JP7305415B2 - 逆流防止装置、及び、逆流防止装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、逆流防止装置、及び、逆流防止装置の制御方法に関する。

従来、入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、当該出力電圧端子から入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図６は、従来の逆流防止装置１００Ａの構成の一例を示す回路図である。この図６に示す従来の逆流防止装置１００Ａでは、昇圧回路ＢＣの入出力電位差を監視して周波数を制御しながら昇圧することで省電力化を図っている（図６）。

外付けのｎＭＯＳトランジスタＴｒを制御する場合、当該ｎＭＯＳトランジスタの闘値は、製品によって異なるため、昇圧回路ＢＣの出力電圧（すなわち、ゲート電圧）は製品毎に設定する必要がある。

また、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン側の出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいて、制御するものでは無い。

このように、従来の逆流防止装置１００Ａでは、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路ＯＳＣを制御しておらず、ｎＭＯＳトランジスタＴｒ毎の閾値に対する調整が必要になるとともに、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧を制御しておらず、消費電力を削減することができない問題がある。

特開2016-189671

そこで、本発明は、入力電圧端子の入力電圧と出力電圧端子の出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路を制御することで、ｎＭＯＳトランジスタの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子に接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して、消費電力を削減することが可能な逆流防止装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る逆流防止装置は、
入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、
ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、
前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間に接続され、オンすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、
前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止するように前記制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、
前記入力電圧端子の前記入力電圧が供給されて駆動し、前記入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、
前記発振信号に応じて昇圧動作して前記入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧として前記ｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、
前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備える
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の前記電位差は、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレインとソースとの間のドレイン・ソース電圧である
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記昇圧用電圧監視回路は、
前記昇圧回路が昇圧動作することで、前記ドレイン・ソース電圧が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の出力を停止させることにより、前記昇圧回路が昇圧動作を停止させ、
一方、前記昇圧回路が昇圧動作を停止することで、前記ｎＭＯＳトランジスタの前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号を出力させることにより、前記昇圧回路を昇圧動作させる
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記発振回路が前記発振信号の出力を停止することにより前記昇圧回路が昇圧動作を停止して、前記ゲート電圧を降下させ、
一方、前記発振回路が出力する前記発振信号により前記昇圧回路が昇圧動作して、前記ゲート電圧を上昇させる
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記昇圧用電圧監視回路は、
前記昇圧回路の昇圧速度を増加させることで、前記ドレイン・ソース電圧が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を減少させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させ、
一方、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させることで、前記ｎＭＯＳトランジスタの前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を増加させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を増加させる
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記発振回路が出力する前記発振信号の周波数を予め設定された第１周波数にすることにより前記昇圧回路の昇圧速度が減少して、前記ゲート電圧を降下させ、
一方、前記発振回路が出力する前記発振信号の周波数を前記第１周波数よりも高い予め設定された第２周波数にすることにより前記昇圧回路の昇圧速度が増加して、前記ゲート電圧を上昇させる
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値まで降下した場合には、前記ゲート電圧を降下させることで、前記ｎＭＯＳトランジスタのオン抵抗が増加して、前記ドレイン・ソース電圧を上昇させ、
一方、前記ドレイン・ソース電圧が前記上限閾値まで上昇した場合には、前記ゲート電圧を上昇させることで、前記ｎＭＯＳトランジスタのオン抵抗が減少して、前記ドレイン・ソース電圧を降下させることで、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を所定の範囲内に制御する
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記逆電圧保護用電圧監視回路は、
前記出力電圧端子の前記出力電圧が、前記入力電圧端子の前記入力電圧よりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、前記制御スイッチをオンして、前記ｎＭＯＳトランジスタを強制的にオフさせ、
一方、前記出力電圧端子の前記出力電圧が、前記入力電圧端子の前記入力電圧よりも前記逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、前記制御スイッチをオフする
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記昇圧用電圧監視回路は、
第１入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのソース電圧が入力され、第２入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン電圧が入力され、出力信号を前記発振回路に出力する第１のオペアンプであり、
前記発振回路は、前記第１のオペアンプが出力した出力信号に応じて、発振信号を出力する
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記逆電圧保護用電圧監視回路は、
第１入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのソース電圧が入力され、第２入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン電圧が入力され、出力信号を前記制御スイッチＳＷに出力する第２のオペアンプであり、
前記制御スイッチＳＷは、前記第２のオペアンプが出力した出力信号に応じて、オン又はオフに切り換えられる
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記ｎＭＯＳトランジスタは、アノードが前記ソースに接続され且つカソードが前記ドレインに接続されたボディダイオードを含む
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差が、前記上限閾値と前記下限閾値との間にある場合に、前記昇圧回路は、前記ｎＭＯＳトランジスタのゲート電圧ＶＧが前記ｎＭＯＳトランジスタの閾値電圧以上になるように制御している
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記入力電圧端子には、直流電圧を出力するバッテリが接続され、前記出力電圧端子には、負荷が接続される
ことを特徴とする。

