【導(dǎo)讀】以下為大家詳細(xì)介紹開關(guān)電源設(shè)計(jì)中,需要特別注意的64個(gè)細(xì)節(jié)。變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號(hào)需一致。這是很多工程師在申請(qǐng)安規(guī)認(rèn)證提交資料時(shí)會(huì)犯的一個(gè)毛病。
1. 變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號(hào)需一致。
理由:安規(guī)認(rèn)證要求
這是很多工程師在申請(qǐng)安規(guī)認(rèn)證提交資料時(shí)會(huì)犯的一個(gè)毛病。
2.X電容的泄放電阻需放兩組。
理由:UL62368、CCC認(rèn)證要求斷開一組電阻再測(cè)試X電容的殘留電壓
很多新手會(huì)犯的一個(gè)錯(cuò)誤,修正的辦法只能重新改PCB Layout,浪費(fèi)自己和采購(gòu)打樣的時(shí)間。
3.變壓器飛線的PCB孔徑需考慮到最大飛線直徑,必要是預(yù)留兩組一大一小的PCB孔。
理由:避免組裝困難或過爐空焊問題
因?yàn)榘惨?guī)申請(qǐng)認(rèn)證通常會(huì)有一個(gè)系列,比如說24W申請(qǐng)一個(gè)系列,其中包含4.2V-36V電壓段,輸出低壓4.2V大電流和高壓36V小電流的飛線線徑是不一樣的。
多根飛線直徑計(jì)算參考如下表格:
4.輸出的DC線材的PCB孔徑需考慮到最大線材直徑。
理由:避免組裝困難
因?yàn)槟愕腜CB可能會(huì)用在不同電流段上,比如5V/8A,和20V/2A,兩者使用的線材是不一樣的
參考如下表格:
5.電路調(diào)試,OCP限流電阻多個(gè)并聯(lián)的阻值要設(shè)計(jì)成一樣。
理由:阻值越大的那顆電阻承受的功率越大
6.電路設(shè)計(jì),散熱片引腳的孔做成長(zhǎng)方形橢圓形(經(jīng)驗(yàn)值:2*1mm)。
理由:避免組裝困難
橢圓形的孔方便散熱器有個(gè)移動(dòng)的空間,這對(duì)組裝和過爐是非常有利的。
7.電路調(diào)試,異常測(cè)試時(shí),輸出電壓或OVP設(shè)計(jì)要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。
理由:安規(guī)要求
這個(gè)新手比較容易忽略,所以申請(qǐng)認(rèn)證的產(chǎn)品一定要做OVP測(cè)試,抓輸出瞬間波形。
8.電路設(shè)計(jì),電解電容的防爆孔距離大于2mm,臥式彎腳留1.5mm。
理由:品質(zhì)提升
一般正規(guī)公司都有這個(gè)要求,防爆孔的問題日本比較重視,特殊情況除外。
9.電路調(diào)試,輸出有LC濾波的電路需要老化確認(rèn)紋波,如果紋波異常請(qǐng)調(diào)整環(huán)路。
理由:驗(yàn)證產(chǎn)品穩(wěn)定性
這個(gè)很重要,我之前經(jīng)常碰到這個(gè)問題,產(chǎn)線老化后測(cè)試紋波會(huì)變高,現(xiàn)象是環(huán)路震蕩。
10.電路調(diào)試,二極管并聯(lián)時(shí),應(yīng)該測(cè)試一顆二極管故障開路時(shí), 產(chǎn)生的異常(包括TO-220 里的兩顆二極管)。
理由:品質(zhì)提升
小公司一般都不會(huì)做這個(gè)動(dòng)作的,一款優(yōu)秀的產(chǎn)品是要經(jīng)得起任何考驗(yàn)的。
11.電路設(shè)計(jì),如果PCB空間充裕,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)成通殺所有安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
理由:減少PCB修改次數(shù)。
如果你某一產(chǎn)品是符合UL60335標(biāo)準(zhǔn),哪天客戶希望滿足UL1310,這時(shí)你又得改PCB Layout拿去安規(guī)報(bào)備了,如果你畫的板符合各類標(biāo)準(zhǔn),后面的工作會(huì)輕松很多。
