初步确定我们的主轴调速，使用IRFZ48N N-MOS管，正在进行性能测试 (已经完成，测试通过)

armok · 发表于 2009-9-12 17:57:42

我已经采购了这两款的正品芯片。正在进行测试。

先上传数据手册：

IRFZ48N 数据手册 ourdev_480315.pdf(文件大小:68K) (原文件名:IRFZ48N.pdf)

后备芯片 IRFZ44N ourdev_480316.pdf(文件大小:68K) (原文件名:IRFZ44N.pdf)

为什么优先选择 IRFZ48N 而不是IRFZ44N ?

IRFZ48N 的参数是：
----------------------------------------------
封装                                              ：  T0-220
Drain-source voltage 漏-源电压                   ：  55V
Drain current (DC)  漏极电流                      ：  64A(25度时64A，100度时45A)
Drain current (pulse peak value) 峰值漏极电流    ：  210A
Total power dissipation 功率                      ：  140W
Junction temperature 结温                         ：  175摄氏度
Drain-source on-state resistance 导通电阻(Vgs=10V)  ：  16mΩ

IRFZ44N 的参数是：
-----------------------------------------------------------------
封装                                              ：  T0-220
Drain-source voltage 漏-源电压                   ：  55V
Drain current (DC)  漏极电流                      ：  49A
Total power dissipation 功率                      ：  110W
Junction temperature 结温                         ：  175摄氏度
Drain-source on-state resistance 导通电阻(Vgs=10V)  ：  22mΩ

由于两者的封一样，耐压一样， IRFZ48N 功率更大，导致电阻更低于16毫欧，所以，将IRFZ48N 列为正选， 44N作为备用。

封装图

(原文件名:SNAG-0039.jpg)

Gate: 栅极
Drain: 漏极
Source: 源极

STATIC CHARACTERISTICS 静态特性： (25度条件下)
-----------------------------------------------------------------
Drain-source breakdown voltage 漏源击穿电压       ： 55V (－55度时为50V)
Gate threshold voltage 栅极阈值电压                ：最小2V，典型3V，最大4V
Zero gate voltage drain current 零栅极电压时的漏电流：典型0.05uA, 最大10uA(175度时500uA)
Gate source leakage current 栅源漏电流             ：典型0.02uA, 最大1uA(175度时20uA)
Gate-source breakdown voltage 栅源击穿电压       ：最小值16V
Drain-source on-state resistance 导通电阻          ：典型12mΩ,最大16mΩ(175度时30mΩ).

典型的传输特性:

(典型的传输特性)

典型输出特性

(典型输出特性)

开关测试电路

(开关测试电路)

机械数据：

(机械数据)

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 18:06:07

主轴才60W,用IRF540就很不错.而且这个管子到处能到.IRF540 33A

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 18:10:22

Drain-source voltage 漏-源电压： 55V
感觉耐压不是很高.因为电机反峰压比较高.当然你的主轴电源供电才24V的话应可以用.个人觉得IRF540更合适一些.

zxy1982 · 发表于 2009-9-12 18:13:12

莫老大
IRFZ48N要加多大的散热器才能达到64A的电流呢？

armok · 发表于 2009-9-12 18:24:25

【1楼】 QJD_LZF
主轴才60W,用IRF540就很不错.而且这个管子到处能到.IRF540 33A
--------------------------
你在那里找到的参数？不用IRF540的原因：

1. 它的耐压是100伏不错。但我们有55V已经足够。
2. 它只有23A，并且在100度时，只有16A，电流余量不是很够。不过这不是主要原因。
3. 最主要的是，它的DS导通电阻高达77mΩ。比IRFZ48N的16mΩ高很多。

