專(zhuān)利名稱(chēng):一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及脈沖功率電子領(lǐng)域,具體地說(shuō)涉及一種用于產(chǎn)生高壓脈沖 的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù):
脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(PFN)是產(chǎn)生高壓脈沖的關(guān)鍵部分。它是采用集中參數(shù)的電 感、電容來(lái)代替真實(shí)的傳輸線,在線型調(diào)制器中借助它放電時(shí)的暫態(tài)特性來(lái)形 成矩形脈沖。PFN的形式有多種,但工程上大多采用等電容,電感為互感式或 去耦式兩類(lèi)結(jié)構(gòu)。
互感式PFN等效電路,如圖3所示,電感采用均勻螺旋管繞制,調(diào)節(jié)脈沖 波形主要靠調(diào)整螺旋管線圈的匝數(shù),由于螺旋管結(jié)構(gòu)使每段電感L之間是互耦 的,尤其是相鄰電感之間耦合系數(shù)很大(耦合度高),因此每調(diào)節(jié)一段電感L時(shí), 相鄰段的電感量變化很大,改變量不易控制,這就很難通過(guò)每段的電感調(diào)節(jié)來(lái) 模擬理想的傳輸線,從而很難得到高質(zhì)量的脈沖波形,這種形式的PFN在脈沖 波形質(zhì)量要求不是很高的場(chǎng)合可以應(yīng)用,能滿足一般工程應(yīng)用需求。
目前,脈沖功率領(lǐng)域朝著功率更大、脈沖波形質(zhì)量要求更高的方向發(fā)展。 這些新的趨勢(shì)都對(duì)PFN設(shè)計(jì)提出了更高的要求。脈沖波形質(zhì)量越高,就要求集 中參數(shù)的電容C、電感L越逼近真實(shí)傳輸線,也就需要盡可能增加PFN的節(jié)數(shù)。 但節(jié)數(shù)越多,每節(jié)電容C、電感L數(shù)值就越小,電路分布參數(shù)對(duì)脈沖波形的影 響就越明顯。因而,在實(shí)際應(yīng)用中過(guò)多地增加節(jié)數(shù),對(duì)提高脈沖波形質(zhì)量已無(wú) 多大意義。脈沖功率的提高也引發(fā)類(lèi)似問(wèn)題功率越高,電感參數(shù)越小,器件 引線處的寄生電感成為不可忽視的部分。
為適應(yīng)當(dāng)今市場(chǎng)發(fā)展和產(chǎn)品性能提高的需要,研究先進(jìn)的PFN技術(shù),從控制PFN節(jié)數(shù)、降低電路分布參數(shù)的對(duì)波形的影響,提高脈沖波形的質(zhì)量,是現(xiàn)
有技術(shù)需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,為了克服現(xiàn)有技術(shù)向高功率、高脈沖 波形質(zhì)量方向發(fā)展的難點(diǎn),提供一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò) 及方法,以達(dá)到易調(diào)節(jié)電感量實(shí)現(xiàn)PFN與負(fù)載的阻抗匹配,同時(shí)能減小分布參 數(shù)的影響,得到高質(zhì)量的脈沖波形,滿足脈沖功率行業(yè)發(fā)展的需求。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互 補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),其特征在于互補(bǔ)式脈沖形成
網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸入端、輸出端與互感 式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。將互感
式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)使用,用去耦式PFN來(lái)補(bǔ)償互感式 PFN,組成互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò) 與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)設(shè)為相同節(jié)數(shù),電感、電容參數(shù)相同。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的去耦式脈沖形成網(wǎng) 絡(luò),包括與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器串接組成,可調(diào)電感器 的串接點(diǎn)通過(guò)電容器C與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出端相連接。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的可調(diào)電感器包括線 圈、用于線圈繞制的筒形骨架、筒形體、固定座、絕緣手柄組成,筒形骨架上 設(shè)有用于固定線圈位置的等傾角槽口,線圈沿軸線方向卡裝在傾角槽口內(nèi),筒 形骨架的長(zhǎng)度方向等角度設(shè)有用于散熱長(zhǎng)條孔,所述的筒形骨架內(nèi)設(shè)有可在筒 形骨架內(nèi)軸線方向上移動(dòng)的筒狀體,筒狀體的一端設(shè)有固定座,絕緣手柄穿過(guò)筒形骨架的一端面與固定座相連接。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的筒形骨架的一端設(shè) 有固定筒形體的旋緊螺釘。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的筒狀體采用金屬材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的筒狀體采用導(dǎo)磁材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),所述的筒形骨架采用聚四 氟乙烯材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),由于采用上述的互補(bǔ)式脈
