CN101389174A - 逆变器及其控制电路、控制方法、和使用了它的发光装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能低成本、省电路面积地可靠点亮EEFL的逆变器及其控制电路、控制方法、和使用了它的发光装置。软起动电路(70)生成在EEFL的点亮开始时随时间变化的软起动电压(Vss)。脉冲宽度调制器(60)生成占空比被反馈控制的PWM信号(Vpwm)，使得与逆变器的输出电压(Vdrv)相应的反馈电压(Vfb)与软起动电压(Vss)相一致。逻辑控制部(50)基于来自脉冲宽度调制器的PWM信号，对变压器的一次线圈的电压进行开关控制。软起动电路至少执行一次如下起弧动作：使软起动电压随时间上升，在达到第1电压电平(VH)时使之下降，在下降到低于第1电压电平(VH)的第2电压电平(VL)时再次使之上升。

Description

逆变器及其控制电路、控制方法、和使用了它的发光装置
技术领域
本发明涉及向外部电极荧光灯提供驱动电压的逆变器。
背景技术
近年来，能够实现薄型、大型化的液晶电视正取代阴极射线管电视而逐渐普及。液晶电视在显示影像的液晶屏的背面配置多根冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，以下称CCFL)或外部电极荧光灯(External Electrode Fluorescent Lamp，以下称EEFL)，使之作为背光灯发光。
为进行CCFL或EEFL的驱动，使用将例如12V左右的直流电压升压，作为交流电压进行输出的逆变器(DC/AC转换器)。逆变器将流过CCFL的电流转换成电压反馈给控制电路，基于该反馈的电压来控制开关元件的接通、断开。例如，专利文献1中公开了这样的利用逆变器的CCFL驱动技术。
专利文献1：特开2003-323994号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
EEFL与CCFL等其他荧光灯相比，存在难点亮这样的问题。由于EEFL点亮还是没点亮属于概率事件，所以为使EEFL点亮，以往是反复进行若干次逆变器的起动动作，来提升点亮概率的。具体来说，以往的逆变器为使EEFL起弧(striking)，反复进行对逆变器施加高电压，再关断这样的动作。
在以往的方法中，除逆变器的控制电路外，还需要用于反复进行控制电路的关断和起动动作的外装电路，所以存在电路面积变大或者成本变高这样的问题。
本发明是鉴于这样的课题而设计的，其目的在于提供一种能以低成本或小电路面积可靠地点亮EEFL的逆变器的控制电路。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及一种驱动连接在变压器的二次侧的外部电极荧光灯的逆变器的控制电路。控制电路包括：软起动电路，生成在外部电极荧光灯的点亮开始时随时间变化的软起动电压；脉冲调制器，接收与逆变器的输出电压相应的反馈电压和软起动电压，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得反馈电压与软起动电压相一致；逻辑控制部，基于来自脉冲调制器的脉冲信号，对变压器的一次线圈的电压进行开关控制。软起动电路至少执行一次如下起弧动作：使软起动电压随时间上升，在达到第1电压电平时使之下降，在下降到低于第1电压电平的第2电压电平时再次使之上升。
根据该方案，利用软起动电路进行EEFL的起弧，所以不再需要起弧用的外部电路，能够以简易的结构可靠地点亮EEFL。
第1电压电平、第2电压电平可以按反复的周期而设定成不同的值。
可以是软起动电路能够从多个值中选择起弧动作所反复执行的次数。此时，能够根据EEFL的点亮概率设定起弧动作的次数，可靠地使EEFL点亮。
软起动电路可以包括：一端电位被固定了的电容器；对电容器进行充放电的充放电电路；将电容器的另一端的软起动电压与第1、第2电压电平进行比较的电压比较部；基于电压比较部的比较结果，切换充放电电路的充电状态和放电状态的充放电控制部。充放电控制部可以具有计数器，该计数器基于电压比较部的比较结果，对充放电电路的充电状态和放电状态之间的切换次数进行计数。