导通电阻越大，表示它的工作温度就可能会越高。这是我选择Z48N的最主要考虑的地方。

另： IRFZ48N也不容易采购。我是找到IRF的正规代理，从代理商有现货的型号中选出的。（没有现货，性能最好也没有用）。

【3楼】 zxy1982
IRFZ48N要加多大的散热器才能达到64A的电流呢？
------------------------
没有测试过。数据手册上应该有。
不过用于我们的电机，肯定不需要散热片。

xiaobendan · 发表于 2009-9-12 18:25:37

64A的保险丝恐怕也比他的腿粗很多吧

cowboy · 发表于 2009-9-12 18:44:20

呵呵，不能光看电流参数，电流越大开关速度也越慢，开关损耗也越大，也会导致发热，需要两者之间权衡。

cowboy · 发表于 2009-9-12 18:49:19

咦？怎么突然改用N管，N管不好驱动，需要自举电路或额外的电源，除非电机接到电源正端。

armok · 发表于 2009-9-12 19:36:50

【6楼】 cowboy
呵呵，不能光看电流参数，电流越大开关速度也越慢，开关损耗也越大，也会导致发热，需要两者之间权衡。
------------------------
其实我想购买20A的。但20A的耐压均比较高，导通电阻都很大。

按我的理解，我比较关注导通电阻。它才能有效的减低工作时的温度上升。

armok · 发表于 2009-9-12 19:40:15

【7楼】 cowboy
咦？怎么突然改用N管，N管不好驱动，需要自举电路或额外的电源，除非电机接到电源正端。
---------------------------------------------------

从典型输出特性，我感觉不难推动。当然，我会做实验实测一下。

(典型输出特性)

2. 电机的确是接到电源正端的。

cowboy · 发表于 2009-9-12 20:02:25

突然醒起一个问题，电机不能接到电源正端，否则电机上的电压取样与控制芯片不共地，不能调压。难道用了专门芯片？

armok · 发表于 2009-9-12 20:23:07

【10楼】 cowboy
突然醒起一个问题，电机不能接到电源正端，否则电机上的电压取样与控制芯片不共地，不能调压。难道用了专门芯片？
--------------------
我们的雕刻机电机是独立供电的。这个调速线路是使用电机线路供电的。不存在不共地的问题。

如果要改装成由电脑PWM调速控制，需要用隔离光偶将信号传输到这个调速线路的驱动部分。

cowboy · 发表于 2009-9-12 20:50:43

阿莫误解我意思了，我所说的共地是指电机两端电压通过分压取样，反馈到控制芯片输入端的闭环回路共地问题。如之前的LM2575，就是通过电位器调整分压比，把电机两端的电压反馈到LM2575的第4脚。但现在方案改为电机接正电源，而不是接地，这样电机两端电压就不能直接用电阻分压来进行反馈，需要通过运放进行变换才能正常工作。
前面所说的N管不好驱动，意思是指驱动电路形式繁复，而不是说驱动能力不容易达到。当然，如果是采用电机接电源的方式，驱动电路问题就变得非常简单了，但反馈电路就不简单；如果仍采用电机接地的形式，反馈电路就非常简单，而驱动电路就比较麻烦。
场效应管发热来源于两个方面，一方面是导通内阻，电流流过产生的热量。另一方面是开关损耗，在场效应管导通和关断瞬间的过渡过程产生的瞬态热冲击，这个跟开关的速度有关，速度越慢，发热就越大，这在高速度开关应用方面是这容忽视的，手册上动态参数，正表明了这方面的特征。

armok · 发表于 2009-9-12 20:54:59

【12楼】 cowboy
------------------
等我测试完后，就能告诉你结果了。

gzhuli · 发表于 2009-9-12 21:17:08

【12楼】 cowboy

N管用电流反馈就不麻烦了。本身电机也不适宜用电压反馈控速。

cowboy · 发表于 2009-9-12 21:26:34

电流反馈也不容易，仍需要运放进行变换。

gzhuli · 发表于 2009-9-12 21:56:42

呵呵，不是用LM2575了，估计用PWM控制IC，等发布结果吧……

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:05:37

按我的理解，我比较关注导通电阻。它才能有效的减低工作时的温度上升。
导通电阻小当然好,但开关速度不够快的话,会严重发热的.所以我为什么推建用IRF公司专用驱动IC的原因.且成本又不高.专业造就健康发展!

