WO2016129106A1 - バッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
バッテリ電圧調整回路の制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時に、充電許可信号が入力されていればスイッチ素子をオンし、又は、充電停止信号が入力されていればスイッチ素子をオフする。制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする。制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする。
Description
本発明は、バッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法に関する発明である。
従来、二輪車などのエンジンにより駆動される発電機の交流電圧出力を用いて、バッテリを充電するための電源を供給するバッテリ充電装置がある(例えば、特開2000-184613号公報、特開2009-118608号公報参照)。
この従来のバッテリ充電装置100A(図4)は、例えば、第1ノードが第1の発電機端子TD1に接続され、第2ノードが第1のバッテリ端子TB1に接続されたスイッチ素子(サイリスタ)SW1と、第1の発電機端子TD1と第2の発電機端子TD2との間の入力電圧VINに応じて、スイッチ素子SW1の動作を制御する制御回路CONと、第1のバッテリ端子TB1と第2のバッテリ端子TB2との間の出力電圧VOUTを検出し、出力電圧VOUTが正の目標値以上である場合には、バッテリBの充電を停止するための充電停止信号を制御回路CONに出力し、一方、出力電圧VOUTが該目標値未満である場合には、バッテリBの充電を許可する充電許可信号を制御回路CONに出力するバッテリ電圧検出回路BVDと、を備えるものがある。
例えば、制御回路CONは、入力電圧VINが規定値以上になった時に、該充電許可信号に応じてスイッチ素子SW1をオンし、一方、該充電停止信号に応じてスイッチ素子SW1をオフする。
また、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満になった時に、スイッチ素子SW1をオフする。
既述の従来のバッテリ充電装置100Aにおいて、バッテリBが逆接続された状態では、出力電圧VOUTは該目標電圧未満(負の電圧)であるので、バッテリ電圧検出回路BVDは該充電許可信号を出力する。
しかし、バッテリ充電装置100AがバッテリBの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Gが停止しているとき、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満では、スイッチ素子SW1をオフする(図5)。これにより、単相交流発電機GのコイルLGを流れる電流I1aがスイッチ素子SW1で遮断される(図5)。
しかし、このバッテリBが逆接続された状態では、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電すると、制御回路CONに電流I2a、I2bが流れて制御回路CONのNPN型バイポーラトランジスタおよびPNP型バイポーラトランジスタがオンする(図6)。これにより、スイッチ素子(サイリスタ)SW1のゲートに所定の電流が供給され得る状態になる。
そして、制御回路CONは、入力電圧VINが規定値以上になると、スイッチ素子(サイリスタ)SW1のゲートに電流I1bが供給されて、スイッチ素子SW1をオンする(図6)。これにより、バッテリ充電装置100Aから大きな電流I1a、I3aが流れることとなる。このような大電流は、素子、回路、バッテリ等の発熱、破壊等の原因になり得る。
このように、上記従来のバッテリ充電装置では、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合に、大きな電流が流れる問題がある。
そこで、本発明は、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件に拘わらず強制的にオフさせて、大きな電流が流れるのを抑制することが可能なバッテリ充電装置およびバッテリ充電装置の制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る実施例に従ったバッテリ充電装置は、
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、
前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、
前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、
前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、
第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、
前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、
前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とする。
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、
前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、
前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、
前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、
第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、
前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、
前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記スイッチ素子は、前記第1ノードがアノードであり且つ前記第2ノードがカソードであるサイリスタである
ことを特徴とする。
前記スイッチ素子は、前記第1ノードがアノードであり且つ前記第2ノードがカソードであるサイリスタである
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
アノードが前記第1の発電機端子に接続された第1のダイオードと、
エミッタが前記第1のダイオードのカソードに接続された第1のPNP型バイポーラトランジスタと、
アノードが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記サイリスタのゲートに接続された第2のダイオードと、
コレクタが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第2の発電機端子に接続され、ベースが前記充電停止信号又は前記充電許可信号が入力される信号ノードに接続された第1のNPN型バイポーラトランジスタと、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗素子と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上になった時に、
前記充電許可信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオンすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオンし、又は、前記充電停止信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記第1のNPN型バイポーラトランジスタを強制的にオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフする
ことを特徴とする。
前記制御回路は、
アノードが前記第1の発電機端子に接続された第1のダイオードと、