此时，能够利用计数器的计数值来控制起弧动作的次数。
充放电控制部可以在计数器的计数值为预定值以上的值时将充放电电路固定在充电状态。此时，当计数值达到预定值时，软起动电压上升，能够停止起弧动作。
电压比较部可以包括：将软起动电压与第1电压电平进行比较的第1比较器；将软起动电压与第2电压电平进行比较的第2比较器。充放电控制部可以包括被输入第1和第2比较器的输出信号的触发器，基于该触发器的输出信号切换充放电电路的状态，并且计数器执行基于触发器的输出信号的计数。
充放电电路可以包括：向电容器提供充电电流的充电电路；可切换接通和断开状态、在接通状态下从电容器引出比充电电流大的放电电流的放电电路。充放电控制部可以基于计数器的输出信号和触发器的输出信号控制放电电路的开和关。
本发明的另一方案是一种逆变器。该逆变器包括：变压器；对变压器的一次线圈的电压进行开关控制的上述控制电路；检测变压器的二次线圈所产生的逆变器的输出电压，并根据输出电压将反馈电压输出到控制电路的电压检测部。
本发明的再一个方案是一种发光装置。该装置包括：外部电极荧光灯；上述逆变器，将自己的输出电压提供给外部电极荧光灯。
本发明的再一个方案涉及一种驱动外部电极荧光灯的逆变器的控制方法。该控制方法包括：生成在外部电极荧光灯的点亮开始时随时间变化的软起动电压的步骤；生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与逆变器的输出电压相应的反馈电压与软起动电压相一致的步骤；基于脉冲信号，对逆变器的变压器的一次线圈的电压进行开关控制的步骤。在外部电极荧光灯的点亮开始时，反复执行多次使软起动电压上升、下降的动作。
本发明的再一个方案是液晶电视。该液晶电视包括：液晶屏；配置在液晶屏的背面的多个上述发光装置。
另外，将以上结构要件的任意组合、本发明的结构要件以及表现方式在方法、装置、***等之间相互变换的方案，作为本发明的实施方式也是有效的。
〔发明效果〕
通过本发明的逆变器的控制电路，能够低成本或小电路面积地点亮EEFL。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的发光装置的结构的电路图。
图2是表示安装有图1的发光装置的液晶电视的结构的框图。
图3是表示本实施方式的控制电路的结构的电路图。
图4是表示图3的控制电路起动时的动作状态的时序图。
具体实施方式
图1是表示本发明实施方式的发光装置200的结构的电路图。图2是表示安装有图1的发光装置200的液晶电视300的结构的框图。液晶电视300与天线310相连接。天线310接收广播波，向接收部304输出接收信号。接收部304对接收信号进行检波、放大，输出给信号处理部306。信号处理部306将对被调制了的数据进行解调而得到的图像数据输出给液晶驱动器308。液晶驱动器308将图像数据按各扫描线输出到液晶屏302，显示视频、图像。在液晶屏302的背面，作为背光灯配置有多个发光装置200。本实施方式的发光装置200能够很好地作为这样的液晶屏302的背光灯来使用。下面回到图1，详细说明发光装置200的结构和动作。
本实施方式的发光装置200包括EEFL210、第1逆变器100a、第2逆变器100b。EEFL210配置在液晶屏302的背面。第1逆变器100a、第2逆变器100b是DC/AC转换器，将从直流电源输出的、输入到输入端子102的输入电压Vin变换成交流电压进行升压，分别对EEFL210的第1端子212、第2端子214提供第1驱动电压Vdrv1、第2驱动电压Vdrv2。第1驱动电压Vdrv1、第2驱动电压Vdrv2是彼此反相的交流电压。
在图1中表示了一个EEFL210，但也可以并排配置多个。下面说明本实施方式的第1逆变器100a、第2逆变器100b的结构。第1逆变器100a、第2逆变器100b具有相同的结构，所以以下将二者不相区别地统称为逆变器100来进行说明。
逆变器100包括H桥电路10、变压器12、电流电压变换部14、驱动电压检测部20、控制电路30、电容器C10。
H桥电路10包括第1高侧晶体管MH1、第1低侧晶体管ML1、第2高侧晶体管MH2、第2低侧晶体管ML2这四个功率晶体管。
