受控電源。乙太網路供電設備控制每個乙太網路模組所輸出的輸出電流所加總的總電流滿足電子設備的需求電流。當乙太網路模組的其中之一者異常時，乙太網路供電設備控制其餘至少一者所提供的總電流滿足需求電流。

Description

備援式乙太網路供電設備及其備援方法

本發明係有關一種乙太網路供電設備及其操作方法，尤指一種備援式乙太網路供電設備及其備援方法。

由於現今電子設備的技術領域中，越來越講求聯網的狀況，因此越來越多電子設備需要搭配乙太網路的設備，方能進行聯網操作。其中，由於現今網路線除了可傳輸網路資料外，更具有傳輸電力的功能，因此越來越多電子設備轉而應用乙太網路供電(PoE；Power Over Ethernet)設備進行後端耦接設備之供電。在現有的乙太網Cat.5布線基礎架構不作任何改動的情況下，在為一些基於IP的終端(如IP電話機、無線區域網接入點AP、網路攝影機等)傳輸數據的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。

然而，在現有技術中，使用單個乙太網路供電設備具有功率上的限制，其通常依據規格限制電子設備的功耗需在15W、30W、60W或90W(依乙太網路供電設備的規格而定)，因此無法應用於消耗功率較大的電子設備，或瞬間需要大功率的電子設備。此外，由於在現有技術中，使用單個乙太網路供電設 備的最大缺點在於，當此乙太網路供電設備故障時，由於不具有備援(Redundant)的功能，因此會導致整個電子設備因停電而失效。

因此，如何設計出一種備援式乙太網路供電設備及其備援方法，以備援供電且滿足電子設備用電需求，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種備援式乙太網路供電設備，以克服習知技術的問題。乙太網路供電設備係對電子設備供電，乙太網路供電設備包括複數個乙太網路模組，且每個乙太網路模組包括轉換電路與電流調節器。轉換電路接收乙太網路電源，且將乙太網路電源轉換為乙太輸出源。電流調節器耦接轉換電路，且對乙太輸出源進行電流比例調節而提供電流受控電源。其中，乙太網路供電設備控制每個乙太網路模組所輸出的輸出電流所加總的總電流滿足電子設備的需求電流，且當乙太網路模組的其中之一者異常時，乙太網路供電設備控制其餘至少一者所提供的總電流滿足需求電流。

於一實施例中，每個乙太網路模組更分別包括整流電路，且整流電路耦接轉換電路。其中，乙太網路電源的輸入電壓為直流電壓，且整流電路用以在輸入電壓為負值時，將負值的輸入電壓整流為正值的輸入電壓。

於一實施例中，備援式乙太網路供電設備更包括監控電路與控制器。監控電路耦接每個乙太網路模組的電流調節器的輸出端，且監控電路根據電流受控電源提供監控訊號。控制器接收監控訊號，且根據監控訊號產生乙太網路模組正常時的工作正常狀態或乙太網路模組異常時的警示狀態。其中，每個乙太 網路模組的電流調節器耦接控制器，且控制器根據需求電流分別提供調節訊號至每個乙太網路模組的電流調節器。

於一實施例中，每個乙太網路模組的電流調節器彼此耦接，且進行相互通訊。當需求電流超過乙太網路供電設備的額定電流時，每個乙太網路模組的電流調節器根據電流比例調節而調整輸出電流。

於一實施例中，每個乙太網路模組的電流調節器係對輸出電流進行均流，或者每個乙太網路模組的電流調節器係根據權重比調整輸出電流；權重比為總運作時間、輸出電流總額及當前溫度的至少其中一者。

為了解決上述問題，本發明係提供一種乙太網路供電設備之備援方法，以克服習知技術的問題。乙太網路供電設備之備援方法係提供包括複數個乙太網路模組的乙太網路供電設備對電子設備供電，備援方法包括下列步驟：(a)每個乙太網路模組接收乙太網路電源，且將乙太網路電源轉換為乙太輸出源。(b)對乙太輸出源進行電流比例調節而提供電流受控電源，使每個乙太網路模組的輸出電流所加總的總電流滿足電子設備的需求電流。(c)當乙太網路模組的其中之一者異常時，控制其餘的至少一者所提供的總電流滿足需求電流。

