DE4015397A1 - Schaltungsanordnung zum zuenden und betreiben einer hochdruckgasentladungslampe in kraftfahrzeugen - Google Patents
Schaltungsanordnung zum zuenden und betreiben einer hochdruckgasentladungslampe in kraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden
und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe in
Kraftfahrzeugen, mit einem DC/AC-Wandler, der über eine
Resonanzzündeinrichtung mit der Hochdruckgasentladungslampe
verbunden ist, mit einer Leistungsregeleinrichtung, die
eine Strommeßeinrichtung in Reihe zur
Hochdruckgasentladungslampe eine Spannungsmeßeinrichtung
parallel zur Hochdruckgasentladungslampe und einen
Multiplizierer aufweist, dessen Eingänge mit der
Spannungsmeßeinrichtung und der Strommeßeinrichtung und
dessen Ausgang mit dem DC/AC-Wandler verbunden ist, mit
einem Phasenregelkreis, der einen Phasenvergleicher
aufweist, dessen Ausgang mit einem spannungsgesteuerten
Oszillator verbunden ist, der den DC/AC-Wandler ansteuert,
wobei der erste Eingang des Phasenvergleichers mit der
Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist, und der zweite
Eingang des Phasenvergleichers mit der Verbindung zwischen
dem spannungsgesteuerten Oszillator und der
Resonanzzündeinrichtung verbunden ist.
Aus der deutschen Patentanmeldung P 38 43 029 ist eine
Einrichtung zum Zünden und Betreiben einer elektrischen
Gasentladungslampe bekannt, die einen DC/AC-Wandler
aufweist, der über eine Überlagerungszündeinrichtung mit
der Hochdruckgasentladungslampe verbunden ist. Die
Einrichtung weist eine Leistungsregeleinrichtung auf, die
aus einer Strommeßeinrichtung in Reihe zur
Hochdruckgasentladungslampe einer Spannungsmeßeinrichtung
parallel zu der Hochdruckgasentladungslampe und einem
Multiplizierer besteht. Der Multiplizierer multipliziert
das Spannungssignal von der Spannungsmeßeinrichtung mit
einem Spannungssignal von der Strommeßeinrichtung und
bildet somit einen Leistungsistwert, der über den Ausgang
des Multiplizierers den DC/AC-Wandler derart ansteuert, daß
die von dem DC/AC-Wandler erzeugte impulsförmige Spannung
in der Leistung geregelt wird. Die Einrichtung weist zudem
einen Phasenregelkreis auf, der als ein phase-locked-loop
(PLL) aufgebaut ist und einen Phasenvergleicher aufweist,
dessen Ausgang mit einem spannungsgesteuerten Oszillator
verbunden ist, der den DC/AC-Wandler ansteuert. Der erste
Eingang des Phasenvergleichers ist dabei mit der
Spannungsmeßeinrichtung verbunden, während der zweite
Eingang des Phasenvergleichers mit der Verbindung zwischen
dem spannungsgesteuerten Oszillator und der
Überlagerungszündeinrichtung verbunden ist. Die bekannte
Einrichtung ermöglicht somit zum einen eine Regelung der
Leistung der Hochdruckgasentladungslampe und zum anderen
eine Regelung der Phase und Frequenz der Betriebsspannung
von dem DC/AC-Wandler durch den Phasenregelkreis.
Aus der europäischen Patentanmeldung 02 94 604 A1 ist eine
Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe an
einer Niedervolt-Gleichspannungsquelle bekannt, die einen
DC/AC-Wandler aufweist, der über eine
Resonanzzündkreiseinrichtung mit der
Hochdruckgasentladungslampe verbunden ist. Die
Schaltungsanordnung weist zudem eine
Leistungsregeleinrichtung auf, die die Frequenz der von dem
DC/AC-Wandler erzeugten Wechselspannung in Abhängigkeit von
in dem Lampenkreis gemessenen Spannungen im Sinne einer
Leistungsregelung der Hochdruckgasentladungslampe regelt.
Der DC/AC-Wandler erfordert dabei einen zusätzlichen
Transformator zur Ansteuerung der
Halbleiterschalteinrichtungen.