第1高侧晶体管MH1的一端与被施加输入电压Vin的输入端子102相连接，另一端与变压器12的一次线圈12a的第1端子相连接。第1低侧晶体管ML1的一端与电位被固定了的接地端子相连接，另一端与一次线圈12a的第1端子相连接。第2高侧晶体管MH2的一端与输入端子102相连接，另一端经由用于阻止直流的电容器C10与一次线圈的第2端子相连接。第2低侧晶体管ML2的一端与接地端子相连接，另一端经由用于阻止直流的电容器C10与一次线圈12a的第2端子相连接。
电流电压变换部14被设置在变压器12的二次线圈12b的电流路径上。电流电压变换部14将流经二次线圈12b的电流、即流经EEFL210的电流变换成电压，作为检测电压Vdet输出。电流电压变换部14包括整流电路16和滤波器18。
整流电路16包括第1二极管D1、第2二极管D2、第1电阻R1。第1二极管D1的阳极接地，阴极与二次线圈12b的一端相连接。第2二极管D2的阳极与第1二极管D1的阴极相连接。第1电阻R1被设置在第2二极管D2的阴极与接地之间。流过二次线圈12b的交流电流被第1二极管D1和第2二极管D2半波整流，流向第1电阻R1。第1电阻R1上产生与流过二次线圈12b的电流成比例的电压降。整流电路16输出第1电阻R1所产生的电压降。
滤波器18是包括第2电阻R2和第1电容器C1的低通滤波器。滤波器18将除去整流电路16的输出电压的高频分量后的检测电压Vdet反馈给控制电路30。
驱动电压检测部20的结构中包括整流电路22和滤波器(LPF)24，被设置在逆变器100的输出端子104与接地之间。驱动电压检测部20生成与从逆变器100输出的驱动电压Vdrv相应的直流的反馈电压Vfb，反馈给控制电路30。
整流电路22包括第2电容器C2、第3电容器C3、第3二极管D3、第4二极管D4、第3电阻R3、第4电阻R4。第2电容器C2和第3电容器C3串联连接在输出端子104与接地之间。第3二极管D3的阳极接地，阴极连接于第2电容器C2与第3电容器C3的连接点。另外，第4二极管D4的阳极与第3二极管D3的阴极相连接。在第4二极管D4的阴极与接地之间串联连接第3电阻R3和第4电阻R4。从输出端子104输出的驱动电压Vdrv是交流电压，被第2电容器C2和第3电容器C3分压。分压后的驱动电压Vdrv被第3二极管D3和第4二极管D4半波整流，进而被第3电阻R3和第4电阻R4分压。由第3电阻R3和第4电阻R4分压后的驱动电压被输出到滤波器24。
滤波器24将除去从整流电路22输出的信号的高频分量后的反馈电压Vfb反馈到控制电路30。滤波器24可以同滤波器18一样用电阻和电容器来构成。
控制电路30基于反馈来的检测电压Vdet、反馈电压Vfb，控制H桥电路10的第1高侧晶体管MH1、第1低侧晶体管ML1、第2高侧晶体管MH2、第2低侧晶体管ML2的导通和截止。基于H桥电路10的控制，向变压器12的一次线圈12a提供开关电压。结果，在变压器12中进行能量转换，向与二次线圈12b相连的EEFL210提供第1驱动电压Vdrv1。
下面说明控制电路30的结构。图3是表示本实施方式的控制电路30的结构的电路图。
控制电路30是包括脉冲宽度调制器60、逻辑控制部(LOGIC)50、软起动电路70的、被一体集成在一个半导体衬底上的功能IC。控制电路30通过使连接于外部的H桥电路10的晶体管MH1、MH2、ML1、ML2导通、截止，来控制提供给逆变器100的变压器12的开关电压。
脉冲宽度调制器60具有两个反馈环，即利用与灯电流(变压器12的二次线圈12b的电流)相应的检测电压Vdet的第1反馈环、和利用与逆变器100的驱动电压Vdrv相应的反馈电压Vfb的第2反馈环。控制电路30利用第1反馈环进行所谓的电流调光，利用第2反馈环执行软起动。
首先说明第1反馈环。
脉冲宽度调制器60利用第1反馈环，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与变压器12的二次线圈12b的电流、即流过EEFL210的灯电流相应的检测电压Vdet趋近于基准电压Vref。第1反馈环由误差放大器62、选择器63、脉冲宽度调制比较器(以下称PWM(Pulse WidthModulation)比较器)64、振荡器(OSC)66、电压源68形成。