エミッタが前記第1のダイオードのカソードに接続された第1のPNP型バイポーラトランジスタと、
アノードが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記サイリスタのゲートに接続された第2のダイオードと、
コレクタが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第2の発電機端子に接続され、ベースが前記充電停止信号又は前記充電許可信号が入力される信号ノードに接続された第1のNPN型バイポーラトランジスタと、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗素子と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上になった時に、
前記充電許可信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオンすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオンし、又は、前記充電停止信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記第1のNPN型バイポーラトランジスタを強制的にオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフする
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第1のダイオードのカソードと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記制御回路は、
前記第1のダイオードのカソードと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのコレクタとの間に接続された第3の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのコレクタとの間に接続された第3の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタと前記第2のダイオードのアノードとの間に接続された第4の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタと前記第2のダイオードのアノードとの間に接続された第4の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
アノードが前記第1のバッテリ端子に接続された第3のダイオードと、
カソードが前記第3のダイオードのカソードに接続されたツェナーダイオードと、
コレクタが前記信号ノードに接続され、エミッタが前記第2のバッテリ端子に接続され、ベースが前記ツェナーダイオードのアノードに接続され、前記コレクタから前記充電停止信号又は前記充電許可信号を出力する第2のNPN型バイポーラトランジスタと、を備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ電圧検出回路は、
アノードが前記第1のバッテリ端子に接続された第3のダイオードと、
カソードが前記第3のダイオードのカソードに接続されたツェナーダイオードと、
コレクタが前記信号ノードに接続され、エミッタが前記第2のバッテリ端子に接続され、ベースが前記ツェナーダイオードのアノードに接続され、前記コレクタから前記充電停止信号又は前記充電許可信号を出力する第2のNPN型バイポーラトランジスタと、を備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記出力電圧が前記目標値以上である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電停止信号を前記信号ノードに出力し、
一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電許可信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする。
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記出力電圧が前記目標値以上である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電停止信号を前記信号ノードに出力し、
一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電許可信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記ツェナーダイオードのアノードと前記第2のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第5の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記ツェナーダイオードのアノードと前記第2のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第5の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記逆接続検出回路は、
カソードが前記第1のバッテリ端子に接続された第4のダイオードと、
前記第4のダイオードのアノードと前記信号ノードとの間に接続された第6の抵抗素子と、
カソードが前記信号ノードに接続され、アノードが前記第2のバッテリ端子に接続された第5のダイオードと、を備え、
前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの逆接続を検出した場合には、前記逆接続検出信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする。
前記逆接続検出回路は、
カソードが前記第1のバッテリ端子に接続された第4のダイオードと、
前記第4のダイオードのアノードと前記信号ノードとの間に接続された第6の抵抗素子と、
カソードが前記信号ノードに接続され、アノードが前記第2のバッテリ端子に接続された第5のダイオードと、を備え、
前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの逆接続を検出した場合には、前記逆接続検出信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧が負の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力し、
一方、前記出力電圧が正の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力しないことを特徴とする。
前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧が負の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力し、
一方、前記出力電圧が正の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力しないことを特徴とする。
前記バッテリ充電装置において、
前記単相交流発電機は、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータであり、ユーザによるキックペダルの動作により前記単相交流発電機が回転して発電する
ことを特徴とする。
前記単相交流発電機は、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータであり、ユーザによるキックペダルの動作により前記単相交流発電機が回転して発電する
ことを特徴とする。
本発明の実施形態に従ったバッテリ充電方法は、
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とする。
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とする。
