JP4492651B2 - フィードバック制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、被制御系に制御信号を入力すると共にその被制御系の出力に対応したフィードバック信号を取得するフィードバック制御装置に関し、詳しくは、上記被制御系のバージョンを判断可能なフィードバック制御装置に関する。

従来より、各種フィードバック制御装置では、被制御系のバージョンに応じてフィードバック制御のパラメータを変更する必要が生じる場合があった。そこで、例えばインバータ装置を被制御系としたフィードバック制御装置において、インバータ装置からバージョン情報を通信によって外部制御装置に送信することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２７９４９号公報

ところが、このように被制御系のバージョンを通信によって判断する場合、通信用ポートを新たに設けるなど通信手段が必要となって構成が複雑化する。そこで、本発明は、それほど構成を複雑化することなく被制御系の一例としての電源装置のバージョンを判断することのできるフィードバック制御装置の提供を目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明のフィードバック制御装置は、入力された制御信号に対応する電圧または電流を出力する電源装置と、該電源装置の出力に対応したフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段と、上記電源装置に基準の制御信号を入力する基準信号入力手段と、該基準信号入力手段が上記電源装置に上記基準の制御信号を入力しているときに上記フィードバック信号生成手段が生成したフィードバック信号に基づいて、上記電源装置の回路構成に関わるバージョンを判断する判断手段と、該判断手段が判断した上記電源装置のバージョンと、上記フィードバック信号生成手段が生成したフィードバック信号とに基づいて、上記制御信号を上記電源装置に入力するフィードバック制御手段と、を備え、上記基準の制御信号は、上記電源装置が特定のバージョンである場合にはその電源装置の出力が出力されない状態に対応した制御信号であることを特徴としている。

このように構成された本発明のフィードバック制御装置では、電源装置は入力された制御信号に対応する電圧または電流を出力し、フィードバック信号生成手段は、その電源装置の出力に対応したフィードバック信号を生成する。このため、フィードバック信号生成手段に生成されたフィードバック信号に基づいてフィードバック制御手段が上記制御信号を電源装置に入力すれば、電源装置をフィードバック制御することが可能となる。

また、本発明のフィードバック制御装置では、基準信号入力手段が上記電源装置に基準の制御信号を入力し、その入力がなされているときに上記フィードバック信号生成手段が生成したフィードバック信号に基づいて、判断手段が上記電源装置の回路構成に関わるバージョンを判断する。このように、本発明のフィードバック制御装置では、フィードバック信号に基づいて電源装置のバージョンが判断されるので、通信用ポート等を新たに設けるなどの必要がなく、それほど構成を複雑化することなく上記バージョンを判断することができる。

更に、フィードバック制御手段は、上記バージョン及び上記フィードバック信号に基づいて上記制御信号を上記電源装置に入力するので、電源装置のバージョンを考慮したフィードバック制御が容易に実行できる。

また、上記基準の制御信号は、上記電源装置が特定のバージョンである場合にはその電源装置の出力が出力されない状態に対応した制御信号である。従って、電源装置が上記特定のバージョンである場合、上記基準の制御信号入力時における電源装置の出力が出力されない。このため、バージョンを判断するための動作が電源装置周辺の構成に影響を及ぼすのを抑制することができる。

また、この場合更に、上記制御信号の増減に対する上記出力の増減方向が、上記電源装置が上記特定のバージョンである場合と上記電源装置が他のバージョンである場合とで同様であってもよい。この場合、電源装置が上記他のバージョンであっても、上記制御信号の増減に対する上記出力の増減方向が上記特定のバージョンと同様であるので、上記基準の制御信号に対応する上記他のバージョンの電源装置の出力も小さくなる。このため、バージョンを判断するための動作が電源装置周辺の構成に影響を及ぼすのを一層良好に抑制することができる。