电压源68生成基准电压Vref。电压源68生成根据EEFL210的发光亮度而决定的基准电压Vref。误差放大器62的反相输入端子被输入从电流电压变换部14反馈来的检测电压Vdet，非反相输入端子被输入从电压源68输出的基准电压Vref。误差放大器62输出与检测电压Vdet和基准电压Vref的误差相应的误差电压Verr1。另外，基准电压Vref也可以是从外部输入的。误差电压Verr1经由选择器63输入到PWM比较器64的反相输入端子。
振荡器66生成预定频率的三角波状或锯齿波状的三角波信号Vosc。PWM比较器64对从误差放大器62输出的误差电压Verr1和从振荡器66输出的三角波信号Vosc进行比较，生成在Verr1<Vosc时成为高电平、在Verr1>Vosc时成为低电平的脉冲信号。该脉冲信号是占空比被反馈控制的脉冲宽度调制信号，使得检测电压Vdet趋近于基准电压Vref。以下将该脉冲信号称为PWM信号Vpwm。PWM信号Vpwm被输入到逻辑控制部50。
逻辑控制部50基于PWM信号Vpwm的占空比，控制H桥电路10的第1高侧晶体管MH1、第1低侧晶体管ML1、第2高侧晶体管MH2、第2低侧晶体管ML2的导通和截止。对H桥电路10进行开关控制的结果是，直流电压的输入电压Vin被变换成交流电压，作为驱动电压Vdrv输出。
接下来说明第2反馈环。第2反馈环由软起动电路70、误差放大器69、选择器63、PWM比较器64、振荡器66形成。
软起动电路70是控制在EEFL210的点亮开始时使逆变器100的输出电压Vdrv缓缓上升的软起动的功能块。软起动电路70生成在EEFL210的点亮开始时电压值随时间变化的软起动电压Vss。
软起动电压Vss被输出到脉冲宽度调制器60。误差放大器69对软起动电压Vss和与逆变器100的驱动电压Vdrv相应的反馈电压Vfb的误差进行放大。由误差放大器69生成的误差电压Verr2经由选择器63输入到PWM比较器64。PWM比较器64对从误差放大器69输出的误差电压Verr2和从振荡器66输出的三角波信号Vosc进行比较，生成在Verr2<Vosc时成为高电平、在Verr2>Vosc时成为低电平的PWM信号Vpwm。由第2反馈环生成的PWM信号Vpwm的占空比被反馈控制，使得反馈电压Vfb与软起动电压Vss相一致。
第1反馈环和第2反馈环的切换由选择器63来进行。可以根据状态机(state machine)控制选择器63，也可以基于表示有无EEFL210的点亮的信号来控制选择器63。或者，也可以是选择两个误差电压Verr1、Verr2中的电压电平较小者的最小值电路。或者，也可以采用使PWM比较器64为三输入比较器，不设置选择器63的结构。即，对于软起动控制和电流调光控制的切换，只要利用公知的各种技术即可，不作特别限定。
软起动电路70至少执行一次如下起弧动作：使软起动电压Vss随时间上升，在达到第1电压电平VH时使之下降，在降低到比第1电压电平VH低的第2电压电平VL时再度使其上升。
软起动电路70被构成为能从多个值中选择起弧动作反复执行的次数n。例如优选n能从1、2、3、4中选择任一者。
软起动电路70包括电容器Css、充放电电路72、电压比较部76、充放电控制部82。
电容器Css的一端接地，其电位被固定。充放电电路72通过对电容器Css供给充电电流Ichg或者引出放电电流Idis来进行充放电。电压比较部76将电容器Css的另一端的软起动电压Vss与第1电压电平VH、第2电压电平VL进行比较。充放电控制部82基于电压比较部76的比较结果，来切换充放电电路72的充电状态和放电状态。
具体来说，电压比较部76包括将软起动电压Vss与第1电压电平VH进行比较的第1比较器78和将软起动电压Vss与第2电压电平VL进行比较的第2比较器80。充放电控制部82包括RS触发器84，其置位端子、复位端子分别被输入第1比较器78、第2比较器80的输出信号S1、S2。充放电控制部82基于触发器84的输出信号S3切换充放电电路72的状态。