Als nachteilig erweist sich bei der bekannten
Schaltungsanordnung, daß für den DC/AC-Wandler eine große
Anzahl von Leistungstransistoren erforderlich ist und zudem
ein zusätzlicher Transformator für die Ansteuerung der
Leistungstransistoren notwendig ist. Weiterhin erweist sich
als nachteilig, daß für die Frequenzbeeinflussung der von
dem DC/AC-Wandler erzeugten Wechselspannung ein
zusätzlicher Leistungstransistor erforderlich ist, wodurch
sich insgesamt eine kostenintensive Ausführungsform ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer
Hochdruckgasentladungslampe zu schaffen, die einfach und
kostengünstig ist und dabei neben einem bestmöglichen
Zünden der Hochdruckgasentladungslampe eine
Leistungsregelung der Hochdruckgasentladungslampe
ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch folgende Merkmale gelöst:
- - einer Leistungssollwertbestimmungseinrichtung, die mit dem ersten Eingang
- - eines integrierenden Komparators verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Multiplizierers angeschlossen ist,
- - einer Schalteinrichtung, die entweder den Phasenvergleicher oder den integrierenden Komparator mit dem spannungsgesteuerten Oszillator verbindet,
- - einer Statuserkennungseinrichtung, die mit der Strommeßeinrichtung verbunden ist und die die Schalteinrichtung derart ansteuert, daß bei ungezündeter Hochdruckgasentladungslampe der Oszillator mit dem Phasenvergleicher verbunden ist und bei gezündeter Hochdruckgasentladungslampe der Oszillator mit dem integrierenden Komparator verbunden ist.
Es ist von Vorteil, daß die Leistungsregeleinrichtung eine
Leistungssollwertbestimmungseinrichtung aufweist, weil
somit die Leistung der Hochdruckgasentladungslampe bei
deren Betrieb in Abhängigkeit von vorgegebenen
Leistungssollwerten geregelt werden kann, was zum einen zu
einer besonderen Konstanz der Lichtabgabe der
Hochdruckgasentladungslampe führt und zum anderen
ermöglicht, je nach dem Betriebszustand der
Hochdruckgasentladungslampe die Leistungsabgabe der
Hochdruckgasentladungslampe in Abhängigkeit von
vorgegebenen Betriebsbedingungen möglichst schnell, einfach
und kostengünstig zu regeln.
Dadurch, daß die Leistungssollwertbestimmungseinrichtung
mit dem ersten Eingang eines integrierenden Komparators
verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des
Multiplizierers angeschlossen ist, ergibt sich der Vorteil
einer besonders einfachen und kostengünstigen
Schaltungsanordnung zur Bildung eines Ansteuersignals zur
Leistungsregelung der Hochdruckgasentladungslampe.
Es ist von Vorteil, daß eine Schalteinrichtung entweder den
Phasenvergleicher oder den integrierenden Komparator mit
dem spannungsgesteuerten Oszillator verbindet und daß eine
Statuserkennungseinrichtung vorgesehen ist, die mit der
Strommeßeinrichtung verbunden ist und die die
Schalteinrichtung derart ansteuert, daß bei ungezündeter
Gasentladungslampe der Oszillator mit dem Phasenvergleicher
verbunden ist und bei gezündeter
Hochdruckgasentladungslampe der Oszillator mit dem
integrierenden Komparator verbunden ist, weil somit auf
einfache und kostengünstige Weise zum einen durch die
Phasenregelung eine bestmögliche Einstellung der
Resonanzfrequenz zur Zündung der
Hochdruckgasentladungslampe erreicht wird und zum anderen
eine Leistungsregelung der Hochdruckgasentladungslampe in
Abhängigkeit von Leistungssollwerten bei dem Betrieb der
Hochdruckgasentladungslampe ermöglicht wird und zudem
sichergestellt wird, daß zwischen der Phasenregelung und
der Leistungsregelung, das heißt, zwischen dem Zündbetrieb
und dem normalen Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe
direkt nach erfolgreicher Zündung der
Hochdruckgasentladungslampe phasenrichtig umgeschaltet
wird, wodurch ermöglicht wird, daß bei der Inbetriebnahme
der Hochdruckgasentladungslampe ein möglichst sicherer
Übergang zwischen Zündbetrieb und normalen Betrieb der
Hochdruckgasentladungslampe erreicht wird und zudem die
Möglichkeit eröffnet wird, in Abhängigkeit von vorgegebenen
Leistungssollwerten die Lichtleistung der
Hochdruckgasentladungslampe möglichst schnell und monoton
ansteigend auf einen vorgegebenen Leistungssollwert zu
regeln.
Es ist von Vorteil, daß ein Betriebskondensator in Reihe
zur Induktivität und der Hochdruckgasentladungslampe liegt
und daß der Betriebskondensator und die Induktivität eine
Vorschaltimpedanz für die Hochdruckgasentladungslampe
bilden, weil somit auf besonders einfache und
kostengünstige Weise für den Betrieb der
Hochdruckgasentladungslampe eine frequenzabhängige
Vorschaltimpedanz geschaffen wird, die es auf besonders
einfache Weise ermöglicht, die Leistung der
Hochdruckgasentladungslampe durch eine Änderung der
Frequenz von dem DC/AC-Wandler zu beeinflussen.