また、上記各フィードバック制御装置において、上記電源装置が、上記制御信号と上記出力との対応関係を他のバージョンの電源装置と異ならせるための第１変更手段を備えてもよい。この場合、電源装置に第１変更手段を設けることにより、基準の制御信号に対するフィードバック信号をバージョン毎に異ならせることができ、構成を一層簡略化すると共にその製造を一層容易にすることができる。

また、上記各フィードバック制御装置において、上記フィードバック信号生成手段が、上記電源装置の出力と上記フィードバック信号との対応関係を他のバージョンの電源装置と異ならせるための第２変更手段を備えてもよい。この場合、フィードバック信号生成手段に第２変更手段を設けることにより、基準の制御信号に対するフィードバック信号をバージョン毎に異ならせることができ、構成を一層簡略化すると共にその製造を一層容易にすることができる。

［第１の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１，図２は、本発明が適用されたフィードバック制御装置の一例としての電源部１，１００の構成を表す回路図である。なお、電源部１，１００は、いずれもレーザプリンタ（図示省略）の転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣを発生するためのもので、次のように、電源部１は各実施の形態に共通の旧バージョンの高圧電源回路１１を、電源部１００は第１の実施の形態における新バージョンの高圧電源回路１１１を、それぞれ備えている。

すなわち、電源部１は、制御基板２と、被制御系及び電源装置の一例としての高圧基板１０とを備え、電源部１００は、電源部１と同様の制御基板２と、被制御系及び電源装置の一例としての高圧基板１１０とを備えている。制御基板２にはＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を内蔵したＡＳＩＣ（アプリケーション・スペシフィック・インテグレーテッド・サーキット）３が設けられ、高圧基板１０には旧バージョンの高圧電源回路１１が、高圧基板１１０には新バージョンの高圧電源回路１１１が、それぞれ設けられている。

先ず、電源部１の高圧電源回路１１の構成について説明する。図１に示すように、高圧電源回路１１は、２４Ｖの直流電源からの通電により１次巻線２０Ａに蓄えられたエネルギーが逆起電力により２次巻線２０Ｂに伝わる自励式のトランス２０と、１次巻線２０Ａに通電される電流をスイッチングするトランジスタ２１と、そのトランジスタ２１のベース電流を制御する駆動電圧制御部３０とを備えている。トランジスタ２１のベースと駆動電圧制御部３０との間にはトランス２０の補助巻線２０Ｃが設けられており、２次巻線２０Ｂに発生される電圧は、駆動電圧制御部３０の出力電圧に応じて次のように制御される。

すなわち、駆動電圧制御部３０から電圧が出力されてトランジスタ２１に補助巻線２０Ｃを介してベース電流が流れると、トランジスタ２１がオンされ、２４Ｖの直流電源から１次巻線２０Ａを介してコレクタ電流が流れ、トランス２０の磁束は上昇していく。このコレクタ電流は、ベース電流の電流値をトランジスタ２１の増幅率だけ増幅した上限電流値以上にはならないので、トランジスタ２１のコレクタ電流は飽和する。すると１次巻線２０Ａから供給された磁束の上昇がなくなり、補助巻線２０Ｃの両端間の電位が減少し、トランジスタ２１のベース電流が減少し、トランジスタ２１は急激にオフする。このとき、トランス２０の逆起電力により、トランス２０に蓄えられたエネルギーが２次巻線２０Ｂに伝わり、電圧が昇圧されて、２次巻線２０Ｂに電圧が発生する。

また、２次巻線２０Ｂには、整流用のダイオード２５が直列接続され、その２次巻線２０Ｂ，ダイオード２５からなる直列回路の両端には、平滑化用のコンデンサ２６と放電用の抵抗器２７とが接続されている。そして、２次巻線２０Ｂの高圧側から、転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが通電される。また、２次巻線２０Ｂの低圧側は抵抗器２８を介して接地されており、その低圧側の電圧がフィードバック信号の一例としてのフィードバック電圧Ｖｆとして、ＡＳＩＣ３のＡ／Ｄポートに入力されている。すなわち、抵抗器２８がフィードバック信号生成手段に相当する。