充放电控制部82包括计数器86。计数器86基于电压比较部76的比较结果，对充放电电路72的充电状态和放电状态之间的切换次数进行计数。计数器86被输入触发器84的输出信号S3，执行基于该信号S3的电平转变的计数。
充放电电路72包括对电容器Css提供充电电流Ichg的充电电流源74，和可切换接通和断开状态、在接通状态下从电容器Css引出放电电流Idis的放电电路。放电电流Idis被设定得比充电电流Ichg大。放电电路包括放电电阻Rdis和放电晶体管Mdis，根据放电晶体管Mdis的导通和截止来切换放电电路的接通、断开状态。放电晶体管Mdis为截止时，电容器Css由充电电流Ichg充电。当放电晶体管Mdis为导通时，电容器Css以差电流(Idis-Ichg)放电。充放电控制部82基于计数器86的输出信号和触发器84的输出信号S3控制放电晶体管Mdis的导通和截止。
充放电控制部82在计数器86的计数值为预定值以上的值时，将充放电电路72固定在充电状态。优选预定值可根据来自外部的设定信号SET进行调节。计数值达到预定值时，放电晶体管Mdis截止，软起动电压Vss上升，停止起弧动作。在实施方式中预定值取3。
计数器86的输出S4在计数值达到预定值时成为高电平。计数器86的输出被NOT门(“非”门)88逻辑反转。AND门(“与”门)89输出触发器84和NOT门88的输出信号的逻辑积。NOT门88、AND门89的输出信号S5被输入到放电晶体管Mdis的栅极。
第3比较器90将软起动电压Vss与预定的第3电压电平Vth3进行比较。第3电压电平Vth3被设定得比第1电压电平VH高。当Vss>Vth3时，第3比较器90的输出信号S6成为高电平，软起动和起弧动作的完成被通知给其他电路块。
以上是逆变器100的结构。下面说明逆变器100的动作。图4是表示图3的控制电路30的起动时的动作状态的时序图。
在时刻t0，备用(standby)信号STB成为高电平，指示逆变器100起动。备用信号STB成为高电平时，充放电电路72被设定为充电状态，软起动电压Vss开始上升。
在时刻t1，软起动电压Vss达到第1电压电平VH时，第1比较器78的输出信号S1成为高电平，触发器84被置位，信号S3成为高电平，计数器86的计数值成为1。信号S3成为高电平时，放电晶体管Mdis的栅极信号S5成为高电平，充放电电路72被设定为放电状态。其结果，软起动电压Vss开始下降。
在时刻t2软起动电压Vss下降到第2电压电平VL时，第2比较器80的输出信号S2成为高电平，触发器84被复位，信号S3成为低电平，充放电电路72被再次设定为充电状态。
在时刻t3软起动电压Vss再次达到第1电压电平VH时，触发器84的输出信号S3成为高电平，计数值加1。
反复进行同样的动作，当在时刻t4触发器84的输出信号S3再次变成高电平时，计数值加1，变成预定值3以上。这之后，计数器86的输出信号S4成为高电平，NOT门88的输出成为低电平，触发器84的输出信号S3被屏蔽，放电晶体管Mdis的栅极信号S5被固定为低电平。其结果，充放电电路72被设定为充电状态，软起动电压Vss超过第1电压电平VH地增加。
在时刻t5软起动电压Vss增加到第3电压电平Vth3时，由第3比较器90向其他电路块通知软起动和起弧动作的完成，起动流程结束。
根据实施方式的逆变器100，通过利用软起动电路来进行起弧动作，就不必为起弧动作而再设置外部电路，所以能够减小电路面积、降低成本。
实施方式是个例示，本领域技术人员能够理解可以对其各结构要件和各处理过程的组合进行各种变形，并且这些变形例也包含在本发明的范围内。
在本实施方式中，逻辑电路的高电平、低电平的逻辑值的设定仅是一例，可以通过用反相器等使之适当反转而自由改变。
在实施方式中说明了在EEFL210的两端连接两个逆变器100，以反相的驱动电压进行驱动的情况，但不限于此，也可以用一个逆变器100驱动一端电压被固定了的EEFL210。
在实施方式中，是用利用了电容器Css的模拟电路来构成软起动电路70的，但本发明不限于此，也可以通过生成按照图4所示的软起动电压Vss而增减值的数字信号的信号发生器，和对信号发生器的输出进行数字/模拟转换的D/A转换器来构成。