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:13:26

我觉得用专用的MOS管驱动IC就可以兼顾让位机软件PWM调速和手动电位器调速的功能.从专业角度来分析更该这样做,机机做到这个水平了,我想不至于差几块钱的调速电路搞得不上不下的,我想阿莫会比我想得高明得多的.虽然我还没钱定机.但真的希望这个机做得更好.这也是我们电子工程师一直的期待.

gzhuli · 发表于 2009-9-12 22:18:01

驱动能力看开关频率，如果不介意有音频噪音的话，用单片机直接推效果都可以。
如果上了几十kHz，驱动电流要有300mA以上才好。
不过IRF驱动IC倒不一定要，有现成的PWM控制IC可以直接推动MOS管，如SG3524就有1A推挽输出能力。

就一个直流电机调速，还不要求反向，可能大家想得太复杂了。

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:18:22

还有就是．要是能加个转速显示和过压，过流保护就更好了．用一个ＳＴＣ２０５１ＡＤ的ＭＣＵ加取样电阻就可以做到．写程序也很简单．

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:20:37

我是兼顾让位机软件PWM调速和手动电位器调速的功能，才想IRF驱动IC驱动ＭＯＳ管啊．

jj3055 · 发表于 2009-9-12 22:21:43

TLP250,场效应和IGBT专用驱动光偶，货源也不差，性能，我用来驱动25A/1200V的IGBT ，效果很好，如果兼顾让位机软件控制，TLP250是不二之选。好了，不多说了，如果现有方案不行的话，就考虑下吧。

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:23:25

用一个ＳＴＣ２０５１ＡＤ的ＭＣＵ加取样电阻就可以做到过压，过流．和ＰＷＭ调速功能．还可以轻松实现速度显示和Ｘ，Ｙ，Ｚ轴自动寻找原点的功能．

cowboy · 发表于 2009-9-12 22:23:39

呵呵，期待阿莫公布芯片。的确，专用驱动IC是不错的选择。

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 22:25:18

TLP250,场效应和IGBT专用驱动光偶，我也用过．原理图我昨天都上传了．哈哈．楼主或许会有更好的方案吧．

armok · 发表于 2009-9-12 22:44:40

14楼】 gzhuli 咕唧霖
N管用电流反馈就不麻烦了。本身电机也不适宜用电压反馈控速。
-----------------------------------------------------------
这个雕刻机的调速线路，是完全开环的。即不会作电流，也不作电压反馈。在实际的应用中已经够用。

比如我昨天雕刻的塑料外壳中，试验后我知道主轴电机电压调到6V左右就适合。

更多的功能，比如速度显示等，大家可以DIY或在开源活动中解决。这个调速功能，实用性放在第一位。

armok · 发表于 2009-9-12 22:50:35

【18楼】 QJD_LZF
我觉得用专用的MOS管驱动IC就可以兼顾让位机软件PWM调速和手动电位器调速的功能.从专业角度来分析更该这样做,机机做到这个水平了,我想不至于差几块钱的调速电路搞得不上不下的,我想阿莫会比我想得高明得多的.虽然我还没钱定机.但真的希望这个机做得更好.这也是我们电子工程师一直的期待.

【20楼】 QJD_LZF ：
还有就是．要是能加个转速显示和过压，过流保护就更好了．用一个ＳＴＣ２０５１ＡＤ的ＭＣＵ加取样电阻就可以做到．写程序也很简单．
------------------------------
看来你的意见特多。

不过建议你不要再发表这类不着边际的言论了。这台机的发言权在我手上 :) 这台机能取得目前的成绩，是由我控制的，我的一个重要任务是否决这类不着边际的意见。“海纳百川，有容乃大”的迂腐想法会让我们的项目陷于无法控制的局面。

不要忘记，这台机是3800元的。我们以后也会有像北京精雕的54万元的机器。到时希望54万元的机器能达到你的期望。

armok · 发表于 2009-9-12 22:54:30

【19楼】 gzhuli 咕唧霖
驱动能力看开关频率，如果不介意有音频噪音的话，用单片机直接推效果都可以。
如果上了几十kHz，驱动电流要有300mA以上才好。
不过IRF驱动IC倒不一定要，有现成的PWM控制IC可以直接推动MOS管，如SG3524就有1A推挽输出能力。
就一个直流电机调速，还不要求反向，可能大家想得太复杂了。
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就一个直流电机调速，还不要求反向，可能大家想得太复杂了。－－－－－正解。我刚才的测试，发现IRFZ48N 完全能满足我们的应用要求 :)

你觉得PWM的频率是多少适合?

