CN112398326B - 基于多输出器件的软启动装置、方法、电源及芯片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于多个输出器件的软启动装置，包括：第一输出器件；第二输出器件，其输出端与第一输出器件的输出端电连接；驱动单元，与第一输出器件的控制端电连接，并与第二输出器件的控制端电连接，驱动单元在上电时刻，控制第一输出器件启动功率输出，并在上电时刻，控制第二输出器件延迟启动功率输出。

Description

基于多输出器件的软启动装置、方法、电源及芯片

技术领域

本申请属于软启动电路领域，特别涉及一种基于多输出器件的基于多个输出器件的软启动装置、软启动方法、软启动电源装置及软启动芯片。

背景技术

低压差稳压器(LDO：Low Drop-out Regulator)是线性稳压源的一种，用途是提供稳定的直流电压电源。LDO的应用范围非常广泛，可以独立制成芯片，也可以集成在芯片内部作为片内供电模块，为芯片提供稳定的直流电源。对LDO的片外供电，现在很多应用电池供电，以满足便携式设备的应用，而且为了省电，一般会让芯片在不工作时进入掉电(PowerDown)模式，需要工作时再唤醒芯片。但每次唤醒芯片，都会引起芯片的重新启动，此时会从电池抽取电流来为芯片启动、负载电容充电，此时这个浪涌(Inrush)电流如果太大，有可能引起闩锁效应，也会影响电池的电量和使用寿命。

目前，一般采用软启动装置削弱浪涌电流。目前的软启动电路一般设置于输出器件的控制端，单独通过限制控制端的驱动信号的上升速度，来控制输出器件的功率上升速度，进而削弱浪涌电流。本案的发明人发现，该方式的浪涌电流抑制效果有限，难以兼顾在目前日益增大的***功率需求和对浪涌电流的幅度控制需求。

发明内容

本申请的一个实施例提供了一种基于多个输出器件的软启动装置，包括：第一输出器件；第二输出器件，其输出端与所述第一输出器件的输出端电连接；驱动单元，与所述第一输出器件的控制端电连接，并与所述第二输出器件的控制端电连接，所述驱动单元在上电时刻，控制所述第一输出器件启动功率输出，并在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出；第一延时电压建立电路，根据上电信号，生成第一延时电压建立信号；第一放大器，与所述第一输出器件的控制端电连接，并与所述第一延时电压建立电路电连接，所述第一放大器根据所述第一延时电压建立信号，生成第一驱动信号，控制第一输出器件的输出功率缓慢升高。

本申请的一个实施例还提供了一种基于多个输出器件的软启动方法，应用于前述任意一种软启动装置，包括：在上电时刻，控制所述第一输出器件启动功率输出；在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出。

本申请的一个实施例还提供了一种基于多个输出器件的软启动电源装置，包括前述任意一种软启动装置。

本申请的一个实施例还提供了一种基于多个输出器件的软启动芯片，包括前述任意一种软启动装置。

本申请的一个实施例还提供了一种电源芯片，包括前述任意一种电源装置。

利用前述软启动装置、软启动方法、软启动电源装置、软启动芯片及软启动电源芯片。设置至少两个输出器件，并在上电时刻开始后，逐一启动前述输出器件的功率输出。

在上电时刻，仅启动第一输出器件的功率输出，由于单独的第一输出器件的输出阻抗相对较高，功率输出能力较低。所以因第一输出器件的功率输出产生的浪涌电流相对较低，较容易控制。

当第一输出器件进行一段时间的功率输出之后，输出电容经过充电，其电压逐步上升。当该电容的电压与目标输出电压的差值缩小到一定程度时，再控制第二输出器件启动功率输出。这样在增加功率输出能力，降低输出阻抗的同时，不会产生过大的浪涌电流。

利用前述软启动装置、软启动方法、软启动电源装置、软启动芯片及软启动电源芯片可以有效地兼顾***的功率输出需求，和降低启动时的浪涌电流。

附图说明

图1为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。

图2为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。

图3为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。

图4为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。

图4A为如图4所示的软启动装置中的第一延时电压建立信号的波形示意图。

图5为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。

图6为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。

图7为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。

图8为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本申请。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

图1为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。如图1所示：软启动装置1000包括：第一输出器件Q1、第二输出器件Q2和驱动单元P1。其中：