也可以使用迟滞比较器来取代图3的电压比较部76和触发器84，还可以采用其他结构。
在实施方式中说明了进行多次使软起动电压升降的起弧动作，并将第1电压电平VH、第2电压电平VL分别在起弧动作中固定为一定值的情况，但也可以使其任一者或两者随时间而变化。

Claims (9)

1.一种驱动连接在变压器的二次线圈侧的外部电极荧光灯的逆变器的控制电路，其特征在于，包括：
软起动电路，生成在上述外部电极荧光灯的点亮开始时随时间变化的软起动电压；
脉冲调制器，接收与上述逆变器的输出电压相应的反馈电压和上述软起动电压，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得上述反馈电压与上述软起动电压相一致；以及
逻辑控制部，基于来自上述脉冲调制器的上述脉冲信号，对上述变压器的一次线圈的电压进行开关控制；
其中，上述软起动电路至少执行一次如下起弧动作：使上述软起动电压随时间上升，在达到第1电压电平时使之下降，在下降到低于上述第1电压电平的第2电压电平时再次使之上升。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：
上述软起动电路能够从多个值中选择上述起弧动作所反复执行的次数。
3.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于：
上述软起动电路包括：
一端电位被固定了的电容器，
对上述电容器进行充放电的充放电电路，
将上述电容器的另一端的软起动电压与上述第1、第2电压电平进行比较的电压比较部，以及
基于上述电压比较部的比较结果，切换上述充放电电路的充电状态和放电状态的充放电控制部；
上述充放电控制部具有计数器，该计数器基于上述电压比较部的比较结果，对上述充放电电路的充电状态和放电状态之间的切换次数进行计数。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于：
上述充放电控制部在上述计数器的计数值为预定值以上的值时将上述充放电电路固定在充电状态。
5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于：
上述电压比较部包括：
将上述软起动电压与上述第1电压电平进行比较的第1比较器，和
将上述软起动电压与上述第2电压电平进行比较的第2比较器；
上述充放电控制部包括被输入上述第1和第2比较器的输出信号的触发器，基于该触发器的输出信号切换上述充放电电路的状态，并且上述计数器执行基于上述触发器的输出信号的计数。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于：
上述充放电电路包括：
向上述电容器提供充电电流的充电电路，和
可切换接通和断开状态、在接通状态下从上述电容器引出比上述充电电流大的放电电流的放电电路；
上述充放电控制部基于上述计数器的输出信号和上述触发器的输出信号控制上述放电电路的接通和断开。
7.一种逆变器，其特征在于，包括：
变压器；
对上述变压器的一次线圈的电压进行开关控制的权利要求1或2所述的控制电路；以及
检测上述变压器的二次线圈所产生的逆变器的输出电压，并根据上述输出电压将反馈电压输出到上述控制电路的电压检测部。
8.一种发光装置，其特征在于，包括：
外部电极荧光灯；和
权利要求7所述的逆变器，将自己的输出电压提供给上述外部电极荧光灯。
9.一种驱动外部电极荧光灯的逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
生成在上述外部电极荧光灯的点亮开始时随时间变化的软起动电压的步骤；
生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与上述逆变器的输出电压相应的反馈电压与上述软起动电压相一致的步骤；以及
基于上述脉冲信号，对上述逆变器的变压器的一次线圈的电压进行开关控制的步骤；
其中，在上述外部电极荧光灯的点亮开始时，反复执行至少一次使上述软起动电压上升、下降的动作。
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