於一實施例中，乙太網路電源的輸入電壓為直流電壓，備援方法更包括下列步驟：(d)在輸入電壓為負值時，將負值的輸入電壓整流為正值的輸入電壓。

於一實施例中，更包括下列步驟：(e)根據每個乙太網路模組的電流受控電源提供監控訊號。(f)根據監控訊號產生乙太網路模組正常時的工作正常狀態或乙太網路模組異常時的警示狀態。及(g)根據需求電流分別提供調節訊號至每個乙太網路模組。

於一實施例中，更包括下列步驟：(h)每個乙太網路模組根據需求電流進行相互通訊。及(i)當需求電流超過乙太網路供電設備的額定電流時，根據電流比例調節而調整輸出電流。

於一實施例中，更包括下列步驟：(j)每個乙太網路模組係對輸出電流進行均流。或(k)每個乙太網路模組係根據權重比調整電流受控電源的輸出電流。

本發明之主要目的及功效在於，乙太網路供電設備利用N+1的備援方式，使得當乙太網路模組的其中一者異常時，乙太網路供電設備仍可控制其餘的乙太網路模組所提供的總電流能夠滿足電子設備所需求的需求電流。藉此，可以達到在乙太網路模組的其中一者異常時，仍然可以供應電子設備穩定且正常運作之功效。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100、100’:乙太網路供電設備

1-1~1-n:乙太網路模組

10-1~10-n:轉換電路

12-1~12-n:電流調節器

14-1~14-n:整流電路

2:監控電路

22-1~22-n:偵測電路

3:控制器

4:指示設備

5:電源轉換器

A:網路接口

C:輸出端

D:電源輸入端

B:網路線端子

200:電子設備

Pin-1~Pin-n:乙太網路電源

Po-1~Po-n:乙太輸出源

Pc-1~Pc-n:電流受控電源

Pout:輸出電源

Pe:外部電源

Io:輸出電流

It:總電流

Sm1~Smn:監控訊號

Sc:調節訊號

S100~S140:步驟

圖1為本發明備援式乙太網路供電設備第一實施例之電路方塊圖；圖2為本發明備援式乙太網路供電設備第二實施例之電路方塊圖；及圖3為本發明乙太網路供電設備之備援方法之方法流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：

請參閱圖1為本發明備援式乙太網路供電設備第一實施例之電路方塊圖。備援式乙太網路供電設備100通過網路接口A與網路線端子B對接，以接收由網路線端子B所提供的乙太網路電源Pin-1~Pin-n。其中，乙太網路電源Pin-1~Pin-n的輸入電壓為符合乙太網路供電協定IEEE802.3at規範之25.5瓦的直流電壓。乙太網路供電設備100的輸出端C耦接電子設備200，且轉換乙太網路電源Pin-1~Pin-n對電子設備200供電。乙太網路供電設備100包括複數個乙太網路模組1-1~1-n(圖中以3個示意，但2個以上即可)，且每個乙太網路模組1-1~1-n包括轉換電路10-1~10-n與電流調節器12-1~12-n。轉換電路10-1~10-n耦接網路接口A，且通過網路接口A接收乙太網路電源Pin-1~Pin-n，以將乙太網路電源Pin-1~Pin-n轉換為乙太輸出源Po-1~Po-n。電流調節器12-1~12-n耦接轉換電路10-1~10-n與輸出端C，且通過控制轉換電路10-1~10-n而對乙太輸出源Po-1~Po-n進行電流比例調節，以提供電流受控電源Pc-1~Pc-n(其總和為供應至電子設備200的輸出電源Pout)。其中，每個乙太網路模組1-1~1-n具有獨立的網路接口A，且分別獨立的耦接一個網路線端子B，因此轉換電路10-1~10-n所接收的乙太網路電源Pin-1~Pin-n為不同的電力來源。此外，上述”電源”若未特別描述，可以為電壓、電流及功率的統稱。例如但不限於，電流受控電源Pc-1~Pc-n指的是電流調節器12-1~12-n所輸出的輸出電壓、輸出電流Io及輸出功率，依此類推。