第二输出器件Q2的输出端与第一输出器件Q1的输出端电连接。

驱动单元P1与第一输出器件Q1的控制端电连接，并与第二输出器件Q2的控制端电连接。驱动单元P1在上电时刻，控制第一输出器件Q1启动功率输出；并在上电时刻，控制第二输出器件Q2延迟启动功率输出。

如图1所示，Vin为输入电源，同时与第一输出器件Q1和第二输出器件Q2的功率输入端电连接。

如图1所示，C1为软启动装置1000的输出电容，并联连接于软启动装置1000的输出端Vout。

如图1所示，可选地，所述软启动装置包括输出端Vout与第一输出器件Q1的输出端电连接。进一步地，输出端Vout也可以通过电感与第一输出器件Q1的输出端电连接。

如图1所示，第一输出器件Q1和第二输出器件Q2为N型场效应管。其中，Q1、Q2的控制端为栅(G)极，功率输入端为源(S)极，输出端为漏(D)极。可选地，Q1、Q2也可以采用其他的连接方式。

如图1所示，可选地，第一输出器件Q1和第二输出器件Q2也可以是P型场效应管。进一步地，第一输出器件Q1和第二输出器件Q2也可以是其他类型的单极型晶体管。更进一步的第一输出器件Q1和第二输出器件Q2还可以是双极型晶体管。

可选地，上电时刻可以是输入电源Vin的电压建立时刻，也可是驱动单元P1接收到使能指令的时刻，还可以是信号源(未示出)提供的输入信号的建立时刻。

可选地，在第一输出器件Q1和第二输出器件Q2均启动功率输出时，二者的接受驱动信号可以相同，也可以不同。

可选地，软启动装置1000可以还可以包括：第N输出器件QN(未示出)，其中N为大于2的整数。输出器件Q1-QN的输出端相互电连接；输出器件Q1-QN的控制端分别电连接于驱动单元P1。在上电时刻，驱动单元P1分别控制输出器件Q1-QN逐一启动功率输出。

进一步地，驱动单元P1分别控制输出器件Q1-QN可以根据输出端Vout的电压变化逐一启动功率输出，也可以根据不同预定的延时时间控制输出器件Q1-QN逐一启动功率输出。

图2为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。如图2所示，软启动装置2000包括：第一输出器件Q1、第二输出器件Q2、输出端Vout和驱动单元P1。

其中，第一输出器件Q1、第二输出器件Q2和输出端Vout与软启装置1000中的同名器件相同，不做赘述。

驱动单元P1包括：开关K1、第一控制器U1、上电复位器U2。

其中：

第一控制器U1与第一输出器件Q1的控制端连接，控制第一输出器件Q1在上电时刻启动功率输出。

开关K1为双掷开关，其固定端与第二输出器件Q2的控制端电连接；开关K1的两个触点分别与第一控制器U1和输入电源Vin电连接。当K1与输入电源Vin导通连接时，第二输出器件Q2停止功率输出；当K1与第一控制器U1导通连接时，第二输出器件Q2接受第一控制器U1的控制，启动功率输出。

上电复位器U2与软启动装置2000的输出端Vout电连接，并与开关K1的控制端电连接。上电复位器U2检测软启动装置2000的输出端Vout是否超过第一阈值Vth1；如果是，则通过开关K1，控制第二输出器件Q2启动功率输出；如果否，则通过开关K1，控制第二输出器件Q2停止功率输出。

如图2所示，在上电时刻，上电复位器U2控制K1与Vin导通，此时第二输出器件Q2无功率输出。第一控制器U1驱动第一输出器件Q1启动功率输出，软启动装置2000的输出端Vout的电压随之逐步上升。当上电复位器U2检测到输出端Vout的电压超过第一阈值Vth1时，上电复位器U2控制开关K1与第一控制器U1导通。第二输出器件Q2接受第一控制器U1驱动控制，向输出端Vout输出功率。

如图2所示，第一控制器U1可以是线性电压输出，也可以脉宽调制(PWM)输出。

如图2所示，开关K1也可以不与第一控制器U1连接，而与一个独立的控制器U6(未示出)连接。当需要控制第二输出器件Q2启动功率输出时，开关K1与控制器U6导通连接，控制器U6驱动第二输出器件Q2向输出端Vout输出功率。该独立控制器可以是线性电压输出，也可以是脉宽调制(PWM)输出。

