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原創 第十期產品組

探討一下SIC MOS管驅動和應用于LLC中ZCS的情況

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xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-15 23:43:06
如果樓主的作品對你的研發學習和知識儲備有了很大的幫助,歡迎點擊活動頁面投上你寶貴的一票吧!
背景1:近段時間都在380輸入的方案,一個整流以后就是6.700V的電壓,常規的MOS和驅動都不行了,電流20a以上,900v以及1200v的mos,實在是少之又少,而且參數比常規的6.700v mos差的不是一點,SIC mos,這個看上去就非常不錯,但是沒有使用過,借本次機會好好的探索一番。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

背景2:最近半年也沒有搞LLC了,LLC給我感覺就2個地方不好處理,一個是磁性元器件,由于氣息往往比較大,發熱嚴重,很難優化。還有個就是保護的問題,
LLC一旦掉進ZCS狀態,往往就是以炸雞為結束。而電源應用和輸出規格,五花八門,很難有一種比較健全的方案。SIC mos不是說反向恢復幾乎等于沒有,也就是結電容有點沖擊電流,所以如果應用在LLC的zcs狀態會怎么樣?

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帶著以上2個背景,覺得是必須要擼一把!
朋友送了10顆,C3M0065090J的SIC MOS,35A,900V 0.065歐,驅動電壓極限是-8V到+18V,驅動建議是-4到+15V,QG 6.7nc,驅動電容660pf,VSD壓降4.4V,反向恢復時間16ns,QRR 131nc,7L D2PQK封裝,熱阻1.1
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本帖分為2部分:
第一部分:是先設計一個驅動模塊,打算是把次級的供電和信號,隔離到初級。封裝在一個X電容盒子里面。
第二部分:在第一部分的基礎上,畫個全橋或者半橋的板子,用于功率測試,測試mos在ZCS狀態下的表現。

小編:下圖作為活動頁面展示用,樓主可以自行調換,謝謝。--




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飄飄飄
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副總工程師
  • 2018-11-16 08:02:57
 
沙發是我的了,后面的乖乖排隊吧。
gaohq
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副總工程師
  • 2018-11-16 08:34:11
 
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靖哥哥
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副總工程師
  • 2018-11-16 10:54:55
 
學習下,坐等樓主更新
wangdongchun
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  • 2018-11-16 20:49:09
 
對這塊資料沒有過多的接觸  繼續學習一下
antonine
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本網技師
  • 2018-11-16 22:51:27
 
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曾經滄海1965
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高級工程師
  • 2018-11-17 07:39:13
 
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xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-19 00:28:11
 
謝謝關注,第一部分為隔離驅動模塊,初步方案采用開環LLC加LDO得到正負電壓,采用磁隔離芯片作為信號隔離級。
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開環LLC芯片初步打算采用其NCP1393作為主控芯片,這顆芯片外圍十分簡單很適合作為一個pwm發生源,外推一個SOT23-6的雙mos。變壓器打算采用一個小磁環,具體運行頻率,體積多少,要找個合適的外殼以后,在打算,初步電源方案就是這樣的。
---
信號隔離的磁隔離ic有很多,但是隔離ic有2個比較重要的指標,一個是隔離電壓,一個就是共模瞬態抗擾度,SIC mos屬于10ns級的,開關速度很快。
朋友推薦使用ADUM4120,這個隔離耐壓5KV,共??垢蓴_為150KV/US,也就是150V/ns,比較符合。價格大概在18塊一顆,也不算是很貴,當然這里采用芯片隔離的原由是想把占空比提升到100%。比如用于BUCK或者BOOST級的大占空比是肯定的。如果只是一般的橋類拓撲,50%占空比完全是可以采用變壓器隔離方案的,成本方案會便宜許多。
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方案初步選定,下一步就是選個比較合適的封裝外殼了。
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PS:前面2天其實是實驗下用一個同步BUCK芯片作為調占空比的LLC,實踐效果很好的,在輸入9-25v都可以穩壓輸出,只是BUCK芯片的工作模式導致在啟動階段不能帶載輸出,這個和用什么BUCK芯片很有關系,以后研究OK了,在來開貼吧。這里放2張前面測試的圖片

xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-20 00:23:40
 
隔離電源部分基本已經設計完畢了,選了半天的變壓器,最終還是選了個磁環作為變壓器,采用貼片的底座作為掛線端--


星宇
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  • 2018-11-20 23:28:26
 
直接上個600KHZ的炸雞!
xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-21 00:01:34
 