12.電路設(shè)計(jì),關(guān)于ESD請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)成接觸±8KV/空氣±15KV標(biāo)準(zhǔn)。
理由:減少后續(xù)整改次數(shù)。
像飛利浦這樣的客戶都要求ESD非常嚴(yán)的,聽說富士康的還需要達(dá)到±20KV,哪天有這種客戶要求,你又得忙一段時(shí)間了。
13.電路設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)變壓器時(shí),VCC電壓在輕載電壓要大于IC的欠壓關(guān)斷電壓值。
判斷空載VCC電壓需大于芯片關(guān)斷電壓的5V左右,同時(shí)確認(rèn)滿載時(shí)不能大于芯片過壓保護(hù)值
14.電路設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)共用變壓器需考慮到使用最大輸出電壓時(shí)的VCC電壓,低溫時(shí)VCC有稍微NOSIE會(huì)碰觸OVP動(dòng)作。
如果你的產(chǎn)品9V-15V是共用一個(gè)變壓器,請(qǐng)確認(rèn)VCC電壓,和功率管耐壓
15.電路調(diào)試,Rcs與Ccs值不能過大,否則會(huì)造成VDS超過最大耐壓炸機(jī)。
LEB前沿消隱時(shí)間設(shè)短了,比尖峰脈沖的時(shí)間還短,那就沒有效果了還是會(huì)誤判;如果設(shè)長(zhǎng)了,真正的過流來了起不到保護(hù)的作用。
Rcs與Ccs的RC值不可超過1NS的Delay,否則輸出短路時(shí),Vds會(huì)比滿載時(shí)還高,超過MOSFET最大耐壓就可能造成炸機(jī)。
經(jīng)驗(yàn)值1nS的Delay約等于1K對(duì)100PF,也等于100R對(duì)102PF
16.畫小板時(shí),在小板引腳的90度拐角處增加一個(gè)圓形鉆孔。
理由:方便組裝
如圖:
實(shí)物如圖:
實(shí)際組裝如圖:
這樣做可以使小板與PCB大板之間緊密貼合,不會(huì)有浮高現(xiàn)象
17.電路設(shè)計(jì),肖特基的散熱片可以接到輸出正極線路,這樣鐵封的肖特基就不用絕緣墊和絕緣粒
18.電路調(diào)試,15W以上功率的RCD吸收不要用1N4007,因?yàn)?N4007速度慢300uS,壓降也大1.3V,老化過程中溫度很高,容易失效造成炸機(jī)
19.電路調(diào)試,輸出濾波電容的耐壓致少需符合1.2倍余量,避勉量產(chǎn)有損壞現(xiàn)象。
之前是犯了這個(gè)很低級(jí)的錯(cuò)誤,14.5V輸出用16V耐壓電容,量產(chǎn)有1%的電容失效不良。
20.電路設(shè)計(jì),大電容或其它電容做成臥式時(shí),底部如有跳線需放在負(fù)極電位,這樣跳線可以不用穿套管。
這個(gè)可以節(jié)省成本。
21.整流橋堆、二極管或肖特基,晶元大小元件承認(rèn)書或在BOM表要有描述,如67mil。
理由:管控供應(yīng)商送貨一至性,避免供應(yīng)商偷工減料,影響產(chǎn)品效率
另人煩腦的就是供應(yīng)商做手腳,導(dǎo)致一整批試產(chǎn)的產(chǎn)品過不了六級(jí)能效,原因就是肖特基內(nèi)部晶元用小導(dǎo)致。
22.電路設(shè)計(jì),Snubber 電容,因?yàn)橛挟愐魡栴},優(yōu)先使用Mylar電容 。
處理異音的方法之一
23.浸漆的TDK RF電感與未浸漆的鼓狀差模電感,浸漆磁芯產(chǎn)生的噪音要小12dB
處理異音的方法之二
24.變壓器生產(chǎn)時(shí)真空浸漆,可以使其工作在較低的磁通密度,使用環(huán)氧樹脂黑膠填充三個(gè)中柱上的縫隙
處理異音的方法之三
25.電路設(shè)計(jì),啟動(dòng)電阻如果使用在整流前時(shí),要加串一顆幾百K的電阻。
理由:電阻短路時(shí),不會(huì)造成IC和MOSFET損壞。
26.電路設(shè)計(jì),高壓大電容并一顆103P瓷片電容位置。
理由:對(duì)幅射30-60MHz都有一定的作用。
空間允許的話PCB Layout留一個(gè)位置吧,方便EMI整改
27.在進(jìn)行EMS項(xiàng)目測(cè)試時(shí),需測(cè)試出產(chǎn)品的最大程序,直到產(chǎn)品損壞為止。