沖形成網(wǎng)絡(luò),通過(guò)控制PFN節(jié)數(shù),提高每組PFN的阻抗以減小分布參數(shù)的影響, 精確調(diào)節(jié)可調(diào)電感器的電感量,調(diào)節(jié)起來(lái)具有更高的精確性和易操縱性,還可 采用絕緣的方式實(shí)現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)電感量。該互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),可以方便達(dá)到 高的脈沖波形質(zhì)量要求,克服線型調(diào)制器在高功率、高質(zhì)量要求下難以實(shí)現(xiàn)的 困難。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明;
圖1為本實(shí)用新型一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu) 示意圖2為圖1所示的可調(diào)電感器結(jié)構(gòu)示意圖3為圖1所示的互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)示意在圖1、圖2中,1、線圈;2、筒形骨架;3、筒形體;4、固定座;5、絕 緣手柄;6、旋緊螺釘;7、散熱長(zhǎng)條孔;8、傾角槽口; 9、可調(diào)電感器;10、互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò);11、去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。
具體實(shí)施方式
如圖1所示, 一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),包括互感式脈 沖形成網(wǎng)絡(luò)IO,互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)ll,去耦式脈 沖形成網(wǎng)絡(luò)11輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)10輸入端、輸出端并聯(lián) 組成所述的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)?;ジ惺矫}沖形成網(wǎng)絡(luò)IO與去耦式脈沖形成網(wǎng) 絡(luò)ll設(shè)為相同節(jié)數(shù),電感L、電容C參數(shù)相同。所述的去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)11, 包括與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)10節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器9串接組成,可調(diào)電感器 9的串接點(diǎn)通過(guò)電容器C與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)11輸出端相連接。
參見(jiàn)圖2,所述的可調(diào)電感器9包括線圈1、用于線圈繞制的筒形骨架2、 筒形體3、固定座4、絕緣手柄5組成,筒形骨架2上設(shè)有用于固定線圈1的位 置的等傾角槽口 8,線圈1沿軸線方向卡裝在傾角槽口 8內(nèi),筒形骨架2的長(zhǎng)度 方向等角度設(shè)有用于散熱長(zhǎng)條孔7,所述的筒形骨架2內(nèi)設(shè)有可在筒形骨架2內(nèi) 軸線方向上移動(dòng)的筒狀體3,筒狀體3的一端設(shè)有固定座4,絕緣手柄5穿過(guò)筒 形骨架2的一端面與固定座4相連接。
線圈1沿軸線方向均勻繞制在骨架2上,骨架2上等傾角開(kāi)槽8用于固定 線圈1的位置。筒形骨架2的長(zhǎng)度方向等角度銑長(zhǎng)條孔7,便于散熱。筒狀體3 裝于筒形骨架2內(nèi)部,其尺寸略小于筒形骨架2的內(nèi)徑,能在筒形骨架2的軸 線方向上移動(dòng)。固定座4用于筒狀體3和絕緣手柄5的連接。絕緣手柄5的長(zhǎng) 度由帶電工作時(shí)電壓的高低決定,以保證人體安全。通過(guò)絕緣手柄5可使筒狀 體3、固定座4一起沿筒形骨架2軸線方向移動(dòng),移動(dòng)量的大小決定了電感器電 感量改變的多少。
筒形骨架2可采用聚四氟乙烯材料,電感線圈1可用紫銅管,筒狀體3采用金屬材料,可用鋁管,絕緣手柄5亦可用聚四氟乙烯材料。筒狀體3的可伸 縮范圍決定了電感量的可調(diào)節(jié)范圍,筒狀體3伸入線圈1內(nèi)部越多,被屏蔽的 線圈匝數(shù)越多,實(shí)際得到的電感量越小。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要設(shè)定線圈1的最大 電感量,再選定筒狀體3的伸縮范圍,以限定電感量的調(diào)節(jié)范圍。該電感裝配 時(shí)宜水平放置,易于絕緣手柄5的水平調(diào)節(jié),及電感量的固定。
筒形骨架2的一端設(shè)有固定筒形體3的旋緊螺釘6。旋緊螺釘6用于電感量 粗調(diào)或細(xì)調(diào)的控制,以及最后固定筒狀體3的位置。當(dāng)旋緊螺釘6旋置較松時(shí) 方便電感量的大范圍調(diào)整(粗調(diào)),旋置稍緊時(shí)可實(shí)現(xiàn)電感量的精確調(diào)整(細(xì)調(diào))。 電感量調(diào)節(jié)合適后,進(jìn)一步旋緊螺釘6以固定筒狀體3的位置,固定電感量。
