CN218498877U - 无线电容充电发射器、无线电容充电接收器及充电*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线电容充电发射器、无线电容充电接收器及充电***，无线电容充电发射器用于输出电场至无线电容充电接收器，无线电容充电发射器包括：电源电路；电压转换电路，电压转换电路的输入端与电源电路连接，用于对电源电路输出的第一直流电信号进行逆变和电压增益处理，获得高频高压的第二交流电信号；发射电路，发射电路的输入端与电压转换电路的输出端连接，且与无线电容充电接收器的接收电路匹配设置，以在第二交流电信号的驱动下输出电场至无线电容充电接收器。本申请所提供的无线电容充电发射器可以提高无线充电的传输效率和自由度。

Description

无线电容充电发射器、无线电容充电接收器及充电***

技术领域

本申请涉及充电技术领域，特别是涉及一种无线电容充电发射器、无线电容充电接收器及充电***。

背景技术

电容型无线电力传输***，可作为传统磁场感应无线电力传输***的一种替代选择，其主要靠金属板之间的电场感应进行电力传输，不仅能穿越金属传能，而且具有耦合结构简单损耗低,电磁干扰范围较小等优点。但是，由于空气的介电常数和普通绝缘材料的相对介电常数非常低，因此很难在限定尺寸内获得高的耦合电容。另外，如果每对金属板间由于耦合错位引起较大的电容值变化，将严重影响电力传输***的功率输出，一般会导致输出功率急速下降而达不到负载所需要求，故急需一种可以解决上述技术问题的方案。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种无线电容充电发射器、无线电容充电接收器及充电***，可以实现提高无线充电的传输效率。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种无线电容充电发射器，其特征在于，所述无线电容充电发射器用于输出电场至无线电容充电接收器，所述无线电容充电发射器包括：

电源电路；

电压转换电路，所述电压转换电路的输入端与所述电源电路连接，用于对所述电源电路输出的第一直流电信号进行逆变和电压增益处理，获得高频高压的第二交流电信号；

发射电路，所述发射电路的输入端与所述电压转换电路的输出端连接，且与所述无线电容充电接收器的接收电路匹配设置，以在所述第二交流电信号的驱动下输出电场至所述无线电容充电接收器。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种一种无线电容充电接收器，包括：所述无线电容充电接收器用于接收无线电容充电发射器输出的电场，所述无线电容充电接收器包括：

接收电路，与所述无线电容发射器中的发射电路匹配设置，用于在所述发射电路输出的电场中感应获得第三交流电信号：

电流转换电路，所述电流转换电路的输入端与所述接收电路连接，用于对所述接收电路输出的第三交流电信号进行电流增益处理和整流滤波处理，获得第二直流电信号，其中，所述第二直流电信号的电流值大于所述第三交流电信号；

输出端口，与外部负载连接，以基于所述第二直流电信号对所述外部负载进行充电。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种充电***，包括：无线电容充电发射器和无线电容充电接收器，所述无线电容充电发射器为如上任一项所述的无线电容充电发射器，所述无线电容充电接收器为如上任一项所述的无线电容充电接收射器。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请所提供的技术方案，通过设置电压转换电路的输入端与电源电路连接，电压转换电路的输出端与发射电路连接，并设置发射电路与无线电容充电接收器中的接收电路匹配设置，并设置电压转换电路用于对电源电路输出的第一直流电信号进行逆变和电压增益处理获得高频高压的第二交流电信号，并将第二交流电信号输出至发射电路，使得发射电路在第二交流电信号的驱动下输出电场至无线电容充电接收器，在此过程中，只需要设置发射电路匹配无线电容充电接收器中的接收电路匹配设置，即采用了弱耦结构也可以实现高效率的电能传输，可以允许无线电容发射器中的发射电路和无线电容接收器中的接收电路存在错位或者完全错位，实现了接收电路可以在发射电路输出的电场中任意摆放，可以实现紧凑型产品布局，从而提高了电容型无线充电的自由度，起到了良好的技术效果。