例如ESD 雷擊等,一定要打到產(chǎn)品損壞為止,并做好相關(guān)記錄,看產(chǎn)品余量有多少,做到心中有數(shù)
28.電路設(shè)計(jì),異常測(cè)試時(shí),短路開路某個(gè)元件如果還有輸出電壓則要進(jìn)行LPS測(cè)試,過流點(diǎn)不能超過8A。
超過8A是不能申請(qǐng)LPS的
29.安規(guī)開殼樣機(jī),所有可選插件元件要裝上供拍照用,L、N線和DC線與PCB要點(diǎn)白膠固定。
這個(gè)是經(jīng)常犯的一個(gè)毛病,經(jīng)常一股勁的把樣品送到第三方機(jī)構(gòu),后面來來回回改來改去的
30.電路調(diào)試,冷機(jī)時(shí)PSR需1.15倍電流能開機(jī),SSR需1.3倍電流能開機(jī),避免老化后啟動(dòng)不良
PSR現(xiàn)在很多芯片都可以實(shí)現(xiàn)“零恢復(fù)”OCP電流,比如ME8327N,具有“零恢復(fù)”OCP電流功能
31.電路設(shè)計(jì),請(qǐng)注意使用的Y電容總?cè)萘?不能超過222P, 因?yàn)橛新╇娏鞯挠绊?/div>
針對(duì)不同安規(guī),漏電流要求也不一樣,在設(shè)計(jì)時(shí)需特別留意
32.反激拓補(bǔ)結(jié)構(gòu),變壓器B值需小于3500高斯,如果變壓器飽和一切動(dòng)作將會(huì)失控,如下,上圖為正常,下圖為飽和。
變壓器的磁飽和一定要確認(rèn),重重之重,這是首條安全性能保障,包括過流點(diǎn)的磁飽和、開機(jī)瞬間的磁飽和、輸出短路的磁飽和、高溫下的磁飽和、高低壓的磁飽和。
33.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),散熱片使用螺絲固定參考以下表格設(shè)計(jì),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)增加0.5-1mm余量,參考如下表格:
BOM表上寫的螺絲規(guī)格一定要對(duì),不然量產(chǎn)時(shí)會(huì)讓你難受
34.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),AC PIN焊線材的需使用勾焊,如果不是則要點(diǎn)白膠固定。
理由:安規(guī)要求
經(jīng)常被第三方機(jī)構(gòu)退回樣品,整改
35.傳導(dǎo)整改,分段處理經(jīng)驗(yàn),如下圖,這只是處理的一種方法,有些情況并不是能直接套用
36.輻射整改,分段處理經(jīng)驗(yàn),如下圖,適合一些新手工程師,提供一個(gè)參考的方向,有些情況并不是能直接套用,最主要的還是要搞清楚EMI產(chǎn)生的機(jī)理。
37.關(guān)于PCB碰到的問題,如圖,為什么99SE畫板覆銅填充的時(shí)候填不滿這個(gè)位置?像是有死銅一樣
D1這個(gè)元件有個(gè)文字描述的屬性放在了頂層銅箔,如圖
把它放到頂層絲印后,完美解決。
38.變壓器銅箔屏蔽主要針對(duì)傳導(dǎo),線屏蔽主要針對(duì)輻射,當(dāng)傳導(dǎo)非常好的時(shí)候,有可能你的輻射會(huì)差,這個(gè)時(shí)候把變壓器的銅箔屏蔽改成線屏蔽,盡量壓低30M下降的位置,這樣整改輻射會(huì)快很多。
EMI整改技巧之一
39.測(cè)試輻射的時(shí)候,多帶點(diǎn)不同品牌的MOS、肖特基。有的時(shí)候只差2、3dB的時(shí)候換一個(gè)不同品牌會(huì)有驚喜。
EMI整改技巧之二
40.VCC上的整流二極管,這個(gè)對(duì)輻射影響也是很大的。
一個(gè)慘痛案例,一款過了EMI的產(chǎn)品,余量都有4dB以上,量產(chǎn)很多次了,其中有一次量產(chǎn)抽檢EMI發(fā)現(xiàn)輻射超1dB左右,不良率有50%,經(jīng)過層層排查、一個(gè)個(gè)元件對(duì)換。最終發(fā)現(xiàn)是VCC上的整流二極管引發(fā)的問題,更換之前的管子(留低樣品),余量有4dB。對(duì)不良管子分析,發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)部供應(yīng)商做了鏡像處理。
41.一個(gè)冷知識(shí),如何測(cè)量PCB的銅箔厚度?