一方、駆動電圧制御部３０は、ＡＳＩＣ３のＰＷＭポートからの出力を抵抗器３１，コンデンサ３２を順次経由して接地する直列回路と、その抵抗器３１，コンデンサ３２間の電圧が抵抗器３６を介してベースに印加されるトランジスタ３３とを備えている。また、トランジスタ３３のエミッタは、３．３Ｖの直流電源に接続され、コレクタは、抵抗器３４，コンデンサ３５を順次経由して接地されている。そして、抵抗器３４，コンデンサ３５間の電圧が、前述の補助巻線２０Ｃに入力される。

このため、ＡＳＩＣ３のＰＷＭポートからＰＷＭ信号が出力されると、そのＰＷＭ信号の電圧は抵抗器３１，コンデンサ３２により平滑化されてトランジスタ３３のベースに印加される。このＰＷＭ信号のデューティー比（以下、ＰＷＭＤＵＴＹという）が１００％のときは、ベース電圧が３．３Ｖとなるためトランジスタ３３はオンせず、駆動電圧制御部３０の出力も０Ｖとなり転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣも０μＡとなる。ＰＷＭＤＵＴＹが８５％程度になると上記ベース電圧が２．７Ｖ程度になり、トランジスタ３３がオンしてコレクタ電流に対応した転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが発生する。

図２に示すように、新バージョンの高圧電源回路１１１は、抵抗器２７，２８の間に第２変更手段の一例としての抵抗器１２１を介して３．３Ｖの直流電源を接続した点とトランス２０の特性が若干異なる点とにおいて高圧電源回路１１と異なり、他は同様に構成されている。なお、図２では、図１と同様に構成された部分には図１で用いた符号を使用し、構成の詳細な説明は省略する。

このため、図３に示すように、旧バージョンの高圧電源回路１１では、転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが０μＡであるときにはフィードバック電圧Ｖｆも０Ｖであるのに対して、新バージョンの高圧電源回路１１１では、抵抗器１２１，２８を介して通電される電流によりＶｆ＝０．４Ｖとなる。そこで、ＡＳＩＣ３では、自身に接続された高圧電源回路１１または１１１のバージョンを次のようにして判断し、その判断結果に基づいてフィードバック制御を実行している。

図４は、ＡＳＩＣ３が実行するバージョン判断処理を表すフローチャートである。図４に示すように、この処理では、先ず、基準信号入力手段の一例としてのＳ１１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、基準の制御信号の一例としてのＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号が出力される。すると、そのＡＳＩＣ３に接続されているのが高圧電源回路１１または１１１のいずれであっても、前述のように転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣは０μＡとなる。続く判断手段の一例としてのＳ１２では、その時点でＡ／Ｄポートに入力されているフィードバック電圧Ｖｆが０．１Ｖを超えているか否かが判断される。そして、Ｖｆ≦０．１Ｖの場合は（Ｓ１２：Ｎ）、Ｓ１３にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが旧バージョンの高圧電源回路１１であると認識され、処理はＳ１５へ移行する。Ｓ１５では、ＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号が改めて出力され、処理が一旦終了する。すると、後述のフィードバック制御により、そのＰＷＭＤＵＴＹは適宜の値に調整される。

一方、Ｖｆ＞０．１Ｖの場合は（Ｓ１２：Ｙ）、Ｓ１６にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが新バージョンの高圧電源回路１１１であると認識され、処理は前述のＳ１５へ移行する。

図５は、上記バージョン判断処理により判断されたバージョンに基づき、ＡＳＩＣ３が実行するフィードバック制御手段の一例としてのフィードバック制御処理を表すフローチャートである。図５に示すように、この処理では、先ず、Ｓ１０１にて、Ａ／Ｄポートに入力されているフィードバック電圧Ｖｆが読み込まれる。続くＳ１０２では、上記バージョン判断処理により判断されたバージョンに応じたパラメータを用いて、上記読み込まれたフィードバック電圧Ｖｆに応じたＰＷＭＤＵＴＹが算出される。続くＳ１０３では、そのＰＷＭＤＵＴＹを有するＰＷＭ信号が駆動電圧制御部３０に出力されて、処理は前述のＳ１０１へ移行する。この制御の繰り返しにより、高圧電源回路１１または１１１のバージョンを考慮したフィードバック制御が容易に実行できる。