值得一提，於本發明之一實施例中，轉換電路10-1~10-n可以為切換式電源轉換器(例如但不限於返馳式轉換器)，且所輸出的電壓可以為固定的預定電壓或為具有多組不同電壓準位的預定電壓。具體而言，轉換電路10-1~10-n 可以為具有或不具有電源輸送(Power Delivery；PD)功能的轉換器。不具有電源輸送功能的轉換器通常其輸出為固定的預定電壓，且無需與電子設備200進行交握通訊。具有電源輸送功能的轉換器其內部控制器則必需為具備有電源輸送協定的電源輸送控制器，且電源輸送控制器可與電子設備200進行交握通訊後，得知電子設備200所需求的電壓準位，以根據電子設備200的需求調整預定電壓的電壓準位而滿足電子設備200的需求。

每個乙太網路模組1-1~1-n所提供的輸出電流Io加總為總電流It，乙太網路供電設備100根據電子設備200所需求的需求電流對每個乙太輸出源Po-1~Po-n進行電流比例調節，使得乙太網路模組1-1~1-n所提供的總電流It滿足電子設備200所需求的需求電流，以通過分攤電流的方式而達到提高乙太網路模組1-1~1-n使用壽命之功效。在圖1中，每個電流調節器12-1~12-n彼此耦接而進行相互通訊，以使乙太網路模組1-1~1-n相互得知自我所需負擔的比例。具體而言，備援式乙太網路供電設備100得知電子設備200所需求的需求電流後(可通過交握通訊，或通過輸出回授等方式得知)，電流調節器12-1~12-n彼此進行相互通訊而使每個乙太網路模組1-1~1-n得知自我所需負擔的比例，再通過計算獲得需進行電流比例調節的調節值(即輸出電流Io的當前電流值與目標電流值的差值)，以根據調節值控制轉換電路10-1~10-n。

其中，在本發明一實施例中，可至少包括兩種使用電流比例調節的操作方式。其中之一操作方式為均流操作，每個乙太網路模組1-1~1-n的電流調節器12-1~12-n係對輸出電流Io進行均流，以平均每個乙太網路模組1-1~1-n的輸出電流Io。另一種操作方式為權重比操作，根據一條件設定乙太網路模組1-1~1-n的排序，再依此排序設定每個乙太網路模組1-1~1-n電流分攤的比例。具 體而言，每個乙太網路模組1-1~1-n的電流調節器12-1~12-n係根據權重比調整輸出電流Io。權重比較重的，所需提供的輸出電流Io較高，反之則較少。權重比例如但不限於可以為各個乙太網路模組1-1~1-n的總運作時間、輸出電流總額及各個乙太網路模組1-1~1-n的當前溫度的至少其中一者。以各個乙太網路模組1-1~1-n的總運作時間做為權重比為例，假設乙太網路模組1-1~1-n的總運作時間由長至短依序為1-1、1-2、1-n，則進行權重比操作時，乙太網路模組1-n的權重較重，需提供較高的輸出電流Io，依此類推。如此，即可達成延長乙太網路模組1-1~1-n使用壽命之功效。

進一步而言，乙太網路供電設備100被設計為N+1的備援設備。假設乙太網路模組1-2~1-n為"N"個設備，可提供的總電流It為乙太網路模組1-2~1-n皆為滿載時的電流(其可視為乙太網路供電設備100的額定電流，額定電流恰巧可以滿足電子設備所需求的需求電流)，乙太網路模組1-1即為第N+1的備援設備。當乙太網路模組1-1~1-n的其中一者(假設為乙太網路模組1-2)異常時，乙太網路供電設備100仍可控制其餘的乙太網路模組1-1、1-3~1-n所提供的總電流It能夠滿足電子設備200所需求的需求電流。藉此，可以在乙太網路模組1-1~1-n的其中一者異常時，仍然可以供應電子設備200穩定且正常運作之功效。而且，利用此N+1的備援設備，可進而將乙太網路模組1-1~1-n設計為模組化，即可使乙太網路供電設備100達到易於抽換維修之功效。值得一提，於本發明之一實施例中，乙太網路供電設備100可以包括用以偵測並控制每個乙太網路模組1-1~1-n的總控制器(圖未示)，或者每個乙太網路模組1-1~1-n中的內部控制器(圖未示，例如但不限於轉換電路10-1~10-n內部的控器等)相互耦接，以可得知每個乙太網路模組1-1~1-n目前的運作狀況。