方法:在PCB板上找一條光滑且長(zhǎng)的線條,測(cè)量其長(zhǎng)度L,再測(cè)寬度W,再用DC源加1A電流在其兩端測(cè)得壓降U
依據(jù)電阻率公式得出以下公式:
例:取一段PCB銅箔,長(zhǎng)度L為40mm,寬度為10mm,其通過1A電流兩端壓降為0.005V,求該段銅箔厚度為多少um?
42.一款36W適配器的EMI整改案例,輸出12V/3A,多圖對(duì)比,整改花費(fèi)時(shí)間3周。
變壓器繞法一:Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2
PCB關(guān)鍵布局:Y電容地→大電容地,變壓器地→Vcc電容→大電容地
注:變壓器所有出線沒有交叉
圖一(115Vac)
圖一所示可以看到,130-200M處情況并不樂觀;
130-200M主要原因在于PCB布局問題和二次側(cè)的肖特基回路,改其它地方作用不大,肖特基套磁珠可以完全壓下來,圖忘記保存了。
為了節(jié)約成本,公司并不讓我這樣做,因?yàn)樘状胖橛绊懥顺杀荆?dāng)即NG掉此PCB布局,采用圖一a方式PCB關(guān)鍵布局走線。
變壓器繞法不變:Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2
PCB關(guān)鍵布局:Y電容地→變壓器地→大電容地
注:變壓器內(nèi)部的初級(jí)出線及次級(jí)出線有交叉
圖一a (115Vac)
圖一a可以看出,改變PCB布局后130M-200M已經(jīng)完全被衰減,但是30-130M沒有圖一效果好,可能變壓器出線無交叉好一些。仔細(xì)觀察,此IC具有抖頻功能,傳導(dǎo)部分頻段削掉了一些尖峰;
圖一b(230Vac)
圖一b可以看到,輸入電壓在230Vac測(cè)試時(shí),65M和83M位置有點(diǎn)頂線(紅色線)
圖一b-1(230Vac)
原邊吸收電容由471P加大到102P,65M位置壓下來一點(diǎn),后面還是有點(diǎn)高,如圖一b-1所示;
圖一b-2(230Vac)
變壓器屏蔽改成線屏蔽(0.2*1*30Ts),后面完全衰減,如圖一b-2;
圖一b-3(115Vac)
115Vac輸入測(cè)試,后面150M又超了,發(fā)克!高壓好了低壓又不行,惱火??!看來這招不行;
圖一b-4(115Vac)
變壓器屏蔽還是換成銅箔屏蔽(圈數(shù)由0.9Ts改成1.3Ts),效果不錯(cuò),如圖一b-4所示。
圖一b-5(230Vac)
115Vac輸入測(cè)試,測(cè)試通過。
結(jié)論:
一:變壓器出線需做到不交叉;
二:Y電容回路走線越短越好先經(jīng)過變壓器地再回到大電容地,不與其它信號(hào)線交叉;
43.一款48W(36V/1.33A)整改EMI案例,僅僅是調(diào)整了肖特基吸收就把30-40M壓下來。
115Vac低壓30M紅色頂線
230Vac高壓30M紅色也頂線
調(diào)整肖特基吸收后:
115Vac低壓,走勢(shì)圖非常漂亮
230Vac高壓,走勢(shì)圖非常漂亮
44.安規(guī)距離一覽表。
45.剛?cè)腴T使用CAD、PADS上容易遇到的問題。
a..PADS畫好的PCB導(dǎo)出為DXF文件,CAD打開后是由雙線組成的空心線段,如圖:
剛開始不會(huì)時(shí),是用L命令一根一根的描,狂汗 。。
使用多次后,解決方法是使用X命令就可以變成單根線
b..CAD圖檔線框轉(zhuǎn)PADS做PCB外框圖方法:
step1.在CAD里面刪掉沒有的線,只剩下板框,其它線也可以不刪。