筒狀體3采用導(dǎo)磁材料,其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式一中的相應(yīng)部分基本相同。 但導(dǎo)磁材料(如磁通塊)改變了電感量的調(diào)節(jié)原理,筒狀體3伸入線圈內(nèi)部越 多,實(shí)際得到電感量越大。
將互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)10與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)11并聯(lián)使用,用去耦式 PFN來(lái)補(bǔ)償互感式PFN,組成互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),其工作原理是首先由互 感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)IO產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)量一般的脈沖波形,然后通過(guò)調(diào)節(jié)去耦式脈沖 形成網(wǎng)絡(luò)11中可調(diào)電感器9的電感參數(shù)去補(bǔ)償波形,兩個(gè)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)波形就 合成一個(gè)質(zhì)量很高的脈沖波形,這樣就避免了互感式PFN調(diào)節(jié)精度不高的缺點(diǎn)。 在實(shí)際電路中,集中參數(shù)的電容和電感會(huì)帶來(lái)分布電容和分布電感,其中分布 電容的影響可以通過(guò)懸浮電容外殼來(lái)避免,但電容和電感的引線所產(chǎn)生的分布 電感是無(wú)法克服的,而采用并聯(lián)形式的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)后,阻抗提高一倍,電感 會(huì)增大,分布電感對(duì)脈沖波形的影響就降低了,再加上電感是可調(diào)的,這樣引 線電感可以納入集中參數(shù)內(nèi)來(lái)考慮。
工程應(yīng)用中,為了達(dá)到高的脈沖波形質(zhì)量要求,通常需要用到幾十節(jié)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近真實(shí)的傳輸線,每節(jié)電感L、電容C參數(shù)很小,當(dāng)其小到與 其在電路中所帶來(lái)的分布電容和分布電感量級(jí)接近時(shí),分布參數(shù)會(huì)極大地影響 PFN集中參數(shù),甚至?xí)c集中參數(shù)形成諧振回路,雜波疊加在脈沖波形之上, 使得實(shí)際需要的脈沖波形無(wú)法達(dá)到高的指標(biāo)要求。 一味地增加PFN節(jié)數(shù)對(duì)提高 脈沖波形指標(biāo)已無(wú)實(shí)際意義。在這種情況下,采用本實(shí)用新型的互補(bǔ)式脈沖形 成網(wǎng)絡(luò),通過(guò)控制PFN節(jié)數(shù),提高每組PFN的阻抗以減小分布參數(shù)的影響,精 確調(diào)節(jié)電感量,可以方便達(dá)到高的脈沖波形質(zhì)量要求。
本實(shí)用新型的互補(bǔ)式PFN實(shí)施方式, 一般可將互感式PFN與去耦式PFN 設(shè)計(jì)成同樣級(jí)數(shù),電感L、電容C參數(shù)一致,兩組PFN體積、重量相當(dāng),便于 布局和安裝。不同之處僅在于電感的設(shè)計(jì)和制造工藝?;ジ惺絇FN電感一般是 將線圈繞制在一根長(zhǎng)的螺旋管狀骨架上,中間適當(dāng)位置設(shè)置抽頭將電感量分成 了近似相等的幾節(jié),調(diào)節(jié)電感量時(shí)是通過(guò)調(diào)節(jié)每節(jié)電感線圈的匝數(shù)。去耦式電 感可以靈活設(shè)計(jì), 一般可采用獨(dú)立管狀結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)起來(lái)具有更高的精確性和易 操縱性,還可采用絕緣的方式實(shí)現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)電感量。
下面介紹一種典型的高功率、高質(zhì)量脈沖波形調(diào)制器的PFN設(shè)計(jì)方式,本 實(shí)用新型不限于該設(shè)計(jì)。
若已知負(fù)載阻抗為4Q, PFN工作電壓45kV,脈沖寬度(50%)要求7pS, 頂部波動(dòng)要求<±0.05%。設(shè)計(jì)采用互補(bǔ)式PFN,互感式與去耦式兩組并聯(lián),每組 PFN等效阻抗pl-p2-8Q。設(shè)計(jì)每組PFN總電容量0.44pP,總電感量28nH。若 取10級(jí)則每級(jí)電容量0.04^F,每節(jié)電感量2.8|iH。
按此要求設(shè)計(jì)出的電容器實(shí)際尺寸為205mmxi55mmx410mm,引出端絕緣 子高215mm,易于生產(chǎn)和產(chǎn)品安裝。與高壓電容相比,PFN電感的制造難度較 低,兩種PFN電感采用不同工藝互感式PFN的電感采用一根長(zhǎng)的環(huán)氧筒形骨架,銅管(線圈)在筒形骨架長(zhǎng)度方向上均勻繞制,筒形骨架的長(zhǎng)度方向等角 度銑長(zhǎng)條孔,以便于散熱和固定接線夾,調(diào)節(jié)接線夾的位置可以粗調(diào)每節(jié)電感
的電感量;去耦式PFN的電感,骨架采用聚四氟乙烯,電感線圈用銅管,骨架 內(nèi)導(dǎo)電材料與手柄相連,通過(guò)手柄調(diào)節(jié)導(dǎo)電材料伸入線圈內(nèi)部的長(zhǎng)度,可精確 調(diào)節(jié)電感量。