Es ist von Vorteil, daß in der Verbindung zwischen dem
Oszillator und dem DC/AC-Wandler ein Frequenzteiler
angeordnet ist, der angesteuert durch die
Statuserkennungseinrichtung unmittelbar nach erfolgreicher
Zündung der Hochdruckgasentladungslampe die geteilte
Frequenz von einem Zündfrequenzbereich in einen
Betriebsfrequenzbereich umschaltet, weil somit zum einen
der verwendete spannungsgesteuerte Oszillator nur einen
kleinen Stellbereich zur Variation der Frequenz aufzuweisen
braucht, wodurch dieser als ein besonders kostengünstiges
Bauteil ausgeführt ist und zum anderen sichergestellt wird,
daß unmittelbar nach erfolgreicher Zündung der
Hochdruckgasentladungslampe nämlich genau dann, wenn ein
Strom durch die Hochdruckgasentladungslampe fließt, die
geteilte Frequenz der Spannung, die den DC/AC-Wandler
ansteuert, vom Zündfrequenzbereich auf den
Betriebsfrequenzbereich phasenrichtig umgeschaltet wird.
Hierdurch wird zudem ermöglicht, daß die
Regelcharakteristik des Phasenregelkreises und des
Leistungsregelkreises optimiert wird.
Dadurch, daß die dem DC/AC-Wandler zugeführte
Steuerspannung eine Mindestfrequenz aufweist, ergibt sich
der Vorteil, daß wegen der frequenzabhängigen
Vorschaltimpedanz der maximale Anlaufstrom der
Hochdruckgasentladungslampe festgelegt wird, wodurch die
Gasentladungslampe und die Schaltungsanordnung
lebensdauerfördernd geschont werden.
Es ist von Vorteil, daß der Multiplizierer ein
Pulsbreiten-Pulshöhen-Modulator ist, wodurch auf besonders
einfache und kostengünstige Weise ein Leistungsistwert
gebildet werden kann. In diesem Zusammenhang ist es
besonders vorteihaft, daß dem Multiplizierer
gleichgerichtete, tiefpaßgefilterte Signale zugeführt
werden, so daß der Multiplizierer die von der
Strommeßeinrichtung und der Spannungsmeßeinrichtung
anstehenden Spannungen, die die gleichgerichteten
Mittelwerte der gemessenen Spannungen sind, direkt und
somit besonders einfach und kostengünstig verarbeiten kann.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ist in der einzigen Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung
näher beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung zum
Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe in
Kraftfahrzeugen, mit einem DC/AC-Wandler (W), der aus einer
hier nicht gezeigten Gleichspannungsquelle, die die
Batterie eines Kraftfahrzeugs sein kann, eine
Wechselspannung erzeugt, die über eine
Resonanzzündeinrichtung einer Hochdruckgasentladungslampe
(GEL) zum Zünden und Betreiben dieser zugeführt wird. Die
Resonanzzündeinrichtung besteht hier beispielhaft aus einem
Reihenresonanzzündkreis, der besonders kostengünstig und
einfach aus einer Induktivität (L) in Reihe zur
Hochdruckgasentladungslampe (GEL) und einem Zündkondensator
(C1) parallel zur Hochdruckgasentladungslampe (GEL)
aufgebaut ist. Die Resonanzzündeinrichtung ist hier durch
einen Betriebskondensator (C2) ergänzt, der zusammen mit
der Induktivität (L) bei dem Betrieb der
Hochdruckgasentladungslampe (GEL) eine frequenzabhängige
Vorschaltimpedanz darstellt.
In Reihe zur Hochdruckgasentladungslampe (GEL) ist eine
Strommeßeinrichtung (I) angeordnet. Parallel zu der
Hochdruckgasentladungslampe (GEL) ist eine
Spannungsmeßeinrichtung (U) angeordnet.