如图2所示，可选地，开关K1还可以换成控制逻辑相反的两个分立的开关K2(未示出)和K3(未示出)。其中，开关K2的一端连接于第二输出器件Q2的控制端，另一端连接于第一控制器U1；开关K3的一端连接于第二输出器件Q2的控制端，另一端连接于输入电源Vin。当开关K2断开、开关K3闭合时，输出器件Q2停止功率输出；当开关K2闭合、开关K3断开时，输出器件Q2接受控制U1的驱动控制，启动功率输出。

进一步地，开关K1也可以是一个单刀单掷开关(未示出)，两个功率端分别连接于第一控制器U1和输出器件Q2的控制端。输出器件Q2的控制端和输入电源Vin之间跨接一个电阻(未示出)。当开关K1断开时，输出器件Q2停止功率输出；当K1导通时，输出器件Q2接受第一控制器U1的驱动控制，启动功率输出。

可选地，开关K1还可以换成其他可以控制输出器件Q2启动/停止功率输出的局部电路。

图3为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。如图3所示，软启动装置3000包括：第一输出器件Q1、第二输出器件Q2、输出端Vout和驱动单元P1。其中P1包括：第一控制器U1、延时单元U3和开关K1。其中：

第一输出器件Q1、第二输出器件Q2、输出端Vout、第一控制器U1、和开关K1与软启动装置2000中的同名器件相同，不做赘述。

延时单元U3，与开关K1的控制端电连接。并在上电时刻，延时单元U3通过开关K1，控制第二输出器件Q2停止功率输出；在上电时刻之后的预定的延时时间后，通过开关K1，控制第二输出器件Q2启动功率输出。

如图3所示，可选地，延时单元U3可以包括阻容、感容电路或者其他可以产生延迟效果的局部电路。

图4为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动装置的原理示意图。如图4所示，软启动装置4000包括：第一输出器件Q1、第二输出器件Q2、输出端Vout和驱动单元P1。其中P1包括：第一放大电路U4、第一延时电压建立电路U5和第二控制器U6。其中：

第一输出器件Q1、第二输出器件Q2、输出端Vout与软启动装置1000中的同名器件相同，不做赘述。

第二控制器U6与第二输出器件Q2的控制端电连接。在上电时刻，控制第二输出器件Q2延迟启动功率输出。

第一延时电压建立电路U5接收上电信号S1，并根据上电信号S1生成第一延时电压建立信号SSA。

第一放大电路U4的输出端电连接于第一输出器件Q1的控制端，第一放大电路U4的信号输入端与第一延时电压建立电路U5电连接，第一放大电路U4的反馈输入端与软启动装置4000的输出端Vout电连接。第一放大电路U4根据第一延时电压建立信号SSA生成第一驱动信号(未示出)，并利用第一驱动信号控制第一输出器件的输出功率缓慢升高。

第一延时电压建立电路U5根据上电信号S1，生成电压建立时间相对较长的第一延时电压建立信号SSA，替代上电信号S1对后级电路的影响。如图4A所示，当上电信号S1为阶跃信号时，第一延时电压建立信号SSA的电压建立过程可以是一种相对缓慢的，类似斜坡的过程。

如图4所示，第一延时电压建立电路U5可以包括：包括：阻容延时电压建立电路(未示出)、感容延时电压建立电路未示出或阻感延时电压建立电路(未示出)。

如图4所示，S1可以是来自信号源(未示出)的输入信号(未示出)，也可以是来自信号源的输入信号与使能信号(未示出)的运算结果。S1还可以是来自信号源的输入信号、使能信号，以及输入电源Vin电压的运算结果。

如图4所示，第一驱动信号时根据第一延时电压建立信号SSA生成的，可以直接用于驱动第一输出器件Q1的信号。第一驱动信号可以是线性电压信号，也可以是脉宽调制信号，也可以是其他直接用于控制第一输出器件Q1的信号。

如图4所示，第一驱动信号可以与第一延时电压建立信号SSA同步，也可以滞后于第一延时电压建立信号SSA。相应地，第一放大电路U4还可以包括：滞后电路，使得第一驱动信号滞后于第一延时电压建立信号SSA。

如图4所示，可选地，第二控制器U6可以包括软启动装置2000中的开关K1和上电复位器U2。或者可选地，第二控制器U6也可以包括软启动装置3000中的开关K1和和/或延时单元U3。

进一步地，第二控制器U6还可以包括与第一延时电压建立电路U5相似的电路器件，控制第二输出器件Q2在启动时，输出功率缓慢上升。

图5为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。如图5所示，方法5000应用于前述任意一种软启动电路，包括步骤S510和步骤S520。其中：