以上のように、本実施の形態では、ＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号出力時のフィードバック電圧Ｖｆに基づいて高圧電源回路１１または１１１のバージョンを判断しているので、通信用ポート等を新たに設けるなどの必要がなく、それほど構成を複雑化することなく上記バージョンを判断することができる。しかも、高圧電源回路１１，１１１では、抵抗器１２１を介して３．３Ｖの直流電源を接続するか否かの構成によって前述のようなバージョンの判断を可能にしているので、構成を一層簡略化すると共にその製造も容易にすることができる。また、ＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号出力時には、高圧電源回路１１または１１１がいずれのバージョンであってもその出力は０μＡとなるので、その高圧電源回路１１または１１１の周辺の構成に上記バージョン判断処理の影響が及ぶのも抑制することができる。
［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態における新バージョンの高圧電源回路２１１を高圧基板２１０に備えた電源部２００の構成を表す回路図である。図６に示すように、新バージョンの高圧電源回路２１１は、駆動電圧制御部２３０の構成とトランス２０の特性とが若干異なる点において高圧電源回路１１と異なり、他は同様に構成されている。すなわち、駆動電圧制御部２３０では、入力されたＰＷＭ信号を第１変更手段の一例としての抵抗器２３６，２３７を介して接地し、その抵抗器２３６，２３７にて分圧された電圧が前述の抵抗器３１を介してトランジスタ３３のベースに印加される。なお、図６でも、図１と同様に構成された部分には図１で用いた符号を使用し、構成の詳細な説明は省略する。

このため、図７に示すように、旧バージョンの高圧電源回路１１では、ＰＷＭＤＵＴＹを８５％程度まで低下させなければトランジスタ３３がオンすることによる転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣの通電がなされないのに対して、新バージョンの高圧電源回路２１１では、ＰＷＭＤＵＴＹが９５％程度まで低下すると転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣの通電がなされる。そこで、ＡＳＩＣ３では、自身に接続された高圧電源回路１１または２１１のバージョンを次のようにして判断し、その判断結果に基づいてフィードバック制御を実行している。

図８は、本実施の形態においてＡＳＩＣ３が実行するバージョン判断処理を表すフローチャートである。図８に示すように、この処理では、先ず、基準信号入力手段の一例としてのＳ２１にて、基準の制御信号の一例としてのＰＷＭＤＵＴＹ９０％のＰＷＭ信号が出力される。すると、そのＡＳＩＣ３に接続されているのが高圧電源回路１１の場合は転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが出力されず、高圧電源回路２１１の場合は転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが出力される。

そこで、続く判断手段の一例としてのＳ２２では、その時点でＡ／Ｄポートに入力されているフィードバック電圧Ｖｆが０．１Ｖを超えているか否かが判断される。そして、Ｖｆ≦０．１Ｖの場合は（Ｓ２２：Ｎ）、Ｓ２３にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが旧バージョンの高圧電源回路１１であると認識され、処理はＳ２５へ移行する。Ｓ２５では、ＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号が改めて出力され、処理が一旦終了する。すると、前述のフィードバック制御処理により、そのＰＷＭＤＵＴＹは適宜の値に調整される。

一方、Ｖｆ＞０．１Ｖの場合は（Ｓ２２：Ｙ）、Ｓ２６にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが新バージョンの高圧電源回路２１１であると認識され、処理は前述のＳ２５へ移行する。