附图说明

图1为本申请一种充电***在一实施例中的结构示意图；

图2为本申请一种充电***在另一实施例中的结构示意图；

图3为本申请一种充电***在又一实施例中的结构示意图；

图4为本申请一种充电***在再一实施例中的结构示意图；

图5为本申请一种充电***在又一实施例中的结构示意图；

图6为本申请一种充电***在又一实施例中的结构示意图；

图7为本申请一种充电***在又一实施例中的结构示意图。

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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参见图1，图1为本申请一种充电***1000在一实施例中的结构示意图，图1中的100为无线电容充电发射器100的结构示意图。

本申请所提供的无线电容充电发射器100是用于与无线电容充电接收器200配合，实现为外部负载充电。具体地，无线电容充电发射器100 用于输出电场至无线电容充电接收器200，进而通过无线电容充电接收器200将电能传输至外部负载，实现为外部负载充电。

其中，无线电容充电发射器100包括电源电路11、电压转换电路 12和发射电路13。

电源电路11的一端用于连接外部电源(图未示)，实现将外部电源接入至无线电容充电发射器100，电源电路11的另一端用于连接电压转换电路12，用于将外部电源输出的电信号输入至电压转换电路12。

进一步地，在一实施例中电源电路11可以用于接通外部直流电源。在另一实施例中，电源电路11可以匹配一个适配器，用于接通外部交流电源。在又一实施例中，电源电路11可以用于接通外部交流电源，也可以用于接通外部直流电源，具体可以根据实际需求进行设置，在此不做唯一性限定。

电压转换电路12的输入端与电源电路11连接，用于对电源电路11 输出的第一直流电信号进行逆变和电压增益处理，获得第二交流电信号。具体地，电压转换电路12先对第一直流电信号进行逆变处理获得一个交流电信号，然后对逆变处理所得的交流电信号进行电压增益处理获得第二交流电信号。其中，第一直流电信号为电源电路11自外部电源接入的电信号，第二交流电信号为经过电压转换电路12逆变处理和电压增益处理后所得的电信号，第二交流电信号的电压大于第一直流电信号。其中，电压转换电路12包括高频逆变电路121和电压增益补偿电路122，高频逆变电路121用于对电源电路11输出的第一直流电信号进行逆变处理获得第一交流电信号，电压增益补偿电路122用于对第一交流电信号进行电压增益处理获得高频高压的第二交流电信号。

发射电路13的输入端与电压转换电路12的输出端连接，且与无线电容充电接收器200的接收电路21匹配设置，以在高频高压的第二交流电信号的驱动下输出电场至无线电容充电接收器200。

进一步地，发射电路13是与无线电容充电接收器200的接收电路 21的尺寸和/或位置匹配设置。

更进一步地，当发射电路13包括间隔设置的两块金属板时，则发射电路13的尺寸是匹配无线充电接收器的接收电路21和充电***1000 的参数设置。

更进一步地，当发射电路13包括间隔设置的两块金属板时，则发射电路13中两块金属板所间隔的距离是根据金属板参数和充电*** 1000的参数需求进行设置，在此不做具体限定。另外，发射电路13中所包括的两块金属板所设置的位置是匹配无线电容充电接收器200中的接收电路21的位置设置，以可以完成电能传输设置基准。

本申请图1所提供的无线电容充电发射器100，通过设置电压转换电路12的输入端与电源电路11连接，电压转换电路12的输出端与发射电路13连接，并设置发射电路13与无线电容充电接收器200中的接收电路21匹配设置，并设置电压转换电路12用于对电源电路11输出的第一直流电信号进行逆变和电压增益处理获得高频高压的第二交流电信号，并将第二交流电信号输出至发射电路13，使得发射电路13在第二交流电信号的驱动下输出电场至无线电容充电接收器200，在此过程中，只需要设置发射电路13匹配无线电容充电接收器200中的接收电路21设置，即实现采用了弱耦合结构也可以实现高效率的电能传输，可以允许无线电容发射器中的发射电路13和无线电容接收器中的接收电路21存在错位或者完全错位，实现了接收电路21可以在发射电路13 输出的电场中任意摆放，从而提高了电容型无线充电的自由度。