本発明の一態様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、バッテリの正常接続時にバッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、第2の発電機端子に接続され、バッテリの正常接続時にバッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、第1ノードが第1の発電機端子に接続され、第2ノードが第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子(サイリスタ)と、第1の発電機端子と第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、第1のバッテリ端子と第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を制御回路に出力し、一方、出力電圧が目標値未満である場合には、充電許可信号を制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、出力電圧に基づいて、バッテリの正極が第2のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第1のバッテリ端子に接続されたバッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備える。
そして、制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時に、充電許可信号が入力されていればスイッチ素子をオンし、一方、充電停止信号が入力されていればスイッチ素子をオフする。
また、制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする。
さらに、制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする(図2)。
すなわち、本実施例に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合(入力電圧が規定値以上の場合)に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件(バッテリの充電電圧)に拘わらず強制的にオフさせる。
これにより、バッテリ充電装置から大きな電流が流れるのを抑制することができる。
第1の実施形態に係るバッテリ充電装置100は、単相交流発電機GによるバッテリBの充電を制御するようになっている(図1)。なお、図1の例は、バッテリ充電装置100に、バッテリBが正常に接続された状態を示している。
このバッテリ充電装置100は、単相交流発電機GのコイルLGの一端が接続される第1の発電機端子TD1と、コイルLGの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子TD2と、を備える(図1)。
なお、単相交流発電機Gは、例えば、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータである。この場合、単相交流発電機Gは、エンジンの駆動とともに回転して発電する。しかし、エンジンの停止時においても、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電するようになっている。
また、バッテリ充電装置100は、バッテリBの正常接続時にバッテリBの正極が接続される第1のバッテリ端子TB1と、第2の発電機端子TD2に接続され且つバッテリの正常接続時にバッテリBの負極が接続される第2のバッテリ端子TB2と、を備える(図1)。
なお、第1のバッテリ端子TB1と第2のバッテリ端子TB2との間に、負荷回路(図示せず)が接続される。
さらに、バッテリ充電装置100は、第1ノードが第1の発電機端子TD1に接続され、第2ノードが第1のバッテリ端子TB1に接続されたスイッチ素子SW1を備える。
このスイッチ素子SW1は、例えば、図1に示すように、該第1ノードがアノードであり且つ該第2ノードがカソードであるサイリスタ(以降、必要に応じてサイリスタSW1とも表記する)である。
さらに、バッテリ充電装置100は、第1のバッテリ端子TB1と第2のバッテリ端子TB2との間の出力電圧VOUTを検出するバッテリ電圧検出回路BVDを備える(図1)。
このバッテリ電圧検出回路BVDは、例えば、アノードが第1のバッテリ端子TB1に接続された第3のダイオードD3と、カソードが第3のダイオードD3のカソードに接続されたツェナーダイオードZと、を備える(図1)。
さらに、バッテリ電圧検出回路BVDは、コレクタが信号ノードNSに接続され、エミッタが第2のバッテリ端子TB2に接続され、ベースがツェナーダイオードZのアノードに接続され、コレクタから充電停止信号又は充電許可信号を出力する第2のNPN型バイポーラトランジスタYb2と、ツェナーダイオードZのアノードと第2のNPN型バイポーラトランジスタYb2のベースとの間に接続された第5の抵抗素子R5と、を備える(図1)。
ここで、バッテリ電圧検出回路BVDは、例えば、出力電圧VOUTが正の目標値以上である場合には、バッテリBの充電を停止するための充電停止信号を制御回路CONに出力する。
例えば、バッテリ電圧検出回路BVDは、出力電圧VOUTが該目標値以上である場合には、第2のNPN型バイポーラトランジスタYb2をオンすることで、充電停止信号を信号ノードNSに出力する。
これにより、信号ノードNS(第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベース)の電位が、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のエミッタの電位と等しくなり、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオフすることとなる。
一方、バッテリ電圧検出回路BVDは、出力電圧VOUTが該目標値未満である場合には、バッテリBの充電を許可するための充電許可信号を制御回路CONに出力する。
例えば、バッテリ電圧検出回路BVDは、出力電圧VOUTが該目標値未満である場合には、第2のNPN型バイポーラトランジスタYb2をオフすることで、充電許可信号を信号ノードNSに出力する。
これにより、第1の抵抗R1に流れる電流に応じて、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオンできる状態になる。
また、バッテリ充電装置100は、出力電圧VOUTに基づいて、バッテリBの正極が第2のバッテリ端子TB2に接続され且つバッテリBの負極が第1のバッテリ端子TB1に接続されたバッテリBの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路CONに出力する逆接続検出回路ICDを備える。
この逆接続検出回路ICDは、例えば、カソードが第1のバッテリ端子TB1に接続された第4のダイオードD4と、この第4のダイオードD4のアノードと信号ノードNSとの間に接続された第6の抵抗素子R6と、カソードが信号ノードNSに接続され、アノードが第2のバッテリ端子TB2に接続された第5のダイオードD5と、を備える(図1)。
逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTに基づいて、バッテリBの逆接続を検出した場合には、該逆接続検出信号を信号ノードNSに出力する。
ここで、バッテリBの逆接続時には、出力電圧VOUTが負の極性になる。すなわち、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが負の極性である場合には、該逆接続検出信号を出力する。
例えば、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが負の極性である場合には、第5のダイオードD5から、信号ノードNS、第6の抵抗R6を介して、第4のダイオードD4に向けて電流が流れる。これにより、信号ノードNS(第5のダイオードD5のカソード)の電位(該逆接続検出信号)は、第5のダイオードD5のアノードの電位よりも低い電位になる。