我今晚做了一些测试。发现频率从100HZ到100K都可以工作 :) 不过发现一个有趣的地方：如果希望我们的电箱上的调速电位器每个刻度平均分配转速的话，我发现20K是比较适合的。

我也同时测试了 mach 软件的主轴输出PWM设置，发现它最大只能输出4166hz的PWM频率。

xmysz · 发表于 2009-9-12 22:59:24

导通电阻是重要的，但并不是唯一的考虑点，驱动波形更重要。
因为功率管工作在开关区，只要驱动波形好，就能大大地降低发热。

armok · 发表于 2009-9-12 23:02:03

测试图来了，使用了以下的设备：

1. Agilent 33220A ，输出20KHZ的PWM信号，5VPP，占空比1%－99%进行测试。
2. Fluke 189 数字表，监测电机上的电压。
3. Kyoritsu 2010 交直流精密数字钳表，测量电机上的电流。
4. TEK 1012B-SC 示波器，监测PWM信号的波形。
5. 30V10A实验室电源。

(原文件名:IMG_6830.jpg)

测试结果是：在不同的PWM数值下，可以准确可靠的调节电机的速度，并且IRFZ48N不发热。之所有使用20K的原因，上面已经提到：可以让我们的控制面板上的线性电位器的刻度能对应电机转速。

测试电路与下图差不多。但有以下的修改：

1. G极的输入电阻为1K。
2. G极到地并了一只10K的电阻，如果不并，一通电电机可能会转动。
这个10K电阻与能及时的将栅极的电荷放掉。
3. RD位置替换成我们的直流电机。
直流电机并上一只续流二极管。
4. 供电电压是24V。

(开关测试电路)

kalo · 发表于 2009-9-12 23:06:15

阿莫会不会力求简单，和整机统一用门电路IC呢？
因为我又找到一份图啦。
门电路PWM

(原文件名:pwm.gif)

(原文件名:pwm.jpg)

armok · 发表于 2009-9-12 23:08:48

【31楼】 kalo
阿莫会不会力求简单，和整机统一用门电路IC呢？
--------------------------------------------
哈哈，到目前为止没有人猜对。

注：不是使用专用的PWM IC. 不过我相信性能会很不错。明天搭实物测试一下先 :)

kalo · 发表于 2009-9-12 23:16:17

不是门电路，专用PWM IC，555，可控硅，34063，2575.。。难道是运放？
＝＝＝＝＝
记得以前看过用324的电动车调速。
再挖一下。。。
运放PWM

(原文件名:pwm2-LOW.jpg)

(原文件名:pwm3-HIGH.jpg)

QJD_LZF · 发表于 2009-9-12 23:16:59

控制电机调速的话PWM频率最好选在15K以上好点.高过15K左右人耳一般听不到高频叫声了.

gang2980 · 发表于 2009-9-12 23:28:52

看不懂，路过！！

boy37 · 发表于 2009-9-12 23:32:37

有好设备搞起研究来就是事半功倍。

armok · 发表于 2009-9-12 23:42:46

【33楼】 kalo
不是门电路，专用PWM IC，555，可控硅，34063，2575.。。难道是运放？
--------------------------------
哈哈，厉害，终于被你猜对了。

今天 Andy 网友到我们网站参观与学习机械(
网友Andy(红日)到我们网站参观与学习（图）)。推荐我们使用这个LM324的线路，说他以前测试过，性能很好，可以做到0%－100% PWM (555做不到），并且波形很好。

我明天焊一个线路用示波器测试一下。

Andy 推荐的线路：

(原文件名:pwm.JPG)

armok · 发表于 2009-9-12 23:45:55

【34楼】 QJD_LZF
控制电机调速的话PWM频率最好选在15K以上好点.高过15K左右人耳一般听不到高频叫声了.
-----------------------------
我测试的结果是20K左右比较适合。