頻率會測試的,到時看看能跑多少K出來。
上面個原理圖,諧振電容被短路了,哈哈哈,居然沒人發現,不是朋友看見了,估計就要一錯在錯了。
更新下初始原理圖,打算按現在的原理圖,畫pcb,看體積有多大,體積合適就可以在加點電容。
--

靖哥哥
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副總工程師
  • 2018-11-20 10:50:37
 
跟著樓主學習學習
xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-22 00:11:24
 
把元器件封裝導入pcb以后,大致估算了一下,在淘寶找了個X電容的外殼,看上去這個外殼應該差不多,把電路板塞進去,密封成模塊--

--
后面幾天到深圳去三日游,占時就不更新帖子了
xd285070
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副總工程師
  • 2018-11-27 00:00:11
 
周末畫好的板子,今天已經發出去打樣了,行不行只有做出來才知道了--
--



xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-6 23:24:46
 
前段時間比較忙,終于擠了一天出來,調試了一下,基本達到了預期效果,只是和想象的還有一點差距,主要是帶負載能力沒有達到預期,發熱相對有點嚴重了,不過能用。
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基本的樣板正反面:

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塞到11mm厚的外殼和13mm的外殼,看起來13mm的比較合適:

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上電測試一下,600K的頻率去空載驅動一個30A,1200V的sic管子:

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跑了半個小時升溫OK以后,測下溫度,最熱的就是那個負5V的線性穩壓IC:

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在測了下,在初級一直給PWM,輔助電源上電和掉電的情況:

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最后測試了一個模塊的初次級電容大小,和模塊的耐壓,均沒有問題:

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總結:
    就一般管子而言,這個驅動應該還是可以的,雖然帶載能力還是稍微弱了那么一點點。感覺板子空間利用率上還有優化的空間,或許把板子做成2層結構,在輸入加一個dc-dc穩壓,輸出級直接開環LLC,那樣子效率和帶負載能力能提高不少,這個以后有時間在研究了,現在調試的模塊,基本就調了下,初級半橋的諧振電容,圖上是用了2顆224,實際用的2顆473,頻率電阻5.6K,運行155K的頻率,變壓器那個磁環,改成了9:21,輸入端的1歐限流電阻改成了0R。其他的沒變。
   在輸入上電和掉電測試中,pwm的開始和截止,因為把驅動ic的地放在了-5v上面,所以有一小段時間驅動的高電平最低只有7V的樣子,稍微有點低。實際應用的時候,系統電源和主回路供電的不會存在這個問題,因為輔助電源建立遠比PWM來得快,掉電比pwm來得慢。如果想達到高電平欠壓為10V左右,那驅動ic的地就只能接輸出的地,但是這樣驅動模塊就不能直接驅動IC,而要外接一個驅動IC,所以這個接法和應用有十分大的關系。

xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-6 23:27:48
 
下一步:功率板的設計,測試一哈我們的主題,sic,mos管應用在ZCS條件下的情況
lizlk
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  • 2018-12-7 08:33:15
 
ADUM的次級供電VDD上,建議串聯一個幾歐的電阻,然后并電容濾波,這種隔離芯片,受電源影響非常之大,之前SL的隔離器,批量用過出過大問題。ADI的東西后面直接替換,可靠性要高于電容耦合隔離器。
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-8 00:16:02
 