进一步地，请继续参见图1，电压转换电路12包括高频逆变电路 121和电压增益补偿电路122。

高频逆变电路121的第一端与电源电路11输出端连接，用于对第一直流电信号进行逆变处理，获得第一交流电信号。进一步地，高频逆变电路121包括全桥高频逆变电路121或半桥高频逆变电路121，如全桥或半桥拓扑的GaN FET。

在一实施例中，当高频逆变电路121包括全桥高频逆变电路121时，高频逆变电路121具体包括两个并联设置的开关桥臂，每个桥臂包括串联设置的半导体开关。其中，半导体开关可以包括IGBT或氮化镓场效应晶体管。

电压增益补偿电路122与高频逆变电路121的第二端连接，电压增益补偿电路122的输出端与发射电路13连接，用于对第一交流电信号进行电压增益处理，获得第二交流电信号。其中，需要说明的是，电压增益补偿电路122处理后获得的第二交流电信号的电压大于第一直流电信号，且第二交流电信号为一高频高压电信号。

更进一步地，电压增益补偿电路122包括LC补偿电路或LCLC补偿电路，具体可以根据实际需求进行设置，在此不做具体限定。

具体地，请参见图2，图2为本申请一种充电***1000在另一实施例中的结构示意图。图2中的100为无线电容充电发射器100的结构示意图。

在一实施例中，电压增益补偿电路122为LC补偿电路。具体地，在当前实施例中，LC补偿电路进一步包括：第一电感L1和第一电容 C1，第一电感L1的一端与逆变电路的正输出端连接，第一电容C1连接第一电感L1的另一端和逆变电路的负输出端。在此对于第一电感L1和第一电容C1的参数不做限定，具体以实际需求进行设置。

具体地，请参见图3，图3为本申请一种充电***1000在又一实施例中的结构示意图。图3中的100为无线电容充电发射器100的结构示意图。在另一实施例中，电压增益补偿电路122为LCLC补偿电路。具体地，在当前实施例中，LCLC补偿电路进一步包括:第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2。其中，第一电感L1的一端与逆变电路的正输出端连接，第一电感L1的另一端连接第一电容C1和第二电感L2的一端，第一电容C1的另一端与逆变电路的负输出端连接，第二电感L2的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接逆变电路的负输出端。在此对于第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2的参数不做限定，具体以电路实际需求进行设置。

请同时参见图1至图3，并结合图4至图6，图4为本申请一种充电***1000在再一实施例中的结构示意图，图5为本申请一种充电***1000在又一实施例中的结构示意图，图6为本申请一种充电***在又一实施例中的结构示意图。图4和图5具体展示的是无线电容充电发射器100一实施例中的应用场景示意图。在一实施例中，发射电路13 包括间隔设置的第一金属板131和第二金属板132，第一金属板131和第二金属板132的尺寸和位置与无线电容接收器中的接收电路21匹配设置。如上所述，发射电路13是与无线电容充电接收器200中接收电路21的尺寸和/或位置匹配设置。在一些实施例中，当无线电容充电接收器200中的接收电路21包括间隔设置的第三金属板211和第四金属板212时，则第一金属板131、第二金属板132、第三金属板211和第四金属板212之间也可以是设置为如图6所示意的，发射电路13中的金属板和接收电路21中的金属板不具备重叠的部分。在其他实施例中，也可以是设置如图7所示意的将第三金属板211和第四金属板212在竖直方向具有面积重叠且间隔设置。在又一实施例中，发射电路13中的金属板和接收电路21中的金属板也可以设置如图5所示意的具备重叠的部分，具体可以根据实际的布局空间和金属板参数确定。

更进一步地，请结合图4，当发射电路13包括两个间隔设置的第一金属板131和第二金属板132，且无线电容充电接收器200中的接收电路21包括间隔设置的第三金属板211和第四金属板212时，第一金属板131、第二金属板132、第三金属板211和第四金属板212共同可以构成如图2至图4所示意的6个耦合电容C5、C6、C7、C8、C9、C10。具体地，发射电路13和接收电路21之间是基于实线电容C6和C9进行电能的传输，在图5所示意的实施例中，C5、C7、C8、C10是交叉耦合电容(cross-coupling capacitance)，C6和C9是耦合电容(couplingcapacitance)。