この場合、後述の制御回路CONの第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベース(信号ノードNS)とエミッタ(第5のダイオードD5のアノード)との間に逆電圧が印加されることなるため、この第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1はオフする。
なお、後述のように、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電することで、後述の制御回路CONの第1の抵抗R1に電流が流れることがある。しかし、この第1の抵抗R1に流れる電流よりも、第5のダイオードD5に流れる電流を大きくすることで、信号ノードNSの電位は、第5のダイオードD5のアノードの電位よりも低い電位になる。
一方、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTに基づいて、バッテリBの逆接続を検出しない場合には、該逆接続検出信号を信号ノードNSに出力しない。
ここで、バッテリBの逆接続時には、出力電圧VOUTが正の極性になる。すなわち、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが正の極性である場合には、該逆接続検出信号を出力しない。
例えば、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが正の極性である場合には、第5のダイオードD5、信号ノードNS、第6の抵抗R6、および第4のダイオードD4には電流が流れない。
この場合、単相交流発電機Gが回転して発電することで、制御回路CONの第1の抵抗R1に電流が流れることにより、制御回路CONの第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとエミッタとの間に順電圧が印加されると、この第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1はオンする。
また、バッテリ充電装置100は、第1の発電機端子TD1と第2の発電機端子TD2との間の入力電圧VINに応じて、スイッチ素子SW1の動作を制御する制御回路CONを備える。
この制御回路CONは、例えば、アノードが第1の発電機端子TD1に接続された第1のダイオードD1と、エミッタが第1のダイオードD1のカソードに接続された第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1と、アノードが第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1のコレクタに接続され、カソードがサイリスタSW1のゲートに接続された第2のダイオードD2と、を備える(図1)。
さらに、制御回路CONは、コレクタが第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1のベースに接続され、エミッタが第2の発電機端子TD2に接続され、ベースが充電停止信号又は充電許可信号が入力される信号ノードNSに接続された第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1を備える(図1)。
さらに、制御回路CONは、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗素子R1と、第1のダイオードD1のカソードと第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとの間に接続された第2の抵抗素子R2と、を備える(図1)。
さらに、制御回路CONは、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1のベースと第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のコレクタとの間に接続された第3の抵抗素子R3と、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1のコレクタと第2のダイオードD2のアノードとの間に接続された第4の抵抗素子R4と、を備える(図1)。
この制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値以上になった時において、充電を許可する充電許可信号が信号ノードNsを介して入力されていればスイッチ素子(サイリスタ)SW1をオンする。
例えば、制御回路CONは、入力電圧VINが規定値以上(ここでは、例えば、正の電圧)になった時において、該充電許可信号に応じて第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオンすることで、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1をオンする。
これにより、サイリスタSW1のゲートに所定の電流が供給されて、サイリスタSW1がオンする。
したがって、単相交流発電機Gで生成された正の電圧がバッテリBに供給され、バッテリBが充電されることとなる。
また、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値以上になった時において、充電を停止する充電停止信号が信号ノードNSを介して入力されていればスイッチ素子(サイリスタ)SW1をオフする。
例えば、制御回路CONでは、入力電圧VINが該規定値以上になった時において、充電停止信号に応じて第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオフすることで、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1をオフする。
これにより、サイリスタSW1のゲートに所定の電流が供給されず、サイリスタSW1がオンしない。
したがって、単相交流発電機Gで生成された正の電圧はバッテリBに供給されず、バッテリBが充電されない。
また、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満(ここでは、例えば、負の電圧)になった時において、スイッチ素子SW1をオフする。
したがって、単相交流発電機Gで生成された正の電圧はバッテリBに供給されず、バッテリBが充電されない。
また、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満(ここでは、例えば、負の電圧)になった時において、スイッチ素子SW1をオフする。
例えば、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満になった時において、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオフすることで、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1をオフする。
これにより、サイリスタSW1のゲートに所定の電流が供給されず、入力電圧VINがゼロになったときにサイリスタSW1がオフする。
したがって、単相交流発電機Gで生成した電圧が負のときは、バッテリBが充電されない。
したがって、単相交流発電機Gで生成した電圧が負のときは、バッテリBが充電されない。
ここで、制御回路CONは、上述のように、スイッチ素子SW1をオンして、バッテリBを充電している場合であっても、バッテリBの逆接続を検出したときには、スイッチ素子SW1を強制的にオフするようになっている。
すなわち、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出回路ICDから該逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子SW1を強制的にオフする。
例えば、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、該逆接続検出信号が入力されると、第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとエミッタとの間に逆電圧が印加されることなるため、 第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1を強制的にオフする。これにより、制御回路CONは、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1がオフするようになっている。