步骤S510，在上电时刻，控制第一输出器件Q1启动功率输出。

步骤S520，在上电时刻，控制第二输出器件Q2延迟启动功率输出。

在上电时刻，控制第一输出器件Q1启动功率输出，第一输出器件Q1以相对较小的功率输出能力，和相对较大的输出阻抗，向输出电容C1充电，以控制浪涌电流的幅度，减小浪涌电流对电路的损害。当输出端电压Vout上升到一定程度后，输出电容C1经过充电，其两端电压与软启动电路的输出预期的差值缩小的一定程度，再控制第二输出器件Q2启动功率输出。第二输出器件Q2的功率输出，在提高功率输出能力，降低输出阻抗的同时，不会引起较大的浪涌电流。

其中，可选地，上电时刻可以是输入电压Vin的电压建立时刻，也可是驱动单元P1接收到使能指令的时刻，还可以是来自信号源的输入信号的电压建立时刻。

可选地，方法1000还可以包括：

控制第N输出器件延迟启动功率输出，其中N为大于2的整数。可选地，第N输出器件的功率输出启动时刻滞后于第N-1输出器件的功率输出启动时刻。

图6为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。如图6所示，方法6000包括：步骤S610、步骤S620、步骤S630、步骤S640和步骤S650。其中，

步骤S610与方法5000中的步骤S510相同，在此不做赘述。

步骤S620，控制第二输出器件Q2停止功率输出。

步骤S630，采集输出端电压Vout。

步骤S640，判断输出端电压Vout是否大于第一阈值Vth1；如果是，则进入步骤S650；如果否，则进入步骤S620。

步骤S650，控制第二输出器件Q2启动功率输出。

可选地，步骤S620可以设置于步骤S610之前。

可选地，方法6000还可以包括：判断输出端电压Vout是否大于第N-1阈值，如果是，则控制第N输出器件QN启动功率输出。其中，第N-1阈值大于第N-2阈值，N为大于2的整数。

图7为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法7000的流程示意图。如图7所示，方法7000包括：步骤S710、步骤S720、步骤S740。其中，

步骤S710，第一输出器件Q1启动功率输出。

步骤S720，控制第二输出器件停止功率输出。

步骤S740，延迟预设的第一延时时间后，控制第二输出器件Q2启动功率输出。

可选地，步骤S720可以设置于步骤S710之前。

可选地，方法7000还可以包括：延迟预设的第N-1延时时间后，控制第N输出器件QN启动功率输出，其中N为大于2的整数，第N延时时间大于第N-1延时时间。

图8为本申请的一个实施例，基于多个输出器件的软启动方法的流程示意图。如图8所示，方法8000包括：步骤S810、步骤S820、步骤S830和步骤S840。其中，

步骤S810，根据上电信号S1，生成第一电压建立信号SSA。

步骤S820，根据第一电压建立信号SSA，生成第一驱动信号。

步骤S830，根据第一驱动信号，控制第一输出器件Q1的输出功率缓慢升高。

步骤S840，控制第二输出器件Q2延迟启动功率输出。

如图8所示，步骤S810中的信号SSA是一种滞后于上电信号S1的信号。比如当上电信号为阶跃信号时，SSA的信号波形图如图4A所示。

如图8所示，第一驱动信号是根据第一电压建立信号SSA生成的一种可以直接用于驱动第一输出器件的控制信号。可选地，第一驱动信号可以是线性电压信号，也可以是脉宽调制信号。

可选地，第一驱动信号可以与第一电压建立信号SSA同步，也可以滞后于第一电压建立信号SSA。

由于第一驱动信号的滞后性，受其控制的第一输出器件Q1的输出功率上升缓慢。

如图8所示，可选地，步骤S840可以与方法5000中的步骤S520相同。或者可选地，步骤S840也可以换成方法6000中的步骤S620-S650。进一步地，步骤S840也可以换成方法7000中的步骤S720-S740。