哈哈哈,謝謝張工,捧場。圖片中使用的就是磁隔離驅動ic,ADUM4120,ADI的,性能杠杠的,輸出端本來就是加的線性穩壓,當然現在沒上電測試,還不知道實際應用的時候會怎么樣,等畫一版板子測試就知道了
lizlk
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  • 2018-12-10 09:09:22
 
哈哈,為你點贊!期待你又有新的思想面世。
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-10 20:42:30
 
哈哈哈,這個只有測試了才知道,眼見為實
lizlk
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  • 2018-12-7 08:33:37
 
東哥,為你點贊!
admin
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管理員
  • 2018-12-7 09:14:40
 
歡迎張版來支持新活動哈
lizlk
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  • 2018-12-7 14:25:56
 
謝謝!
nc965
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  • 2019-4-14 09:53:58
  • 倒數6
 
你這個副邊隔離驅動原邊的方案很有價值,建議進一步優化成標準模塊。
星宇
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  • 2019-4-14 15:42:57
  • 倒數5
 
就是一個開環LLC!
xd285070
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副總工程師
  • 2019-4-17 14:14:25
  • 倒數4
 
主要就是那個隔離電源,體積要小,現在是用ncp1393開環驅動半橋mos,如果是有那種固定50%占空比的同步buck芯片,外圍會變的非常簡單
閃爍
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  • 2018-12-9 08:53:54
 
坐等樓主更新
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-10 20:44:33
 
乘著調休,畫了功率板子,直接用鋁基板,驅動模塊輸出通過排線直接接到功率板上,變壓器那些直接外置,至于是跑開環閉環,到時再看吧,目測跑開環的比例較大
--

星宇
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  • 2018-12-10 21:23:14
 
準備路多高頻率?
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-10 21:50:41
 
先整個300?
星宇
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  • 2018-12-10 21:57:02
 
4427這個騙子能跑300?
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-18 01:07:45
 
實測就知道了
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-18 01:08:56
 
板子已經回來咯,用熱臺10s不到,搞好一個,果然爽
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預計這周能出個結果

星宇
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  • 2018-12-18 01:17:52
 
加油,整好了耍一盤600KHZ!
chaos2008
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副總工程師
  • 2018-12-18 08:16:02
 
請問下這種鋁基板找哪家可以做?謝謝
gaohq
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副總工程師
  • 2018-12-18 09:39:07
 
PCB廠家都可以做吧,以前搞LED燈的時候經常用到鋁基板貼燈珠的。
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-18 10:17:46
 
在那個配捷做的,他標稱是2kv耐壓,實驗用而已,如果是做產品,肯定要用耐壓4KV的,只是交期比較長
chaos2008
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副總工程師
  • 2018-12-19 07:44:44
 
好的  謝謝
gaohq
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  • 2018-12-18 16:49:22
 
熱臺是個什么? 沒用過。
joezzhang
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副總工程師
  • 2018-12-18 17:00:14
 
驅動芯片和SiC在同一塊鋁基板上,當心共模噪聲

30V/ns的邊沿,還是把驅動芯片扣起來懸空,飛線下去接驅動電阻安全點
星宇
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  • 2018-12-18 17:36:45
 
驅動芯片好像沒有跟mos在一起吧!
joezzhang
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副總工程師
  • 2018-12-18 23:10:31
 
4427?
我說的是驅動芯片,不是控制芯片
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-25 23:46:38
 
看兄弟這話語,怕是已經突破黃金級別了,真的發生了,4427那芯片直接被干死,干到pwm亂跳,以超高頻輸出,10多m,BOOM了2次以后,才算是PK掉,當然可能也不止是芯片的原因,最初是把驅動模塊飛線插到鋁基板以后在驅動mos,那個飛線可能也有原因。
--
大致如下效果,30v不到就炸了2次,那個干擾強烈到能干擾輔助電源顯示

xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-26 00:29:35
 
   最終還是把鋁基板上的驅動芯片拆掉,改用小板直接驅動,OK了,測試的時候是慢慢加大電壓,各種負載測試比如100v輸入,200v輸入,10a輸出,20a輸出等,這里那就以我們正常400v輸入電壓為例,輸出功率一直從500W加載到3000W,最終由于飛線原因,輸出引線在40a電流下,由于焊點不夠牢靠,直接熱蹦了,嚇人一跳還以為是炸管了,因為3000w輸出的時候,峰值電流已經頂住管子的額定電流,切工作在ZCS狀態,完全的硬開關,頻率也比較高。  由于篇幅的關系,這里就不一一把調試過程很完整的寫出來了,直接上大料。
--
實驗是這樣的,隨意找了pq3230,和pq2625骨架,諧振點按300K設計,FPGA直接出波260K,死區150ns的pwm,開環運行,諧振電感10uh左右,諧振電容用了2個473串聯,K值大概是7-8左右,輸出全橋整流濾波,接電子負載。
驅動就像樓上說的,直接用設計的那個驅動模塊驅動SICmos,直流輸入電壓400v。
--

--
這里說一下波形名稱,黃色半橋中點,綠色下管GS,藍色諧振電流倒相顯示,紫色諧振電容波形
這里測試了幾個功率段下的波形
忘了拍,空載波形,軟開關的,這個不用當心。
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先來個900W輸出波形

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1350W波形

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1900W波形

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2000W波形

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2100W波形

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2450W波形

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2750W波形

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3000W波形



xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-26 00:36:12
 
小結:   看到波形的時候,真的沒想到會這么好?。?!是真的很意外,SIC 固然名不虛傳,用這個做LLC,確實可以辦到限制一下峰值電流,隨意擼,不用擔心不小心進入ZCS狀態下,管子直通,雖然這個時候,管子是硬開通還帶比較大的電流,但是短時間是不會炸掉的,只要稍作處理就很放心了。眼見為實,耳聽為虛,后面有空更新下運行在高于諧振頻率下的波形,那個時候也可能是硬開關開通,但是那個硬開和上面的硬開是不一樣的,有興趣的可以繼續關注。  本帖在這里基本就結束了,測試基本OK,么問題哈!

lizlk
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  • 2018-12-28 11:37:05
 
恭喜你圓滿收官,接下來看看發個350K波下去,試試什么情況?
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-28 14:43:28
 
別說350,500肯定要上的,只是最近忙的很,設備都被占起的,等下個月閑一點再來,,,
lizlk
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  • 2018-12-28 15:54:34
 
SIC ZCS專貼走起?
星宇
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  • 2018-12-28 21:58:21
 
先整個600KHZ,1.5-2K的加熱電源玩玩!
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-28 23:47:59
 
我還在想這鋁基板怎么才能快速把元器件拆下來
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-28 23:46:25
 
這個貼就是哈,感覺用這玩意做個高頻的PFC應該效果也很好,明年看怎么擼,擼個鋁基板的模塊電源出來
lizlk
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  • 2018-12-29 14:45:57
 
可惜后還是沒有看到ZCS是什么樣子啊。
xd285070
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副總工程師
  • 2018-12-29 15:21:22
 
41樓,2450w到3000w就是zcs的波形啊,本貼的目標就是測這個波形
lizlk
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  • 2018-12-29 15:52:13
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有點失望,我還想看看ZCS下,波形冒點刺,這感覺你做了個假ZCS了次級二極管電流這個時候,也是ZCS嗎?
cool007
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副總工程師
  • 2019-1-7 08:40:33
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要不樓主跟版主先核對下對ZCS的定義是否一致?
星宇
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版主
  • 2019-1-7 09:55:54
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你這話有點傷人??!
lizlk
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不懂幽默
xd285070
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  • 2019-5-27 17:59:58
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哈哈哈,就是
joezzhang
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副總工程師
  • 2019-1-7 19:56:58
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哈哈, 我是看了松下GaN MOSFET的應用文檔.

這個共模噪聲一個處理不好就到處跑, EMI可以往后放一放, 炸雞是一定要先解決才行
sic-mos-sbd
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