但你如何解释 mach 软件最高只能输出4166HZ的PWM ？

kalo · 发表于 2009-9-12 23:52:37

哇，和我转的简直就是一模一样嘛，就是汉化了而已。
=====
英文版在这里

(原文件名:pwm1.gif)

boy37 · 发表于 2009-9-12 23:56:02

这个运放振荡频率达到20KHz可能会有点吃力吧？上面这个电路频率可能在150HZ左右，用作LED调光可以，不知在电机上效果如何。

armok · 发表于 2009-9-13 00:02:07

【40楼】 boy37
这个运放振荡频率达到20KHz应该有点吃力吧？
----------------------------------------
明天试一下波形。LM324 产生20K我感觉应该不会有问题的。

有5K也行 :)

kalo · 发表于 2009-9-13 00:02:30

The PWM circuit requires a steadily running oscillator to operate. U1a and U1d form a square/triangle waveform generator with a frequency of around 400 Hz

原作者说 400 Hz

(原文件名:pwmpcb.gif)

(原文件名:pwmsilk.gif)

armok · 发表于 2009-9-13 00:09:45

【42楼】 kalo
The PWM circuit requires a steadily running oscillator to operate. U1a and U1d form a square/triangle waveform generator with a frequency of around 400 Hz

原作者说 400 Hz
-----------------------
按上面的参数，原作者说是400HZ。

调整RC数值，应该能提高频率。

googse · 发表于 2009-9-13 00:19:19

这个20K应该可以吧
日本人的振荡电路设计与应用里面说可以在1到100K调节
不过可能R3与R5的比值要变一下

gzhuli · 发表于 2009-9-13 00:37:47

【28楼】 armok 阿莫
不过发现一个有趣的地方：如果希望我们的电箱上的调速电位器每个刻度平均分配转速的话，我发现20K是比较适合的。
----------------------------
不明白。
PWM调的是脉冲宽度，频率不变的，频率和电位器刻度有什么关系？
这个电路的PWM波形相当于AVR的Phase and Frequency Correct PWM模式，三角波顶部为中心向两边延展的脉宽调制方式，用信号发生器模拟的波形不一定一样。

【38楼】 armok 阿莫
但你如何解释 mach 软件最高只能输出4166HZ的PWM ？
----------------------------
并口输出4166Hz的PWM已经不容易，如果5bit分辨率即32级细分，控制频率已经要133KHz，对于并口来说很吃力了。

【42楼】 kalo
原作者说 400 Hz
----------------------------
公式是f = R3 / (4 R4 R5 C1)
按他的参数算出来是532Hz。

cowboy · 发表于 2009-9-13 00:39:07

不可行，LM324不是干这行的，20KHz就别指望了，4KHz时场效应管不烫手已很幸运了。

armok · 发表于 2009-9-13 00:48:18

【45楼】 gzhuli 咕唧霖
不明白。
PWM调的是脉冲宽度，频率不变的，频率和电位器刻度有什么关系？
这个电路的PWM波形相当于AVR的Phase and Frequency Correct PWM模式，三角波顶部为中心向两边延展的脉宽调制方式，用信号发生器模拟的波形不一定一样。
---------------------------------
我今天的测试结果：

在PWM频率为200时，1%电机开始转，一直到50%达到最大转速。再向上调已经没有意义了。
在PWM频率为20K时，10%电机开始转，一直到99%达到最大转速。这样电位器旋钮的刻度就能平均分配。

“并口输出4166Hz的PWM已经不容易，如果5bit分辨率即32级细分，控制频率已经要133KHz，对于并口来说很吃力了。 ” 如何算的？

【46楼】 cowboy
不可行，LM324不是干这行的，20KHz就别指望了，4KHz时场效应管不烫手已很幸运了。
----------------------------------
不要紧，我明天测试出结果后再判断。

gzhuli · 发表于 2009-9-13 00:50:19

对，324的驱动能力不够，低频还凑合，高了MOS就热了。开关波形不好产生的发热远大于RDSON的影响。

gzhuli · 发表于 2009-9-13 01:20:28

【47楼】 armok 阿莫
在PWM频率为200时，1%电机开始转，一直到50%达到最大转速。再向上调已经没有意义了。
在PWM频率为20K时，10%电机开始转，一直到99%达到最大转速。这样电位器旋钮的刻度就能平均分配。
------------------------------
不能这样算吧，电机空载还是带载？
你的测试电路栅极串了1K电阻，20K的PWM频率太高了，栅极波形应该很差，以至于10%占空比电机才开始转。
建议用示波器看看栅极波形。