Für ein besonders sicheres Zünden der
Hochdruckgasentladungslampe mittels Resonanzüberhöhung
durch den Reihenresonanzzündkreis weist die
Schaltungsanordnung einen Phasenregelkreis auf, der als ein
PLL-Baustein (PLL = phase-locked-loop) aufgebaut ist, der
einen Phasenkomparator (P) und einen spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) enthält. Der spannungsgesteuerte
Oszillator (VCO) ist dabei in der Verbindung zwischen dem
Ausgang des Phasenkomparators (P) und dem Eingang des
DC/AC-Wandlers (W) angeordnet. Um dem spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) ein Steuerspannungssignal zur Verfügung
stellen zu können, ist der erste Eingang des
Phasenvergleichers (P) mit der Spannungsmeßeinrichtung (U)
verbunden und ist der zweite Eingang des Phasenvergleichers
(P) mit der Verbindung zwischen dem Oszillator (VCO) und
dem DC/AC-Wandler (W) verbunden. Der Oszillator (VCO)
steuert hier beispielhaft über einen umschaltbaren
Frequenzteiler (FT) den DC/AC-Wandler (W) an, so daß der
Oszillator (VCO) nur einen geringen Stellbereich aufzuweisen
braucht.
Der Phasenvergleicher (P) vergleicht die Phase des
Steuersignals des DC/AC-Wanchlers (W) mit der Phase der
Spannung an dem Zündkondensator (C1) und steuert den
Oszillator (VCO) derart an, daß die Induktivität (L) und
der Zündkondensator (C2) in Resonanz sind. Die
Phasendifferenz beträgt somit 90°. Im Moment der Zündung
fließt ein Strom durch die Hochdruckgasentladungslampe
(GEL), welche durch die Strommeßeinrichtung (I) erfaßt
wird, die zum einen mit einer Statuserkennungseinrichtung
(ST) verbunden ist und zum anderen mit einem Multiplizierer
verbunden ist, der hier beispielhaft als ein
Pulsbreiten-Pulshöhen-Modulator ausgebildet ist. Der
Multiplizierer (M) ist zudem mit der
Spannungsmeßeinrichtung (U) verbunden. Der Multiplizierer
(M) ist mit einem zweiten Eingang eines integrierenden
Komparators (K) verbunden, dessen erster Eingang mit einer
Leistungssollwertbestimmungseinrichtung (LS) verbunden ist.
Eine Schalteinrichtung (S) verbindet entweder den
Phasenvergleicher (P) oder den integrierenden Komparator
(K) mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO).
Wird, wie oben ausgeführt, in dem Moment der Zündung durch
die Strommeßeinrichtung (I) ein Strom erfaßt, wird durch
die Statuserkennungseinrichtung (ST) ein Signal gebildet,
durch das der Frequenzteiler (FT) auf ein höheres
Teilerverhältnis umgeschaltet wird und somit der
Frequenzbereich des Oszillators (VCO) vom
Zündfrequenzbereich auf den Betriebsfrequenzbereich
heruntergeteilt wird. Gleichzeitig steuert das von der
Statuserkennungseinrichtung gebildete Signal die
Schalteinrichtung (S) an, so daß der Phasenregelkreis
zwischen dem Phasenvergleicher (P) und dem Oszillator (VCO)
unterbrochen wird und der Leistungsregelkreis, das heißt,
die Verbindung zwischen dem Komparator (K) und dem
Oszillator (VCO) geschlossen wird. Die Leistungsregelung
erfolgt dabei, indem zum einen in einer
Leistungssollwertbestimmungseinrichtung (LS) in
Abhängigkeit von vorliegenden Betriebsparametern der
Hochdruckgasentladungslampe und der Schaltungsanordnung
Spannungssignale gebildet werden, die Leistungssollwerte
darstellen und zum anderen durch den Multiplizierer (M),
der hier als ein Pulsbreiten-Pulshöhen-Modulator
ausgebildet ist, ein Spannungssignal für den
Leistungsistwert gebildet wird und die so gebildeten
Spannungssignale durch den integrierenden Komparator (K)
verglichen und Vergleichssignale dem spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) zugeführt werden. Von der
Strommeßeinrichtung (I) und der Spannungsmeßeinrichtung (U)
werden dem Multiplizierer über eine erste und eine zweite
Anpaßeinrichtung (A1, A2) dabei Spannungen zugeführt, die
die gleichgerichteten Mittelwerte der gemessenen Spannungen
sind. Der Multiplizierer (M) bildet dabei in bekannter
Weise das Produkt der anliegenden Spannungen.
Bei dem Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe (GEL) nach
erfolgreicher Zündung bilden der Betriebskondensator (C2)
und die Impedanz (L) eine frequenzabhängige
Vorschaltimpedanz für die Hochdruckgasentladungslampe
(GEL). Der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) wird so
betrieben, daß seine Frequenz über seinen Spannungseingang
zwischen einer oberen und einer unteren Referenzfrequenz
eingestellt werden kann. Die Mindestfrequenz, die dem
DC/AC-Wandler zur Verfügung gestellt wird, wird dabei so
gewählt, daß diese über die Vorschaltimpedanz den maximalen
Anlaufstrom festlegt, wobei vorausgesetzt wird, daß die
Mindestfrequenz, die dem DC/AC-Wandler (W) zugeführt wird,
größer ist als die Resonanzfrequenz der Vorschaltimpedanz.