前記逆流防止装置において、
前記出力電圧端子に接続された前記負荷が大きい場合には、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電圧が上昇することで、ゲート電圧は高くなり、
一方、前記出力電圧端子に接続された前記負荷が小さい場合には、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電圧が降下することで、前記発振回路が停止する時間が増加して、前記発振回路の消費電力が削減される
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る逆流防止装置の制御方法は、入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間に接続され、オンすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止するように前記制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧が供給されて駆動し、前記入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号に応じて昇圧動作して前記入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧として前記ｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備える逆流防止装置の制御方法であって、
前記昇圧用電圧監視回路は、
前記昇圧回路が昇圧動作することで、前記ドレイン・ソース電圧が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の出力を停止させることにより、前記昇圧回路が昇圧動作を停止させ、
一方、前記昇圧回路が昇圧動作を停止することで、前記ｎＭＯＳトランジスタの前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号を出力させることにより、前記昇圧回路を昇圧動作させる
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る逆流防止装置の制御方法は、入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間に接続され、オンすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止するように前記制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧が供給されて駆動し、前記入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号に応じて昇圧動作して前記入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧として前記ｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備える逆流防止装置の制御方法であって、
前記昇圧用電圧監視回路は、
前記昇圧回路が昇圧動作することで、前記ドレイン・ソース電圧が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の出力を停止させることにより、前記昇圧回路が昇圧動作を停止させ、
一方、前記昇圧回路が昇圧動作を停止することで、前記ｎＭＯＳトランジスタの前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号を出力させることにより、前記昇圧回路を昇圧動作させる
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る逆流防止装置は、入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、出力電圧端子から入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、ｎＭＯＳトランジスタのソースＳとゲートとの間に接続され、オンすることによりｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることによりｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、入力電圧端子の入力電圧と出力電圧端子の出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて出力電圧端子から入力電圧端子への逆流を防止するように制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、入力電圧端子の入力電圧が供給されて駆動し、入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、発振信号に応じて昇圧動作して入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧としてｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、入力電圧端子の入力電圧と出力電圧端子の出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備える。

すなわち、本発明の一態様に係る逆流防止装置によれば、入力電圧端子の入力電圧と出力電圧端子の出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路を制御することで、ｎＭＯＳトランジスタの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子に接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御して、消費電力を削減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る逆流防止装置１００の構成の一例を示す回路図である。 図２は、図１に示す逆流防止装置１００の昇圧用電圧監視回路Ｘの構成の一例を示す図である。 図３は、図１に示す逆流防止装置１００の逆電圧保護用電圧監視回路Ｙの構成の一例を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る図１に示す逆流防止装置１００の動作波形の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る図１に示す逆流防止装置１００の動作波形の他の例を示す図である。 図６は、従来の逆流防止装置１００Ａの構成の一例を示す回路図である。