此外，由於乙太網路供電設備100被設計為N+1的備援設備，因此可具有超額供電的功能。具體而言，當電子設備所需求超的需求電流大於乙太網路供電設備100的額定電流時，由於乙太網路供電設備100具有N+1的備援功能，因此仍然具有可供電的裕度，可以進行超額供電。在超額供電的情況下，每個乙太網路模組1-1~1-n的電流調節器12-1~12-n根據電流比例調節而調整輸出電流Io，以使所供應的總電流It超過額定電流而仍滿足電子設備200所需求的需求電流。例如但不限於，兩組60W的乙太網路模組1-1~1-n並聯可在電子設備200具有超額供電需求的情況下，最高可提供120W的輸出。值得一提，於本發明之一實施例中，第N+1組的乙太網路模組可以在其中一組的乙太網路模組1-1~1-n異常而需要備源供電時才使用(即在不需備源時處於待機狀態而不運作)，也可在不需備源供電時，併入設備中一起進行供電，其可以依實際需求而進行客製化的設計。

復參閱圖1，乙太網路供電設備100更包括監控電路2、控制器3及指示設備4。監控電路2包括複數個偵測電路22-1~22-n，且偵測電路22-1~22-n分別對應的耦接電流調節器12-1~12-n的輸出端，以根據電流受控電源Pc-1~Pc-n提供監控訊號Sm1~Smn。控制器3耦接監控電路2，且接收監控訊號Sm1~Smn，以根據監控訊號Sm1~Smn判斷乙太網路模組1-1~1-n是否正常。其中，偵測電路22-1~22-n可提供代表電流受控電源Pc-1~Pc-n(即輸出功率、輸出電壓或輸出電流Io)等相關的監控訊號Sm1~Smn，控制器3可通過監控訊號Sm1~Smn判斷電流受控電源Pc-1~Pc-n(即輸出功率、輸出電壓或輸出電流Io)等輸出源是否正常。指示設備4耦接控制器3，且根據控制器3的指示而作動。其中，指示設備4可以例如但不限於為蜂鳴器、LED燈、人機介面的顯示設備等。

當控制器3根據監控訊號Sm1~Smn判斷乙太網路模組1-1~1-n正常時，控制器3產生裝置正常指示至指示設備4，以指示乙太網路模組1-1~1-n為正常運作的工作正常狀態。反之，則控制器3產生裝置異常指示至指示設備4，以指示乙太網路模組1-1~1-n的其中之一(或多個)為異常的警示狀態。其中，控制器3可以通過指示設備4明確的指示出是哪個乙太網路模組1-1~1-發生異常。上述的異常例如但不限於可以為電流受控電源Pc-1~Pc-n不正確，或未有輸出等狀況。

請參閱圖2為本發明備援式乙太網路供電設備第二實施例之電路方塊圖，復配合參閱圖1。圖2實施例之乙太網路供電設備100’與圖1之乙太網路供電設備100差異在於，每個乙太網路模組1-1~1-n更分別包括整流電路14-1~14-n。整流電路14-1~14-n耦接轉換電路10-1~10-n，且接收由網路線端子B所提供的乙太網路電源Pin-1~Pin-n。進一步而言，由於乙太網路電源Pin-1~Pin-n的輸入電壓為符合乙太網路供電協定IEEE802.3at規範之25.5瓦的直流電壓，因此網路接口A所提供的直流電壓可能為正值的直流電壓(例如但不限於+57V)或負值的直流電壓(例如但不限於-57V)。整流電路用以在輸入電壓為負值時，將負值的輸入電壓整流為正值的輸入電壓，以避免負值的直流電壓直接供應至轉換電路10-1~10-n而造成轉換電路10-1~10-n無法運作的狀況。