请再次参见图1，图1为本申请一种充电***1000在一实施例中的结构示意图，图1中的200为无线电容充电接收器200的结构示意图。

本申请所提供的无线电容充电接收器200用于配合无线电容充电发射器100，实现为外部负载充电。具体地，无线电容充电接收器200用于接收无线电容充电发射器100输出的电场，并将所接收的电场转换为电能输出至外部负载。

具体地，无线电容充电接收器200包括：接收电路21、电流转换电路23和输出端口。

其中，接收电路21与无线电容发射器中的发射电路13匹配设置，用于在发射电路13输出的电场中感应获得第三交流电信号：接收电路 21还与电流转换电路23连接，用于将第三交流电信号输出至电流转换电路23。其中，在此对于第三交流电信号的参数不做限定。

进一步地，接收电路21是与无线电容发射器中的发射电路13的尺寸和/或位置匹配设置。

更进一步地，接收电路21包括：间隔设置的第三金属板211和第四金属板212。第三金属板211和第四金属板212的尺寸和/或位置与无线电容发射器中的接收电路21匹配设置。且，第三金属板211和第四金属板212之间的距离是根据实际的需求进行设置，第三金属板211和第四金属板212的尺寸是根据充电***1000参数进行设置，在此不做限定。同理，第三金属板211与第一金属板131、第四金属板212与第二金属板132之间的距离是根据金属板参数和充电***1000参数确定，具体在此也不做限定。

再进一步地，当第一金属板131和第三金属板211具有重叠部分时，在此并不限定第一金属板131和第三金属重叠的具体端面和重叠部分的面积。如，可以是第一金属板131六个面中任意一个面与第三金属板211 的六个面中的任意一个重叠。同理，在此也不限定第二金属板132与第四金属板212重叠的端面，具体可以根据实际需求设置第一金属板131和第三金属板211，以及第二金属板132和第四金属板212相互重叠的端面。

例如：接收电路21中所包括的第三金属板211和第四金属板212 除了设计成水平间隔并列放置，也可以设置为沿竖直方向间隔并列放置，具体可以根据产品布局需求进行设置。

电流转换电路23的输入端与接收电路21连接，用于对接收电路21 输出的第三交流电信号进行电流增益处理和整流滤波处理，获得第二直流电信号。其中，第二直流电信号的电流值大于第三交流电信号。

具体地，在一实施例中，电流转换电路23是先对第三交流电信号进行电流增益处理，然后再对电流增益处理后的电流信号进行整流滤波处理，从而获得第二直流电信号。

输出端口与外部负载连接，以基于第二直流电信号对外部负载进行充电。输出端口用于接收第二直流电信号，并用于将第二直流电信号输出至外部负载。

本申请所提供的无线电容充电接收器200，通过设置接收电路21灵活匹配无线电容充电发射器100中的发射电路13，实现无需如同传统结构那样必须有一定的耦合/重叠面积来获得一定的耦合电容值方可实现电能的传输。本申请所提供的无线电容充电发射器100和无线电容充电接收器200，通过设置发射器中高频逆变电路121，实现只需要采用弱耦合结构，即允许发射电路13和接收电路21之间有部分严重的错位或者完全错位，也可以实现高功率的电能传输，实现了接收电路21可以在发射电路13输出的电场中任意摆放，从而提高了电容型无线充电***1000的自由度。

请参见图2，电流转换电路23包括：电流增益补偿电路231和高频整流滤波电路232。

其中，电流增益补偿电路231的第一端与接收电路21的输出端连接，用于对第三交流电信号进行电流增益处理，获得第四交流电信号。

进一步地，电流增益补偿电路231包括LC补偿电路或LCC补偿电路。

更进一步地，请参见图2，LC补偿电路包括第三电感L3和第三电容C3。其中，第三电感L3连接接收电路21的输出端和高频整流滤波电路232中的一个桥臂，第三电容C3连接接收电路21的输出端和高频整流滤波电路232中的另一个桥臂。