これにより、サイリスタSW1のゲートに所定の電流が供給されず、入力電圧VINがゼロになったときにサイリスタSW1がオフする。
次に、以上のような構成を有するバッテリ充電装置100のバッテリBの逆接続時の動作の一例について、図2、図3を用いて説明する。
ここでは、バッテリ充電装置100は、バッテリBの正極が第2のバッテリ端子TB2に接続され且つバッテリBの負極が第1のバッテリ端子TB1に接続されたバッテリBの逆接続の状態にあるものとする。
このとき、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが負の極性であるので、第5のダイオードD5から、信号ノードNS、第6の抵抗R6を介して、第4のダイオードD4に向けて電流I2が流れる(図2)。
すなわち、逆接続検出回路ICDは、バッテリBが逆接続されて出力電圧VOUTが負の極性になっているので、バッテリBの逆接続を検出して、該逆接続検出信号を信号ノードNSに出力する。
これにより、制御回路CONの第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとエミッタとの間に逆電圧が印加されることなるため、この第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1はオフする。
そして、バッテリ充電装置100において、このバッテリBが逆接続された状態では、出力電圧VOUTは該目標電圧未満(負の電圧)であるので、バッテリ電圧検出回路BVDは該充電許可信号を出力する。
しかし、バッテリ充電装置100がバッテリBの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Gが停止しているとき、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値未満では、スイッチ素子SW1をオフする(図2)。これにより、単相交流発電機GのコイルLGを流れる電流I1がスイッチ素子SW1で遮断される(図2)。
次に、バッテリBが逆接続された状態で、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電する場合を考える(図3)。
この場合、制御回路CONの第1のダイオードD1、第2の抵抗R2、信号ノードNS、第6の抵抗R6、第4のダイオードD4に、電流I3が流れる(図3)。
このときも、逆接続検出回路ICDは、出力電圧VOUTが負の極性であるので、第5のダイオードD5から、信号ノードNS、第6の抵抗R6を介して、第4のダイオードD4に向けて電流I2が流れる(図3)。
すなわち、逆接続検出回路ICDは、バッテリBが逆接続されて出力電圧VOUTが負の極性になっているので、バッテリBの逆接続を検出して、該逆接続検出信号を信号ノードNSに出力する。
ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電することで、後述の制御回路CONの第1の抵抗R1に電流が流れても、この第1の抵抗R1に流れる電流よりも、第5のダイオードD5に流れる電流が大きくなるように設定する。これにより、信号ノードNSの電位は、第5のダイオードD5のアノードの電位よりも低い電位になる。
これにより、制御回路CONの第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1のベースとエミッタとの間に逆電圧が印加されることなるため、この第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1はオフする。そして第1のNPN型バイポーラトランジスタYb1がオフすることで、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1のベース電流が流れないため、第1のPNP型バイポーラトランジスタYa1がオフする。
これにより、制御回路CONは、サイリスタSW1のゲートに所定の電流を供給しないので、入力電圧VINがゼロになったときにサイリスタSW1がオフする。
このように、制御回路CONは、上述のように、スイッチ素子SW1をオンして、バッテリBを充電している場合であっても、バッテリBの逆接続を検出したときには、スイッチ素子SW1を強制的にオフする。
このように、制御回路CONは、上述のように、スイッチ素子SW1をオンして、バッテリBを充電している場合であっても、バッテリBの逆接続を検出したときには、スイッチ素子SW1を強制的にオフする。
すなわち、制御回路CONは、入力電圧VINが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出回路ICDから該逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子SW1を強制的にオフする。
したがって、バッテリBが逆接続された状態において、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Gが回転して発電しても、バッテリ充電装置100から大きな電流が流れるのを抑制することができる。
以上のように、本発明の一態様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、バッテリの正常接続時にバッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、第2の発電機端子に接続され、バッテリの正常接続時にバッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、第1ノードが第1の発電機端子に接続され、第2ノードが第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子(サイリスタ)と、第1の発電機端子と第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、第1のバッテリ端子と第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を制御回路に出力し、一方、出力電圧が目標値未満である場合には、充電許可信号を制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、出力電圧に基づいて、バッテリの正極が第2のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第1のバッテリ端子に接続されたバッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備える。
そして、制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時に、充電許可信号が入力されていればスイッチ素子をオンし、一方、充電停止信号が入力されていればスイッチ素子をオフする。
また、制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする(図1)。
さらに、制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする(図2)。
すなわち、本実施例に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合(入力電圧が規定値以上の場合)に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件(バッテリの充電電圧)に拘わらず強制的にオフさせる。
これにより、バッテリ充電装置から大きな電流が流れるのを抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Claims (13)
- 単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、
前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、