step2.在鍵盤上敲PE,回車,鼠標(biāo)點(diǎn)中其中一邊,再敲Y,回車,再敲J,回車,拖動(dòng)鼠標(biāo)把整個(gè)板框選中,回車,按Esc鍵退出此模式。
step3.比例調(diào)整,SC 按空格,選取整個(gè)板框,按空格,任意地方單擊鼠標(biāo)一下, 比例: 39.37 ,按空格。
46.在畫PCB定義變壓器腳位時(shí),要考慮到變壓器的進(jìn)線和出線是否會(huì)交叉,因?yàn)楦骼@組之間的繞線在邊界處存在有45-90度的交叉,需在交叉出線處加一個(gè)套管到pin腳。
47.PCB的熱點(diǎn)區(qū)域一定要遠(yuǎn)離輸入、輸出端子,防止噪聲源串到線上導(dǎo)致EMI變差,在不得已而為之時(shí),可增加地線或其它屏蔽方式進(jìn)行隔離,如下圖增加了一條地線進(jìn)行有效隔離。
需注意這條地線的安全距離。
48.驅(qū)動(dòng)電阻盡量靠近MOS、電流采樣的電阻盡量靠近芯片,避免產(chǎn)生其它看不到的后果。
PCB布局鐵律
49.分享一個(gè)輻射整改案例,一個(gè)長(zhǎng)條形散熱片有2個(gè)腳,2只腳都接地,輻射硬是整不過,后來把其中一只腳懸空,輻射頻段變好。后面分析原因是2只腳接地會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)回路。
這個(gè)整改花了很多錢
50.配有風(fēng)扇的電源,PCB布局要考慮風(fēng)路。
一定要讓風(fēng)跑出去
51.棒型電感兩條腿之間,切記,切記,切記,禁止走弱信號(hào)走線,否則發(fā)生的意外你都找不到原因。
切記,以前在這上面吃了大虧
52.變壓器磁芯形狀選用小結(jié)
a..EE,EI,EF,EEL類,常用來制作中小功率的變壓器,成本低,工藝簡(jiǎn)單
b..EFD,EPC類,常用來制作對(duì)高度有限制的產(chǎn)品,適合做中小功率類
c..EER,ERL,ETD類,常用來制作大中型功率的變壓器,特別適合用來制作多路輸出的大功率主變壓器,且變壓器漏感較小,比較容易符合安規(guī)
d..PQ,EQ,LP類,該磁芯的中間柱較一般的磁芯要大,產(chǎn)品漏感較小,適合做小體積大功率的變壓器,輸出組數(shù)不能過多
e..RM,POT類,常用來制作通訊類或中小功率高頻變壓器,本身的磁屏蔽很好,容易滿足EMC特性
f..EDR類,一般常用于LED驅(qū)動(dòng),產(chǎn)品厚度要求薄,變壓器制做工藝復(fù)雜
53.某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高電位差,應(yīng)加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。
如反激一次側(cè)的高壓MOS的D、S之間距離,依據(jù)公式500V對(duì)應(yīng)0.85mm,DS電壓在700V以下是0.9mm,考慮到污染和潮濕,一般取1.2mm
54.如果TO220封裝的MOS的D腳串了磁珠,需要考慮T腳增加安全距離。
之前碰到過炸機(jī)現(xiàn)象,增加安全距離后解決了,因?yàn)榇胖槿菀渍瓷蠚埩粑?/div>
55.發(fā)一個(gè)驗(yàn)證VCC的土方法,把產(chǎn)品放低溫環(huán)境(冰箱)幾分鐘,測(cè)試VCC波形電壓有沒有觸發(fā)到芯片欠壓保護(hù)點(diǎn)。
小公司設(shè)備沒那么全,有興趣的可以做個(gè)對(duì)比,看看VCC差異有多大
關(guān)于VCC圈數(shù)的設(shè)計(jì)需要考慮很多因素