以下、本発明に係る逆流防止装置について、図面とともに説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る逆流防止装置１００の構成の一例を示す回路図である。また、図２は、図１に示す逆流防止装置１００の昇圧用電圧監視回路Ｘの構成の一例を示す図である。また、図３は、図１に示す逆流防止装置１００の逆電圧保護用電圧監視回路Ｙの構成の一例を示す図である。

図１に示す逆流防止装置１００は、入力電圧端子ＴＩＮに印加された入力電圧ＶＩＮを整流して、出力電圧ＶＯＵＴを出力電圧端子ＴＯＵＴに出力し、出力電圧端子ＴＯＵＴから入力電圧端子ＴＩＮへの逆流を防止するようになっている。

この逆流防止装置１００は、例えば、図１に示すように、入力電圧端子ＴＩＮと、出力電圧端子ＴＯＵＴと、ｎＭＯＳトランジスタＴｒと、制御スイッチＳＷと、逆電圧保護用電圧監視回路Ｙと、発振回路ＯＳＣと、昇圧回路ＢＣと、昇圧用電圧監視回路Ｘと、を備える。
そして、入力電圧端子ＴＩＮは、例えば、直流電圧を出力するバッテリ（図示せず）が接続されるようになっている。

また、出力電圧端子ＴＯＵＴは、例えば、負荷（図示せず）が接続されるようになっている。

また、ｎＭＯＳトランジスタＴｒは、例えば、図１に示すように、ソースＳが入力電圧端子ＴＩＮに接続され且つドレインＤが出力電圧端子ＴＯＵＴに接続されている。

このｎＭＯＳトランジスタＴｒは、例えば、図１に示すように、アノードがソースＳに接続され且つカソードがドレインＤに接続されたボディダイオードＺを含む。

なお、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差は、例えば、図１に示すように、このｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレインとソースとの間のドレイン・ソース電圧ＶＤＳである。

また、制御スイッチＳＷは、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースＳとゲートＧとの間に接続されている。

例えば、この制御スイッチＳＷは、オンすることによりｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースとゲートとの間を導通するようになっている。

一方、この制御スイッチＳＷは、オフすることによりｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースとゲートとの間を遮断するようになっている。

また、逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて出力電圧端子ＴＯＵＴから入力電圧端子ＴＩＮへの逆流を防止するように制御スイッチＳＷを制御するようになっている。

例えば、この逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、制御スイッチＳＷをオンして、ｎＭＯＳトランジスタＴｒを強制的にオフさせるようになっている。

これにより、後述のように、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、出力電圧端子ＴＯＵＴから逆流する電流を遮断することができるようになっている。

一方、この逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、制御スイッチＳＷをオフするようになっている。

これにより、後述のように、ｎＭＯＳトランジスタＴｒが、昇圧回路ＢＣが出力する電圧により、オン／オフが制御される状態になるようになっている。

すなわち、後述のように、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、ｎＭＯＳトランジスタｔｒは、昇圧用電圧監視回路Ｘがゲート電圧ＶＧを制御することで、オン／オフが制御される状態になるようになっている。

このような逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、例えば、図３に示すように、第１入力（非反転入力端子）にｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース電圧（すなわち、入力電圧ＶＩＮ）が入力され、第２入力（反転入力端子）にｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン電圧（すなわち、入力電圧ＶＩＮ）が入力され、出力信号を制御スイッチＳＷに出力する第２のオペアンプＣＯＭＰ２である。この場合、制御スイッチＳＷは、第２のオペアンプＣＯＭＰ２が出力した出力信号ＶＹに応じて、オン又はオフに切り換えられるようになっている。

また、発振回路ＯＳＣは、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮが供給されて駆動し、入力電圧ＶＩＮに応じた振幅の発振信号ＳＡを出力するようになっている。

また、昇圧回路ＢＣは、発振信号ＳＡに応じて昇圧動作して入力電圧ＶＩＮを昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧ＶＧとしてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲートＧに出力するようになっている。

また、昇圧用電圧監視回路Ｘは、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて発振回路ＯＳＣの動作を制御するようになっている。