本實施例與圖1實施例之另一差異在於，每個乙太網路模組1-1~1-n的電流調節器12-1~12-n耦接控制器3，且控制器3偵測電子設備200所需求的需求電流(可通過交握通訊，或通過輸出回授等方式得知)。控制器3根據需求電流分別提供調節訊號Sc至每個乙太網路模組1-1~1-n的電流調節器12-1~12-n，使每個乙太網路模組1-1~1-n根據調節訊號Sc得知需進行電流比例調節的調節 值(即輸出電流Io的當前電流值與目標電流值的差值)，以根據調節值控制轉換電路10-1~10-n。

本實施例與圖1實施例之另一差異在於，備援式乙太網路供電設備100’更包括電源轉換器5，且電源轉換器5耦接電源輸入端D與輸出端C之間。電源轉換器5通過電源輸入端D接收外部電源Pe(例如但不限於市電)，以將外部電源Pe轉換為輸出電源Pout對電子設備200供電。具體而言，當網路接口A並未有乙太網路電源Pin-1~Pin-n輸入時，可使用電源轉換器5轉換電子設備200運作所需的電力，使得電子設備200仍可正常運作。值得一提，於本發明之一實施例中，圖1與圖2之差異點可根據乙太網路供電設備100實際設計需求而相互應用，在此不再加以贅述。

請參閱圖3為本發明乙太網路供電設備之備援方法之方法流程圖，復配合參閱圖1~2。乙太網路供電設備100之備援方法主要係提供包括複數個乙太網路模組1-1~1-n的乙太網路供電設備100對電子設備200供電。備援方法包括，每個乙太網路模組接收乙太網路電源，且將乙太網路電源轉換為乙太輸出源(S100)。較佳的實施方式為，每個乙太網路模組1-1~1-n包括轉換電路10-1~10-n與電流調節器12-1~12-n。轉換電路10-1~10-n耦接網路接口A，且通過網路接口A接收乙太網路電源Pin-1~Pin-n，以將乙太網路電源Pin-1~Pin-n轉換為乙太輸出源Po-1~Po-n。

然後，對乙太輸出源進行電流比例調節而提供電流受控電源，使每個乙太網路模組的輸出電流所加總的總電流滿足電子設備的需求電流(S120)。較佳的實施方式為，使用電流調節器12-1~12-n對乙太輸出源Po-1~Po-n進行電流比例調節而提供電流受控電源Pc-1~Pc-n(其總和為供應至電子設備200的輸出 電源Pout)。每個電流受控電源Pc-1~Pc-n可包括輸出電流Io，輸出電流Io加總為總電流It。乙太網路供電設備100根據電子設備200所需求的需求電流對每個乙太輸出源Po-1~Po-n進行電流比例調節，使得乙太網路模組1-1~1-n所提供的總電流It滿足電子設備200所需求的需求電流。

最後，當乙太網路模組的其中之一者異常時，控制其餘的至少一者所提供的總電流滿足需求電流(S140)。較佳的實施方式為，乙太網路供電設備100被設計為N+1的備援設備。當乙太網路模組1-1~1-n的其中一者(假設為乙太網路模組1-2)異常時，其餘的乙太網路模組1-1、1-3~1-n所提供的總電流It仍然能夠滿足電子設備200所需求的需求電流。藉此，可以在乙太網路模組1-1~1-n的其中一者異常時，仍然可以供應電子設備200穩定且正常運作之功效。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100:乙太網路供電設備

1-1~1-n:乙太網路模組

10-1~10-n:轉換電路

12-1~12-n:電流調節器

2:監控電路

22-1~22-n:偵測電路

3:控制器

4:指示設備

A:網路接口

C:輸出端

B:網路線端子

200:電子設備

Pin-1~Pin-n:乙太網路電源

Po-1~Po-n:乙太輸出源

Pc-1~Pc-n:電流受控電源

Pout:輸出電源

Io:輸出電流

It:總電流

Sm1~Smn:監控訊號

Claims (10)