56.在變壓器底部PCB加通風(fēng)孔,有利于散熱,小板也一樣,要考慮風(fēng)路。
在安規(guī)認(rèn)證,變壓器溫度超了2度左右時(shí),可以用這個(gè)方法
57.跳線旁邊有高壓元件時(shí),應(yīng)要保持安全距離,特別是容易活動(dòng)或歪斜的元件。
保證產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定性
58.輸出大電解底部不得已要走跳線時(shí),跳線應(yīng)是低壓或是地線,為防止過波峰焊燙傷電容,一般加套管。
設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量避免電容底部走跳線,因?yàn)樵黾映杀竞碗[患
59.高頻開關(guān)管平貼PCB時(shí),PCB另一面不要放芯片等敏感器件。
理由:開關(guān)管工作時(shí)容易干擾到背部的芯片,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,其它高頻器件同理
60.輸出的DC線在PCB設(shè)計(jì)時(shí),要設(shè)計(jì)成長(zhǎng)短一至,焊盤孔間隔要小。
理由:SR的尾部留長(zhǎng)是一樣長(zhǎng)的,當(dāng)兩個(gè)焊盤孔間隔太遠(yuǎn)時(shí),會(huì)造成不方便生產(chǎn)焊接
61.MOS管、變壓器遠(yuǎn)離AC端,改善EMI傳導(dǎo)。
理由:高頻信號(hào)會(huì)通過AC端耦合出去,從而噪聲源被EMI設(shè)備檢測(cè)到引起EMI問題
62.驅(qū)動(dòng)電阻應(yīng)靠近MOS管。
理由:增加抗干擾能力,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性
63.一個(gè)恒壓恒流帶轉(zhuǎn)燈的PCB設(shè)計(jì)走線方法和一個(gè)失敗案例。
PCB設(shè)計(jì)走線方法請(qǐng)看圖:
(a) 地線的Layout原則
如(1)(2)(3)綠線所示,R11的地和R14的地連接到芯片的地,再連接到EC4電解電容的地。注意不可連到變壓器的地,因?yàn)樽儔浩鞔渭?jí)A->D3->EC4->次級(jí)B形成功率環(huán),如果ME4312芯片的地接到次級(jí)B線到EC4電容之間,受到較強(qiáng)的di/dt干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等因素。
失敗案例:
造成的問題:轉(zhuǎn)燈時(shí)紅燈綠燈一起亮,并且紅燈綠交替閃爍。
整改措施:
通過斷開PCB銅箔使用一根導(dǎo)線連到輸出電容地,隔開ME4312B芯片地,如下圖:
通過以上處理,燈閃問題已經(jīng)解決,測(cè)試結(jié)果如下:
CV15V 1.043A
CV14V 1.043A
CV13V 1.043A
CV12V 1.043A
CV11V 1.043A
CV10V 1.043A
CV9V 1.043A
CV8.5V 1.043A
CV8V VCC欠壓保護(hù)
0-94mA轉(zhuǎn)綠燈 96mA以上轉(zhuǎn)紅燈
轉(zhuǎn)燈比例 94/1043=9%,轉(zhuǎn)燈比例可以控制在3-12%
64.一個(gè)最近貼片電容漲價(jià)的應(yīng)對(duì)小技巧,貼片電容都預(yù)留一個(gè)插件位置,或104都改為224P,這樣相對(duì)便宜很多。
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