例えば、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣが昇圧動作することで、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが予め設定された下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡの出力を停止させることにより、昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止させるようになっている。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが発振信号ＳＡの出力を停止することにより昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止して、ゲート電圧ＶＧを降下させるようになっている。

したがって、例えば、この逆流防止装置１００において、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続された負荷が小さい場合には、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳを降下させることで、発振回路ＯＳＣが停止する時間が増加して、発振回路ＯＳＣの消費電力が削減されるようになっている。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、ゲート電圧ＶＧを降下させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が増加して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳを上昇させるようになっている。

一方、昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂよりも高い予め設定された上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡを出力させることにより、昇圧回路ＢＣを昇圧動作させるようになっている。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが出力する発振信号ＳＡにより昇圧回路ＢＣが昇圧動作して、ゲート電圧ＶＧを上昇させるようになっている。

したがって、例えば、この逆流防止装置１００において、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続された負荷が大きい場合には、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳが上昇することで、ゲート電圧ＶＧは高くなるようになっている。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、ゲート電圧ＶＧを上昇させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が減少して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが降下することで、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差を所定の範囲内に制御するようになっている。

以上のように、この逆流防止装置１００において、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差が、上限閾値Ｖｔｈａと下限閾値Ｖｔｈｂとの間にある場合に、昇圧回路ＢＣは、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧ＶＧがｎＭＯＳトランジスタＴｒの閾値電圧以上になるように制御している。

なお、昇圧用電圧監視回路Ｘは、例えば、図２に示すように、第１入力（非反転入力端子）に前記ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース電圧（すなわち、入力電圧ＶＩＮ）が入力され、第２入力（反転入力端子）にｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン電圧（すなわち、出力電圧ＶＯＵＴ）が入力され、出力信号ＶＸを発振回路ＯＳＣに出力する第１のオペアンプＣＯＭＰ１である。この場合、発振回路ＯＳＣは、例えば、第１のオペアンプＣＯＭＰ１が出力した出力信号に応じて、発振信号ＳＡを出力するようになっている。

以上のような構成を有する逆流防止装置１００によれば、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路ＯＳＣを制御することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧ＶＧを制御して、消費電力を削減することができるようになっている。

次に、以上のような構成を有する逆流防止装置１００の制御方法の例について説明する。

ここで、図４は、本発明の実施形態に係る図１に示す逆流防止装置１００の動作波形の一例を示す図である。

例えば、図４に示すように、昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣが昇圧動作することで、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが予め設定された下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡの出力を停止させることにより、昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止させる。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが発振信号ＳＡの出力を停止することにより昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止して、ゲート電圧ＶＧを降下させる。

したがって、例えば、この逆流防止装置１００において、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続された負荷が小さい場合には、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳを降下させることで、発振回路ＯＳＣが停止する時間が増加して、発振回路ＯＳＣの消費電力が削減される（図４）。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、ゲート電圧ＶＧを降下させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が増加して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳを上昇させる（図４）。

一方、昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒの前記ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂよりも高い予め設定された上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡを出力させることにより、昇圧回路ＢＣを昇圧動作させる（図４）。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが出力する発振信号ＳＡにより昇圧回路ＢＣが昇圧動作して、ゲート電圧ＶＧを上昇させる。

したがって、例えば、この逆流防止装置１００において、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続された負荷が大きい場合には、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳが上昇することで、ゲート電圧ＶＧは高くなる。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、ゲート電圧ＶＧを上昇させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が減少して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが降下することで、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差を所定の範囲内に制御する。

なお、既述のように、例えば、逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、制御スイッチＳＷをオンして、ｎＭＯＳトランジスタＴｒを強制的にオフさせる。

これにより、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、出力電圧端子ＴＯＵＴから逆流する電流を遮断することができる。

一方、逆電圧保護用電圧監視回路Ｙは、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、制御スイッチＳＷをオフする。