更进一步地，请参见图3，LCC补偿电路包括第三电感L3、第三电容C3和第四电容C4。其中，第三电感L3和第四电容C4并联设置，且分别于接收电路21的输出端连接，第三电容C3连接第三电感L3和第四电容C4的第一端与高频整流滤波电路232中的一个桥臂，第三电感 L3和第四电容C4的第二端高频整流滤波电路232中的另一个桥臂。

需要说明的是，在此并不限定上述第三电感L3、第三电容C3和第四电容C4的具体参数，具体可以根据实际需求进行设置。

高频整流滤波电路232的输入端与电流增益补偿电路231的第二端连接，高频整流滤波电路232的输出端与输出端口连接，用于对第四交流电信号进行整流滤波处理，获得第二直流电信号并输出至输出端口。

,进一步地，高频整流滤波电路232包括相互连接的的整流电路和滤波电路22，其中，整流电路包括全桥同步整流电路或半桥同步整流电路，如全桥或半桥的GaN FET同步整流。如图2和图3所示意的，由Q5、 Q6、Q7和Q8组成整流电路，滤波电路22进一步包括高频滤波电容，整流电路用于对第四交流电信号进行整流处理并将整流所得的第三直流电信号输出至滤波电路22，滤波电路22对整流电路整流所得的第三直流电信号进行滤波处理，获得第二直流电信号。更进一步地，全桥同步整流电路包括：并联设置的两个桥臂，每个桥臂包括串联设置的半导体开关，半导体开关包括IGBT或氮化镓场效应晶体管。更进一步地，半桥同步整流电路包括：并联设置的两个桥臂，每个桥臂包括串联设置的半导体开关，半导体开关包括IGBT或氮化镓场效应晶体管。

请再次参见图1至图3，本申请还提请求保护一种充电***1000。充电***1000包括无线电容充电发射器100和无线电容充电接收器 200。其中，无线电容充电发射器100为如上述任意一个实施例中所述的无线电容充电发射器100，无线电容充电接收器200为如上述任一个实施例中所述的无线电容充电接收射器。

本申请所提供的充电***1000的工作流程如下：由电源电路11经过高频逆变电路121和电压增益补偿电路122，获得高频高压的第二交流电信号，并基于第二交流电信号来驱动发射电路13中的第一金属板 131和第二金属板132，无线电容充电接收器200中的接收电路21所包括的第三金属板211和第四金属板212，可随意放置在第一金属板131 和第二金属板132产生的电场中间，并允许和第一金属板131和第二金属板132有部分或者完全错位。通过这种弱耦合，第三金属板211和第四金属板212在接收到电流后，由无线电容充电接收器200中的电流增益补偿电路231和高频整流滤波电路232对所接收到的电流进行处理，来实现最大化输出功率，从而达到对外部负载进行较高自由度的无线充电。即通过使用高频(如：6.78MHz或13.56MHz)高压驱动,即使在发射电路13和接收电路21所包括的金属板耦合非常弱的情况下(如耦合电容只有几个pF甚至1pF),通过放大接收端的电流来得到所需电能。此充电***1000的高频弱耦合设计，不仅降低了输出电能对耦合错位的敏感度，很大程度地提高了充电自由度。

其中，充电***1000中的无线电容充电接收器200中通过采用电流增益补偿电路231和高频整流滤波电路232，实现提高驱动发射电路 13的电压，进而放大接收电路21所接收到的较小的感应电流，从而增加流入外部负载的电流，进一步增强输出功率。

通过本申请所提供的充电***1000，局部高自由度，且可以实现紧凑型的产品布局，也可以根据需求实现大面积/大范围的无线充电*** 1000，同时可以实现一对多无线充电或大面积充电。