如图8所示，可选地，步骤S840还可以包括类似步骤S810-S830的过程，在第二输出器件Q2启动时，控制其输出功率缓慢上升。

如图8所示，进一步地，方法8000还可以包括：在第N输出器件启动时，控制其输出功率缓慢上升。

本申请还提供了一种基于多个输出器件的软启动电源装置，包括前述任意一种软启动装置。

可选地，该软启动电源装置还可以包括信号源，

与软启动装置中的驱动单元连接。

可选地，该电源装置可以是线性电源，也可以是是开关电源。进一步地，该电源装置还可以是低压差稳压器(LDO)。

本申请还提供了一种基于多个输出器件的软启动芯片，包括前述任意一种软启动装置。

本申请还提供了了一种基于多个输出器件的软启动电源芯片，包括前述任意一种软启动电源。

可选地，第一输出器件、第二输出器件和/或信号源设置于电源芯片的外部。

利用前述软启动装置、软启动方法、软启动电源装置、软启动芯片及软启动电源芯片。设置至少两个输出器件，并在上电时刻开始后，逐一启动前述输出器件的功率输出。

在上电时刻，仅启动第一输出器件的功率输出，由于单独的第一输出器件的输出阻抗相对较高，功率输出能力较低。所以因第一输出器件的功率输出产生的浪涌电流相对较低，较容易控制。

当第一输出器件进行一段时间的功率输出之后，输出电容经过充电，其电压逐步上升。当该电容的电压与目标输出电压的差值缩小到一定程度时，再控制第二输出器件启动功率输出。这样在增加功率输出能力，降低输出阻抗的同时，不会产生过大的浪涌电流。

利用前述软启动装置、软启动方法、软启动电源装置、软启动芯片及软启动电源芯片可以有效地兼顾***的功率输出需求，和降低启动时的浪涌电流。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种基于多个输出器件的软启动装置，包括：

第一输出器件；

第二输出器件，其输入端与所述第一输出器件的输入端电连接，其输出端与所述第一输出器件的输出端电连接；

驱动单元，与所述第一输出器件的控制端电连接，并与所述第二输出器件的控制端电连接，所述驱动单元在上电时刻，控制所述第一输出器件启动功率输出，并在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出；

第一延时电压建立电路，根据上电信号，生成第一延时电压建立信号；

第一放大器，与所述第一输出器件的控制端电连接，其一个输入端与所述第一延时电压建立电路电连接，另一个输入端与所述第一输出器件的输出端电连接，所述第一放大器根据所述第一延时电压建立信号和输出电压，生成第一驱动信号，控制第一输出器件的输出功率缓慢升高。

2.根据权利要求1所述的软启动装置，其中所述驱动单元包括：

第一开关，与所述第二输出器件的控制端电连接，所述第一开关控制所述第二输出器件启动和/或停止功率输出。

3.根据权利要求2所述的软启动装置，还包括：

输出端，与所述第一输出器件的输出端电连接，或者与所述第一输出器件的输出端经电感连接；

其中所述驱动单元还包括：

上电复位器，与所述软启动装置的输出端电连接，并与所述第一开关电连接，所述上电复位器检测所述软启动装置的输出端的电压是否超过第一阈值，如果是，则通过所述第一开关，控制所述第二输出器件启动功率输出。

4.根据权利要求2所述的软启动装置，其中所述驱动单元还包括：

延时单元，与所述第一开关电连接，并在所述上电时刻之后的预设的第一延时时间后，通过所述第一开关，控制所述第二输出器件启动功率输出。

5.根据权利要求1所述的软启动装置，其中所述第一延时电压建立电路包括：阻容延时电压建立电路、感容延时电压建立电路或阻感延时电压建立电路。

6.一种基于多个输出器件的软启动方法，应用于权利要求1-5中任一项所述的软启动装置，包括：

在上电时刻，控制所述第一输出器件启动功率输出；

在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出。

7.根据权利要求6所述的软启动方法，其中，在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出，包括：

采集所述软启动装置的输出端电压；

判断所述软启动装置的输出端电压是否大于第一阈值；

如果是，则控制所述第二输出器件启动功率输出。

8.根据权利要求6所述的软启动方法，其中，在所述上电时刻，控制所述第二输出器件延迟启动功率输出，包括：

在所述上电时刻后的预设的第一延时时间后，控制所述第二输出器件启动功率输出。

9.根据权利要求6所述的软启动方法，其中在上电时刻，控制所述第一输出器件启动功率输出，包括：

根据上电信号生成所述第一延时电压建立信号；

根据所述第一延时电压建立信号，生成第一驱动信号；

根据所述第一驱动信号，控制所述第一输出器件的输出功率缓慢升高。

10.一种基于多个输出器件的软启动电源装置，包括如权利要求1-5之一所述的软启动装置。

11.根据权利要求10所述的电源装置，还包括：

信号源，与所述软启动装置的驱动单元电连接，并向所述软启动装置提供上电信号。

12.一种基于多个输出器件的软启动芯片，包括如权利要求1-5之一所述的软启动装置。

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