これにより、ｎＭＯＳトランジスタＴｒが、昇圧回路ＢＣが出力する電圧により、オン／オフが制御される状態になる。

すなわち、出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴが入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮよりも逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、ｎＭＯＳトランジスタｔｒは、昇圧用電圧監視回路Ｘがゲート電圧ＶＧを制御することで、オン／オフが制御される状態になる。

以上のように、本実施例１係る逆流防止装置１００によれば、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路ＯＳＣを制御することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧ＶＧを制御して、消費電力を削減することができる。

既述の実施例１では、逆流防止装置１００の昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣが昇圧動作することで、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが予め設定された下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡの出力を停止させることにより、昇圧回路ＢＣが昇圧動作を停止させる構成及び動作の一例について説明した。

本実施例２では、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが予め設定された下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合の他の制御動作の例について説明する。

ここで、図５は、本発明の実施形態に係る図１に示す逆流防止装置１００の動作波形の他の例を示す図である。

例えば、図５に示すように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣの昇圧速度を増加させることで、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが予め設定された下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡの周波数を減少させることにより、昇圧回路ＢＣの昇圧速度を減少させるようにしてもよい。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが出力する発振信号ＳＡの周波数を予め設定された第１周波数Ｆ１にすることにより昇圧回路ＢＣの昇圧速度が減少して、ゲート電圧ＶＧを降下させるようにしてもよい（図５）。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、実施例１と同様に、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂまで降下した場合には、ゲート電圧ＶＧを降下させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が増加して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳを上昇させる。

一方、図５に示すように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、昇圧回路ＢＣの昇圧速度を減少させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳが下限閾値Ｖｔｈｂよりも高い予め設定された上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、その後、発振回路ＯＳＣに発振信号ＳＡの周波数を増加させることにより、昇圧回路ＢＣの昇圧速度を増加させるようにしてもよい。

すなわち、この逆流防止装置１００において、発振回路ＯＳＣが出力する発振信号ＳＡの周波数を第１周波数Ｆ１よりも高い予め設定された第２周波数Ｆ２にすることにより昇圧回路ＢＣの昇圧速度が増加して、ゲート電圧ＶＧを上昇させるようにしてもよい（図５）。

このように、この昇圧用電圧監視回路Ｘは、実施例１と同様に、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳが上限閾値Ｖｔｈａまで上昇した場合には、ゲート電圧ＶＧを上昇させることで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン抵抗が減少して、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳを降下させることで、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧ＶＯＵＴとの間の電位差を所定の範囲内に制御する。

すなわち、実施例２に係る逆流防止装置１００において、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続された負荷が小さい場合には、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン・ソース電圧ＶＤＳが降下することで、発振回路ＯＳＣの発振周波数が減少して、発振回路ＯＳＣの消費電力が削減される。

なお、この実施例２におけるその他の逆流防止装置１００の構成及び動作は、実施例１と同様である。

すなわち、本実施例２に係る逆流防止装置１００によれば、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路ＯＳＣを制御することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧ＶＧを制御して、消費電力を削減することができる。

以上のように、本発明の一態様に係る逆流防止装置は、入力電圧端子ＴＩＮに印加された入力電圧ＶＩＮを整流して、出力電圧ＶＯＵＴを出力電圧端子ＴＯＵＴに出力し、出力電圧端子ＴＯＵＴから入力電圧端子ＴＩＮへの逆流を防止する逆流防止装置であって、ソースＳが入力電圧端子ＴＩＮに接続され且つドレインＤが出力電圧端子ＴＯＵＴに接続されたｎＭＯＳトランジスタＴｒと、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースＳとゲートＧとの間に接続され、オンすることによりｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることによりｎＭＯＳトランジスタＴｒのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチＳＷと、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて出力電圧端子ＴＯＵＴから入力電圧端子ＴＩＮへの逆流を防止するように制御スイッチＳＷを制御する逆電圧保護用電圧監視回路Ｙと、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮが供給されて駆動し、入力電圧ＶＩＮに応じた振幅の発振信号ＳＡを出力する発振回路ＯＳＣと、発振信号ＳＡに応じて昇圧動作して入力電圧ＶＩＮを昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧ＶＧとしてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲートＧに出力する昇圧回路ＢＣと、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて発振回路ＯＳＣの動作を制御する昇圧用電圧監視回路Ｘと、を備える。