前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、
前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、
第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、
前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、
前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とするバッテリ充電装置。 - 前記スイッチ素子は、前記第1ノードがアノードであり且つ前記第2ノードがカソードであるサイリスタである
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。 - 前記制御回路は、
アノードが前記第1の発電機端子に接続された第1のダイオードと、
エミッタが前記第1のダイオードのカソードに接続された第1のPNP型バイポーラトランジスタと、
アノードが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記サイリスタのゲートに接続された第2のダイオードと、
コレクタが前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第2の発電機端子に接続され、ベースが前記充電停止信号又は前記充電許可信号が入力される信号ノードに接続された第1のNPN型バイポーラトランジスタと、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗素子と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上になった時に、
前記充電許可信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオンすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオンし、又は、前記充電停止信号に応じて前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、
前記第1のNPN型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記第1のNPN型バイポーラトランジスタを強制的にオフすることで、前記第1のPNP型バイポーラトランジスタがオフする
ことを特徴とする請求項2に記載のバッテリ充電装置。 - 前記制御回路は、
前記第1のダイオードのカソードと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項3に記載のバッテリ充電装置。 - 前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのベースと前記第1のNPN型バイポーラトランジスタのコレクタとの間に接続された第3の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項3に記載のバッテリ充電装置。 - 前記制御回路は、
前記第1のPNP型バイポーラトランジスタのコレクタと前記第2のダイオードのアノードとの間に接続された第4の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項3に記載のバッテリ充電装置。 - 前記バッテリ電圧検出回路は、
アノードが前記第1のバッテリ端子に接続された第3のダイオードと、
カソードが前記第3のダイオードのカソードに接続されたツェナーダイオードと、
コレクタが前記信号ノードに接続され、エミッタが前記第2のバッテリ端子に接続され、ベースが前記ツェナーダイオードのアノードに接続され、前記コレクタから前記充電停止信号又は前記充電許可信号を出力する第2のNPN型バイポーラトランジスタと、を備える
ことを特徴とする請求項3に記載のバッテリ充電装置。 - 前記バッテリ電圧検出回路は、
前記出力電圧が前記目標値以上である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電停止信号を前記信号ノードに出力し、
一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、前記第2のNPN型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電許可信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする請求項7に記載のバッテリ充電装置。 - 前記バッテリ電圧検出回路は、
前記ツェナーダイオードのアノードと前記第2のNPN型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第5の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項7に記載のバッテリ充電装置。 - 前記逆接続検出回路は、
カソードが前記第1のバッテリ端子に接続された第4のダイオードと、
前記第4のダイオードのアノードと前記信号ノードとの間に接続された第6の抵抗素子と、
カソードが前記信号ノードに接続され、アノードが前記第2のバッテリ端子に接続された第5のダイオードと、を備え、
前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの逆接続を検出した場合には、前記逆接続検出信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする請求項7に記載のバッテリ充電装置。 - 前記逆接続検出回路は、
前記出力電圧が負の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力し、
一方、前記出力電圧が正の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力しないことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。 - 前記単相交流発電機は、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータであり、ユーザによるキックペダルの動作により前記単相交流発電機が回転して発電する
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ充電装置。 - 単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第1の発電機端子と、前記コイルの他端が接続され且つ接地される第2の発電機端子と、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの正極が接続される第1のバッテリ端子と、前記第2の発電機端子に接続され、前記バッテリの正常接続時に前記バッテリの負極が接続される第2のバッテリ端子と、第1ノードが前記第1の発電機端子に接続され、第2ノードが前記第1のバッテリ端子に接続されたスイッチ素子と、前記第1の発電機端子と前記第2の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路と、前記第1のバッテリ端子と前記第2のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第2のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第1のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、前記スイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
ことを特徴とするバッテリ充電装置の制御方法。
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JPWO2016129106A1 (ja) | 2017-06-22 |
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