Die Kapazität des Betriebskondensators (C2) ist hier
beispielhaft mehr als 100mal größer als die Kapazität des
Zündkondensators, wodurch zum einen eine optimale
Vorschaltimpedanz durch die Induktivität (L) und den
Betriebskondensator (C2) gebildet wird und zum anderen ein
Resonanzzündkreis, bestehend aus der Induktivität (L) und
dem Zündkondensator (C1), gebildet wird, der ein besonders
sicheres Zünden gewährleistet.
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer
Hochdruckgasentladungslampe in Kraftfahrzeugen mit
folgenden Merkmalen:
- a) einem DC/AC-Wandler, der über
- b) eine Resonanzzündeinrichtung mit der Hochdruckgasentladungslampe verbunden ist, mit
- c) einer Leistungsregeleinrichtung, die
- 1. eine Strommeßeinrichtung in Reihe zur Hochdruckgasentladungslampe,
- 2. eine Spannungsmeßeinrichtung parallel zu der Hochdruckgasentladungslampe und
- 3. einen Multiplizierer aufweist, dessen Eingänge mit der Spannungsmeßeinrichtung und der Strommeßeinrichtung und dessen Ausgang mit dem DC/Ar-Wandler verbunden ist, mit
- d) einem Phasenregelkreis, der
- 1. einen Phasenvergleicher aufweist, dessen Ausgang mit
- 2. einem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden ist, der den DC/AC-Wandler ansteuert, wobei
- 3. der erste Eingang des Phasenvergleichers mit der Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist, und
- 4. der zweite Eingang des Phasenvergleichers mit der Verbindung zwischen dem spannungsgesteuerten Oszillator und der Resonanzzündeinrichtung verbunden ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- e) einer Leistungssollwertbestimmungseinrichtung (LS), die mit dem ersten Eingang
- f) eines integrierenden Komparators (K) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Multiplizierers (M) angeschlossen ist,
- g) einer Schalteinrichtung (S), die entweder den Phasenvergleicher (P) oder den integrierenden Komparator (K) mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) verbindet,
- h) einer Statuserkennungseinrichtung (ST), die mit der Strommeßeinrichtung (I) verbunden ist und die die Schalteinrichtung (S) derart ansteuert, daß bei ungezündeter Hochdruckgasentladungslampe (GEL) der Oszillator (VCO) mit dem Phasenvergleicher (P) verbunden ist und bei gezündeter Hochdruckgasentladungslampe (GEL) der Oszillator (VCO) mit dem integrierenden Komparator (K) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Betriebskondensator (C2) in
Reihe zur Induktivität (L) und der
Hochdruckgasentladungslampe (GEL) liegt und daß der
Betriebskondensator (C2) und die Induktivität (L) eine
Vorschaltimpedanz für die Hochdruckgasentladungslampe
(GEL) bilden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kapazität des
Betriebskondensators (C2) größer ist als die Kapazität
des Zündkondensators (C1).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kapazität des
Betriebskondensators (C2) mehr als 100mal größer ist
als die Kapazität des Zündkondensators (C1).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen
dem Oszillator (VCO) und dem DC/AC-Wandler (W) ein
Frequenzteiler (FT) angeordnet ist, der angesteuert
durch die Statuserkennungseinrichtung (SE) unmittelbar
nach erfolgreicher Zündung der
Hochdruckgasentladungslampe (GEL) die geteilte Frequenz
von einem Zündfrequenzbereich in einen
Betriebsfrequenzbereich umschaltet.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem DC/AC-Wandler (W)
zugeführte Steuerspannung eine Mindestfrequenz aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mindestfrequenz größer oder
gleich der Resonanzfrequenz der Vorschaltimpedanz ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Multiplizierer (M) ein Pulsbreiten-Pulshöhen-Modulator
ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Multiplizierer (M)
gleichgerichtete, tiefpaßgefilterte Signale zugeführt
werden.
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4015397A1 true DE4015397A1 (de) | 1991-11-21 |
Family
ID=6406329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4015397A Withdrawn DE4015397A1 (de) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Schaltungsanordnung zum zuenden und betreiben einer hochdruckgasentladungslampe in kraftfahrzeugen |
Country Status (2)
| Country | Link |
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