1. 一種備援式乙太網路供電設備，係對一電子設備供電，該乙太網路供電設備包括：複數個乙太網路模組，每個乙太網路模組係為並聯耦接，且每個乙太網路模組包括：一轉換電路，接收一乙太網路電源，且將該乙太網路電源轉換為一乙太輸出源；及一電流調節器，耦接該轉換電路，且對該乙太輸出源進行一電流比例調節而提供一電流受控電源；其中，每個乙太網路模組所輸出的一輸出電流所加總的一總電流滿足該電子設備的一需求電流，且當該些乙太網路模組的其中之一者異常時，該乙太網路供電設備控制其餘至少一者所提供的該總電流滿足該需求電流。
2. 如請求項1所述之乙太網路供電設備，其中每個乙太網路模組更包括：一整流電路，耦接該轉換電路；其中，該乙太網路電源的一輸入電壓為一直流電壓，且該整流電路用以在該輸入電壓為負值時，將負值的該輸入電壓整流為正值的該輸入電壓。
3. 如請求項1所述之乙太網路供電設備，更包括：一監控電路，耦接每個乙太網路模組的該電流調節器的輸出端，且根據該電流受控電源提供一監控訊號；一控制器，接收該監控訊號，且根據該監控訊號產生該些乙太網路模組正常時的一工作正常狀態或該些乙太網路模組異常時的一警示狀態； 其中，每個乙太網路模組的該電流調節器耦接該控制器，且該控制器根據該需求電流分別提供一調節訊號至每個乙太網路模組的該電流調節器。
4. 如請求項1所述之乙太網路供電設備，其中每個乙太網路模組的該電流調節器彼此耦接，且進行一相互通訊；當該需求電流超過該乙太網路供電設備的一額定電流時，每個乙太網路模組的該電流調節器根據該電流比例調節而調整該輸出電流。
5. 如請求項1所述之乙太網路供電設備，其中每個乙太網路模組的該電流調節器係對該輸出電流進行均流，或者每個乙太網路模組的該電流調節器係根據一權重比調整該輸出電流；該權重比為一總運作時間、一輸出電流總額及一當前溫度的至少其中一者。
6. 一種乙太網路供電設備之備援方法，係提供包括複數個乙太網路模組的一乙太網路供電設備對一電子設備供電，且每個乙太網路模組係為並聯耦接，該備援方法包括下列步驟：每個乙太網路模組接收一乙太網路電源，且將該乙太網路電源轉換為一乙太輸出源；對該乙太輸出源進行一電流比例調節而提供一電流受控電源，使每個乙太網路模組的一輸出電流所加總的一總電流滿足該電子設備的一需求電流；及當該些乙太網路模組的其中之一者異常時，控制其餘的至少一者所提供的該總電流滿足該需求電流。
7. 如請求項6所述之備援方法，其中該乙太網路電源的一輸入電壓為一直流電壓，該備援方法更包括下列步驟：在該輸入電壓為負值時，將負值的該輸入電壓整流為正值的該輸入電壓。
8. 如請求項6所述之備援方法，更包括下列步驟：根據每個乙太網路模組的該電流受控電源提供一監控訊號；根據該監控訊號產生該些乙太網路模組正常時的一工作正常狀態或該些乙太網路模組異常時的一警示狀態；及根據該需求電流分別提供一調節訊號至每個乙太網路模組。
9. 如請求項6所述之備援方法，更包括下列步驟：每個乙太網路模組根據該需求電流進行相互通訊；及當該需求電流超過該乙太網路供電設備的一額定電流時，根據該電流比例調節而調整該輸出電流。
10. 如請求項6所述之備援方法，更包括下列步驟：每個乙太網路模組係對該輸出電流進行均流；或每個乙太網路模組係根據一權重比調整該電流受控電源的一輸出電流。

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