具体地，当需要利用本申请所提供的充电***1000进行一对多充电时，只需要为一个无线电容发射器匹配多个无线电容接收器，以同时实现为多个外部负载进行充电。

更进一步地，本申请所提供的充电***1000为采用较高的工作频率进行充电，具体可以是采样如：6.78MHz或13.56MHz为外部负载进行充电，不仅能够增加耦合电容的容量，从而提高输出功率和功率密度，而且也能消除金属板耦合错位所导致的传输功率下降的问题。

需要说明的是，上述各个实施例中所提供的技术方案在不矛盾的前提下，可以将不同实施例中的技术特征自由进行组合从而获得功能更为齐全的产品。另外，以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，或在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线电容充电发射器，其特征在于，所述无线电容充电发射器用于输出电场至无线电容充电接收器，所述无线电容充电发射器包括：

电源电路；

高频逆变电路，所述高频逆变电路的第一端与所述电源电路输出端连接，用于对所述电源电路输出的第一直流电信号进行逆变处理，获得第一交流电信号；

电压增益补偿电路，与所述高频逆变电路的第二端连接，用于对所述第一交流电信号进行电压增益处理，获得高频高压的第二交流电信号；

发射电路，所述发射电路的输入端与所述电压增益补偿电路的输出端连接，且与所述无线电容充电接收器的接收电路匹配设置，以在所述第二交流电信号的驱动下输出电场至所述无线电容充电接收器。

2.根据权利要求1所述的无线电容充电发射器，其特征在于，所述电压增益补偿电路包括LC补偿电路或LCLC补偿电路。

3.根据权利要求1所述的无线电容充电发射器，其特征在于，所述高频逆变电路包括：全桥高频逆变电路或半桥高频逆变电路。

4.根据权利要求1所述的无线电容充电发射器，其特征在于，所述发射电路包括间隔设置的第一金属板和第二金属板，所述第一金属板和所述第二金属板的尺寸和位置与所述无线电容接收器中的接收电路匹配设置。

5.一种无线电容充电接收器，其特征在于，包括：所述无线电容充电接收器用于接收无线电容充电发射器输出的电场，所述无线电容充电发射器为如权利要求1至4任意一项所述的发射器，所述无线电容充电接收器包括：

接收电路，与所述无线电容发射器中的发射电路匹配设置，用于在所述发射电路输出的电场中感应获得第三交流电信号：

电流转换电路，所述电流转换电路的输入端与所述接收电路连接，用于对所述接收电路输出的第三交流电信号进行电流增益处理和整流滤波处理，获得第二直流电信号，其中，所述第二直流电信号的电流值大于所述第三交流电信号；

输出端口，与外部负载连接，以基于所述第二直流电信号对所述外部负载进行充电。

6.根据权利要求5所述的无线电容充电接收器，其特征在于，所述接收电路包括：间隔设置的第三金属板和第四金属板，所述第三金属板和所述第四金属板的尺寸和/或位置与所述无线电容发射器中的接收电路匹配设置。

7.根据权利要求5所述的无线电容充电接收器，其特征在于，所述电流转换电路包括：

电流增益补偿电路，所述电流增益补偿电路的第一端与所述接收电路的输出端连接，用于对所述第三交流电信号进行电流增益处理，获得第四交流电信号；

高频整流滤波电路，所述高频整流滤波电路的输入端与所述电流增益补偿电路的第二端连接，所述高频整流滤波电路的输出端与所述输出端口连接，用于对所述第四交流电信号进行滤波处理，获得所述第二直流电信号并输出至所述输出端口。

8.根据权利要求7所述的无线电容充电接收器，其特征在于，所述电流增益补偿电路包括LC补偿电路或LCC补偿电路。

9.根据权利要求7所述的无线电容充电接收器，其特征在于，所述高频整流滤波电路包括全桥同步整流电路或半桥同步整流电路。

10.一种充电***，其特征在于，包括：无线电容充电发射器和无线电容充电接收器，所述无线电容充电发射器为如权利要求1至4任一项所述的无线电容充电发射器，所述无线电容充电接收器为如权利要求5至9任一项所述的无线电容充电接收射器。

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