本実施の形態でも、ＰＷＭＤＵＴＹ９０％のＰＷＭ信号出力時のフィードバック電圧Ｖｆに基づいて高圧電源回路１１または２１１のバージョンを判断しているので、通信用ポート等を新たに設けるなどの必要がなく、それほど構成を複雑化することなく上記バージョンを判断することができる。しかも、高圧電源回路１１，２１１では、抵抗器２３６，２３７を設けるか否かの構成によって前述のようなバージョンの判断を可能にしているので、構成を一層簡略化すると共にその製造も容易にすることができる。また、ＰＷＭＤＵＴＹ９０％のＰＷＭ信号出力時には、高圧電源回路１１ならば出力が０μＡで、高圧電源回路２１１であっても出力は図７に示すように極めて小さいので、その高圧電源回路１１または２１１の周辺の構成に上記バージョン判断処理の影響が及ぶのも抑制することができる。
［第３の実施の形態］
図９は、第３の実施の形態における新バージョンの高圧電源回路３１１を高圧基板３１０に備えた電源部３００の構成を表す回路図である。図９に示すように、新バージョンの高圧電源回路３１１は、駆動電圧制御部３３０の構成とトランス２０の特性とが若干異なる点において高圧電源回路１１と異なり、他は同様に構成されている。すなわち、駆動電圧制御部３３０では、トランジスタ３３のエミッタに、３．３Ｖの直流電源がダイオード３３８を介して接続され、更に、そのエミッタが抵抗器３３９を介して接地されている。このため、トランジスタ３３には、ダイオード３３８及び抵抗器３３９を流れる電流により、ダイオード３３８の電圧降下分（約０．６Ｖ）だけ低い電圧が印加される。

すなわち、本実施の形態では、ダイオード３３８及び抵抗器３３９が第１変更手段に相当する。なお、図９でも、図１と同様に構成された部分には図１で用いた符号を使用し、構成の詳細な説明は省略する。

このため、図１０に示すように、旧バージョンの高圧電源回路１１では、ＰＷＭＤＵＴＹが８５％程度まで低下するとトランジスタ３３がオンして転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣの通電がなされるのに対して、新バージョンの高圧電源回路３１１では、ＰＷＭＤＵＴＹが７５％程度まで低下しなければ転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣの通電がなされない。そこで、ＡＳＩＣ３では、自身に接続された高圧電源回路１１または３１１のバージョンを次のようにして判断し、その判断結果に基づいてフィードバック制御を実行している。

図１１は、本実施の形態においてＡＳＩＣ３が実行するバージョン判断処理を表すフローチャートである。図１１に示すように、この処理では、先ず、基準信号入力手段の一例としてのＳ３１にて、基準の制御信号の一例としてのＰＷＭＤＵＴＹ８０％のＰＷＭ信号が出力される。すると、そのＡＳＩＣ３に接続されているのが高圧電源回路１１の場合は転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが出力され、高圧電源回路３１１の場合は転写バイアス電流ＴＲ．ＣＣが出力されない。

そこで、続く判断手段の一例としてのＳ３２では、その時点でＡ／Ｄポートに入力されているフィードバック電圧Ｖｆが０．１Ｖを超えているか否かが判断される。そして、Ｖｆ＞０．１Ｖの場合は（Ｓ３２：Ｙ）、Ｓ３３にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが旧バージョンの高圧電源回路１１であると認識され、処理はＳ３５へ移行する。Ｓ３５では、ＰＷＭＤＵＴＹ１００％のＰＷＭ信号が改めて出力され、処理が一旦終了する。すると、前述のフィードバック制御処理により、そのＰＷＭＤＵＴＹは適宜の値に調整される。

一方、Ｖｆ≦０．１Ｖの場合は（Ｓ３２：Ｎ）、Ｓ３６にて、当該ＡＳＩＣ３に接続されているのが新バージョンの高圧電源回路３１１であると認識され、処理は前述のＳ３５へ移行する。