すなわち、本発明の一態様に係る逆流防止装置によれば、入力電圧端子ＴＩＮの入力電圧ＶＩＮと出力電圧端子ＴＯＵＴの出力電圧との間の電位差（すなわち、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのソース・ドレイン電圧）を監視して発振回路ＯＳＣを制御することで、ｎＭＯＳトランジスタＴｒの閾値に対する調整をせずに、ｎＭＯＳトランジスタＴｒのオン状態を維持しつつ、出力電圧端子ＴＯＵＴに接続される負荷の大きさに基づいてｎＭＯＳトランジスタＴｒのゲート電圧ＶＧを制御して、消費電力を削減することができる。

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。

１００ 逆流防止装置
ＴＩＮ 入力電圧端子
ＴＯＵＴ 出力電圧端子
Ｔｒ ｎＭＯＳトランジスタ
ＳＷ 制御スイッチ
Ｙ 逆電圧保護用電圧監視回路
ＯＳＣ 発振回路
ＢＣ 昇圧回路
Ｘ 昇圧用電圧監視回路
ＣＯＭＰ１ 第１のオペアンプ
ＣＯＭＰ２ 第２のオペアンプ
ＶＩＮ 入力電圧
ＶＯＵＴ 出力電圧

Claims (15)

1. 入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、
   ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、
   前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間に接続され、オンすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、
   前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止するように前記制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、
   前記入力電圧端子の前記入力電圧が供給されて駆動し、前記入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、
   前記発振信号に応じて昇圧動作して前記入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧として前記ｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、
   前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備えるものであり、
   前記昇圧用電圧監視回路は、
   前記昇圧回路の昇圧速度を増加させることで、前記電位差が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を減少させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させ、
   一方、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させることで、前記電位差が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を増加させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を増加させる
   ことを特徴とする逆流防止装置。
2. 前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の前記電位差は、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレインとソースとの間のドレイン・ソース電圧である
   ことを特徴とする請求項１に記載の逆流防止装置。
3. 前記昇圧用電圧監視回路は、
   前記昇圧回路が昇圧動作することで、前記ドレイン・ソース電圧が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の出力を停止させることにより、前記昇圧回路が昇圧動作を停止させ、
   一方、前記昇圧回路が昇圧動作を停止することで、前記ｎＭＯＳトランジスタの前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号を出力させることにより、前記昇圧回路を昇圧動作させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の逆流防止装置。
4. 前記発振回路が前記発振信号の出力を停止することにより前記昇圧回路が昇圧動作を停止して、前記ゲート電圧を降下させ、
   一方、前記発振回路が出力する前記発振信号により前記昇圧回路が昇圧動作して、前記ゲート電圧を上昇させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
5. 前記発振回路が出力する前記発振信号の周波数を予め設定された第１周波数にすることにより前記昇圧回路の昇圧速度が減少して、前記ゲート電圧を降下させ、
   一方、前記発振回路が出力する前記発振信号の周波数を前記第１周波数よりも高い予め設定された第２周波数にすることにより前記昇圧回路の昇圧速度が増加して、前記ゲート電圧を上昇させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の逆流防止装置。
6. 前記ドレイン・ソース電圧が前記下限閾値まで降下した場合には、前記ゲート電圧を降下させることで、前記ｎＭＯＳトランジスタのオン抵抗が増加して、前記ドレイン・ソース電圧を上昇させ、
   一方、前記ドレイン・ソース電圧が前記上限閾値まで上昇した場合には、前記ゲート電圧を上昇させることで、前記ｎＭＯＳトランジスタのオン抵抗が減少して、前記ドレイン・ソース電圧を降下させることで、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を所定の範囲内に制御する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の逆流防止装置。
7. 前記逆電圧保護用電圧監視回路は、