“并口输出4166Hz的PWM已经不容易，如果5bit分辨率即32级细分，控制频率已经要133KHz，对于并口来说很吃力了。 ” 如何算的？
------------------------------
如果mach没采用特殊技术，按普通PWM频率4166Hz来算，还要分成32份，逐份增加或减少，才能实现脉宽调制，所以控制频率需要4166 * 32 = 133K，或者这样说：控制4166Hz 32细分PWM所需定时精度是7.5µs。

armok · 发表于 2009-9-13 01:27:55

【49楼】 gzhuli 咕唧霖
不能这样算吧，电机空载还是带载？
----------------------------------
我认为没有分别的。
这是一个开环控制。不去理会电机的实际工作情况。

带载的情况很复杂的，比如在雕刻塑料或泡沫板时，与空载其实是差不多的。但雕刻铝合金时就完全不同。

要控制电机的状态，最准确的是控制电机的转速。而这款电机不带转速反馈装置，无法实现。索性开环算了。

gzhuli · 发表于 2009-9-13 02:29:22

PWM控制的电机空载速度很容易达到正常电压工作速度，但是带载速度就降下来了。
这个和之前用LM2575扩流情况不一样，LM2575扩流后还有电感和续流二极管，输出的是直流电压。
PWM直接驱动电机，电机的线圈充当了储能电感，情况不一样了。
LM2575是电压反馈控制，电机带载和不带载PWM占空比不一样的，虽然不是很精确（电流反馈较精确），但也会起到稳速作用，不能和这个开环控制电路比。
200Hz的情况应该是比较真实的，1%启动，50%全速，带重载时转速降至50%。我认为20KHz <10%时MOS还没完全开通。按道理200Hz也好20KHz也好，只要PWM占空比一样，驱动功率就一样，不会出现这样大的差异。

leafing · 发表于 2009-9-13 04:00:19

学习了

armok · 发表于 2009-9-13 08:51:11

大家不用担心LM324是否能做到20K。上面的LM324线路，推荐是500HZ，所以，直流电机的调速，PWM的频率可能就是推荐在500Hz左右。

大家继续探讨一下：多少HZ的PWN才是最适合的？

cowboy · 发表于 2009-9-13 09:08:31

对于这种开环的控制方式，37楼的四运放电路其实可以简化成双运放就行。
这种开环控制方式的优点是简单实用，但对速度控制得不稳，电源电源电压、负载轻重都有较大的影响。还有就是如果电机引线较长，就会产生较强的电磁干扰。

(原文件名:未命名.PNG)

cowboy · 发表于 2009-9-13 09:24:29

从减少场效应管发热的方面来考虑，PWM频率越低越好，但过低的频率会造成电机的机械振动。一般500Hz也可以，频率在音频范围内会产生噪声，电机变成扬声器了。

armok · 发表于 2009-9-13 09:32:48

【54楼】 cowboy
对于这种开环的控制方式，37楼的四运放电路其实可以简化成双运放就行。
----------------------
LM324有4运放，才0.5元一片，何必省 :)

【55楼】 cowboy
从减少场效应管发热的方面来考虑，PWM频率越低越好，但过低的频率会造成电机的机械振动。一般500Hz也可以，频率在音频范围内会产生噪声，电机变成扬声器了。
-----------------------
这个应该不会有问题。仍是需要等我的测试结果。

armok · 发表于 2009-9-13 09:47:50

这个讨论已经结速。测试通过。

我正在测试四运放LM324的PWM线路： http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3579019&bbs_id=9999

请大家到新帖子里进行讨论。谢谢。

xingcn · 发表于 2009-9-13 12:16:47

学习

hymculolo · 发表于 2010-11-28 19:34:46

嗯，顶一个！

dadian · 发表于 2015-3-2 13:15:18

mark

guozhenhong0522 · 发表于 2015-3-4 13:03:45

栅极一般给多大的电压啊？Gate threshold voltage 栅极阈值电压：最小2V，典型3V，最大4V

初步确定我们的主轴调速，使用IRFZ48N N-MOS管，正在进行性能测试 (已经完成，测试通过)

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