本実施の形態でも、ＰＷＭＤＵＴＹ８０％のＰＷＭ信号出力時のフィードバック電圧Ｖｆに基づいて高圧電源回路１１または３１１のバージョンを判断しているので、通信用ポート等を新たに設けるなどの必要がなく、それほど構成を複雑化することなく上記バージョンを判断することができる。しかも、高圧電源回路１１，３１１では、ダイオード３３８及び抵抗器３３９を設けるか否かの構成によって前述のようなバージョンの判断を可能にしているので、構成を一層簡略化すると共にその製造も容易にすることができる。また、ＰＷＭＤＵＴＹ８０％のＰＷＭ信号出力時には、高圧電源回路３１１ならば出力が０μＡで、高圧電源回路１１であっても出力は図１０に示すように極めて小さいので、その高圧電源回路１１または３１１の周辺の構成に上記バージョン判断処理の影響が及ぶのも抑制することができる。
［他の実施の形態］
なお、本発明は上記各実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、上記各実施の形態では、図３，図７，図１０に示す特性は新バージョンと旧バージョンとで傾きの方向（右上がりまたは右下がり）が同様であるが、新バージョンと旧バージョンとで傾きの方向が異なってもよい。但し、上記傾きが同様である方が、バージョン判断処理時における出力を両者とも小さくすることが容易で、高圧電源回路の周辺の構成に影響が及ぶのを容易に抑制することができる。また、本発明は上記のような電源装置のフィードバック制御以外にも適用することができる。例えば、トランス２０の１次側をヒータと置き換え、２次側をサーミスタと置き換えれば、温度のフィードバック制御にも適用することができる。

各実施の形態の旧バージョンの電源部の構成を表す回路図である。 第１の実施の形態の新バージョンの電源部の構成を表す回路図である。 その実施の形態における新旧バージョンの特性の相違を表すグラフである。 その実施の形態におけるバージョン判断処理を表すフローチャートである。 各実施の形態におけるフィードバック制御処理を表すフローチャートである。 第２の実施の形態の新バージョンの電源部の構成を表す回路図である。 その実施の形態における新旧バージョンの特性の相違を表すグラフである。 その実施の形態におけるバージョン判断処理を表すフローチャートである。 第３の実施の形態の新バージョンの電源部の構成を表す回路図である。 その実施の形態における新旧バージョンの特性の相違を表すグラフである。 その実施の形態におけるバージョン判断処理を表すフローチャートである。

１，１００，２００，３００…電源部 ２…制御基板 ３…ＡＳＩＣ
１０，１１０，２１０，３１０…高圧基板
１１，１１１，２１１，３１１…高圧電源回路
２０…トランス ２１，３３…トランジスタ ２５，３３８…ダイオード
２７，２８，３１，３４，１２１，２３６，２３７，３３９…抵抗器
３０，２３０，３３０…駆動電圧制御部

Claims (4)

1. 入力された制御信号に対応する電圧または電流を出力する電源装置と、
   該電源装置の出力に対応したフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段と、
   上記電源装置に基準の制御信号を入力する基準信号入力手段と、
   該基準信号入力手段が上記電源装置に上記基準の制御信号を入力しているときに上記フィードバック信号生成手段が生成したフィードバック信号に基づいて、上記電源装置の回路構成に関わるバージョンを判断する判断手段と、
   該判断手段が判断した上記電源装置のバージョンと、上記フィードバック信号生成手段が生成したフィードバック信号とに基づいて、上記制御信号を上記電源装置に入力するフィードバック制御手段と、
   を備え、
   上記基準の制御信号は、上記電源装置が特定のバージョンである場合にはその電源装置の出力が出力されない状態に対応した制御信号であることを特徴とするフィードバック制御装置。
2. 上記制御信号の増減に対する上記出力の増減方向が、上記電源装置が上記特定のバージョンである場合と上記電源装置が他のバージョンである場合とで同様であることを特徴とする請求項１記載のフィードバック制御装置。
3. 上記電源装置が、上記制御信号と上記出力との対応関係を他のバージョンの電源装置と異ならせるための第１変更手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のフィードバック制御装置。
4. 上記フィードバック信号生成手段が、上記電源装置の出力と上記フィードバック信号との対応関係を他のバージョンの電源装置と異ならせるための第２変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィードバック制御装置。

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