   前記出力電圧端子の前記出力電圧が、前記入力電圧端子の前記入力電圧よりも予め設定された逆電圧保護用閾値電圧以上高い場合には、前記制御スイッチをオンして、前記ｎＭＯＳトランジスタを強制的にオフさせ、
   一方、前記出力電圧端子の前記出力電圧が、前記入力電圧端子の前記入力電圧よりも前記逆電圧保護用閾値電圧以上高くない場合には、前記制御スイッチをオフする
   ことを特徴とする請求項４に記載の逆流防止装置。
8. 前記昇圧用電圧監視回路は、
   第１入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのソース電圧が入力され、第２入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン電圧が入力され、出力信号を前記発振回路に出力する第１のオペアンプであり、
   前記発振回路は、前記第１のオペアンプが出力した出力信号に応じて、発振信号を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
9. 前記逆電圧保護用電圧監視回路は、
   第１入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのソース電圧が入力され、第２入力に前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン電圧が入力され、出力信号を前記制御スイッチＳＷに出力する第２のオペアンプであり、
   前記制御スイッチＳＷは、前記第２のオペアンプが出力した出力信号に応じて、オン又はオフに切り換えられる
   ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
10. 前記ｎＭＯＳトランジスタは、アノードが前記ソースに接続され且つカソードが前記ドレインに接続されたボディダイオードを含む
    ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
11. 前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差が、前記上限閾値と前記下限閾値との間にある場合に、前記昇圧回路は、前記ｎＭＯＳトランジスタのゲート電圧ＶＧが前記ｎＭＯＳトランジスタの閾値電圧以上になるように制御している
    ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
12. 前記入力電圧端子には、直流電圧を出力するバッテリが接続され、前記出力電圧端子には、負荷が接続される
    ことを特徴とする請求項３に記載の逆流防止装置。
13. 前記出力電圧端子に接続された前記負荷が大きい場合には、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電圧が上昇することで、ゲート電圧は高くなり、
    一方、前記出力電圧端子に接続された前記負荷が小さい場合には、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電圧が降下することで、前記発振回路が停止する時間が増加して、前記発振回路の消費電力が削減される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の逆流防止装置。
14. 入力電圧端子に印加された入力電圧を整流して、出力電圧を出力電圧端子に出力し、前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止する逆流防止装置であって、ソースが入力電圧端子に接続され且つドレインが出力電圧端子に接続されたｎＭＯＳトランジスタと、前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間に接続され、オンすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を導通し、一方、オフすることにより前記ｎＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間を遮断する制御スイッチと、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記出力電圧端子から前記入力電圧端子への逆流を防止するように前記制御スイッチを制御する逆電圧保護用電圧監視回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧が供給されて駆動し、前記入力電圧に応じた振幅の発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号に応じて昇圧動作して前記入力電圧を昇圧し、得られた昇圧電圧をゲート電圧として前記ｎＭＯＳトランジスタのゲートに出力する昇圧回路と、前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の電位差を監視し、この監視結果に基づいて前記発振回路の動作を制御する昇圧用電圧監視回路と、を備える逆流防止装置の制御方法であって、
    前記昇圧用電圧監視回路は、
    前記昇圧回路の昇圧速度を増加させることで、前記電位差が予め設定された下限閾値まで降下した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を減少させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させ、
    一方、前記昇圧回路の昇圧速度を減少させることで、前記電位差が前記下限閾値よりも高い予め設定された上限閾値まで上昇した場合には、その後、前記発振回路に前記発振信号の周波数を増加させることにより、前記昇圧回路の昇圧速度を増加させる
    ことを特徴とする逆流防止装置の制御方法。
15. 前記入力電圧端子の前記入力電圧と前記出力電圧端子の前記出力電圧との間の前記電位差は、前記ｎＭＯＳトランジスタのドレインとソースとの間のドレイン・ソース電圧である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の逆流防止装置の制御方法。

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