本實(shí)用新型的互補(bǔ)式PFN,在降低電路分布參數(shù)影響的同時(shí),能夠以粗調(diào)、 細(xì)調(diào)相結(jié)合的方式,快速得到高質(zhì)量的脈沖波形。目前,采用這種方式的產(chǎn)品, 可以將脈沖前沿由l~2ps減小到小于lps,脈沖后沿由3 6ps減小到小于2ps, 脈沖平頂波動(dòng)小于±0.05%,前沿抖動(dòng)小于10ns,得到了高質(zhì)量高指標(biāo)的高壓脈 沖波形。
上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述,顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn) 并不受上述方式的限制,只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的 各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn),或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于 其它場(chǎng)合的,均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(10),其特征在于互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(11),去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(11)輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(10)輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò), 其特征在于所述的互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(10)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(11) 設(shè)為相同節(jié)數(shù),電感、電容參數(shù)相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng) 絡(luò),其特征在于所述的去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(11),包括與互感式脈沖形成網(wǎng) 絡(luò)(10)節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器(9)串接組成,可調(diào)電感器(9)的串接點(diǎn)通 過(guò)電容器(C)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(11)輸出端相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò), 其特征在于所述的可調(diào)電感器(9)包括線圈(1)、用于線圈繞制的筒形骨架(2)、筒形體(3)、固定座(4)、絕緣手柄(5)組成,筒形骨架(2)上設(shè)有 用于固定線圈(1)位置的等傾角槽口 (8),線圈l沿軸線方向卡裝在傾角槽口(8)內(nèi),筒形骨架(2)的長(zhǎng)度方向等角度設(shè)有用于散熱長(zhǎng)條孔(7),所述的 筒形骨架(2)內(nèi)設(shè)有可在筒形骨架(2)內(nèi)軸線方向上移動(dòng)的筒狀體(3),筒 狀體(3)的一端設(shè)有固定座(4),絕緣手柄(5)穿過(guò)筒形骨架(2)的一端面 與固定座(4)相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò), 其特征在于所述的筒形骨架(2)的一端設(shè)有固定筒形體(3)的旋緊螺釘(6)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò), 其特征在于所述的筒狀體(3)采用金屬材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò), 其特征在于所述的筒狀體(3)采用導(dǎo)磁材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng) 絡(luò),其特征在于所述的筒形骨架(2)采用聚四氟乙烯材料。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),其特征在于互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。將互感式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)使用,用去耦式PFN來(lái)補(bǔ)償互感式PFN,組成互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。采用上述的互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò)及調(diào)試方法,通過(guò)控制PFN節(jié)數(shù),提高每組PFN的阻抗以減小分布參數(shù)的影響,精確調(diào)節(jié)可調(diào)電感器的電感量,調(diào)節(jié)起來(lái)具有更高的精確性和易操縱性。該互補(bǔ)式脈沖形成網(wǎng)絡(luò),可以方便達(dá)到高的脈沖波形質(zhì)量要求,克服線型調(diào)制器在高功率、高質(zhì)量要求下難以實(shí)現(xiàn)的困難。
文檔編號(hào)H03K5/00GK201294504SQ20082021536
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
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