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双向可控硅应用电路实例.pdf

上传人:精品资料 文档编号:11234056 上传时间:2020-02-21 格式:PDF 页数:20 大小:780KB
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资源描述

1、 AN1034a _一款适合家用调光器的镇流器:IRPLCFL3 引言: 普通电子镇流器的一个的缺点是不能用标准类型的调光器(相控)进行调光,特别是在将灯和镇流器合二为一的家庭用节能小镇流器。这是因为在无PFC的实际应用中,由整流级和紧随其后的大储能电容组成的镇流器输入部分直接与交流主电源相连,提供直流总线电压。DC总线给高频半桥和输出部分供电。系统仅在主电压峰值附近吸取电流和给储能电容充电,而在主半周期的其余时间不充电。 事实上所有的家用和专业的调光系统都是基于双向可控硅。当器件被触发并且电流超过器件的保持电流时,这些器件才导通。这些调光器对于阻性负载比如普通的球形钨丝灯工作的非常好。双向可

2、控硅能在主半周期内任意一点触发并且保持导通直到非常接近半周期末,在这个期间不断的吸取电流。这种方法可使灯电流从最大值到零进行调整。 内容: 引言 调光器电路 解决方案 原理框图 功能介绍 电路图 设计注意事项 元件表 电感设计 AN1034a _120VAC基本调光电路 当紧凑型镇流器与这种调光电路结合在一起时,双向可控硅仅在半周期内整流主电压比储能电容电压高时才触发导通。在这个实例中电容充电至相同整流电压时双向可控硅将关断。这种方法有可能通过双向可控硅的触发点从90度到180度的调整使镇流器直流电压有很大的调整,然而这对于控制灯的输出并不是满意的方法。 另外遇到的问题是;因为这种调光器需要在

3、双向可控硅上串 联一个电感来限制可控硅触发时电流的上升时间。若没有这个电感,将会产生大量高频谐波电流,并引起不可忽视的辐射和传导干扰问题。因为镇流器电路的负载为容性,所以调光器中的抑制电感与容性负载产生谐振,当双向可控硅触发后会引起“振荡”。当“振荡”输出电压的幅值摆动高于输入电压然后低于输入电压时将导致电流下降到维持电流以下,从而导致双向可控硅的触发并随之关断。在每个半周期这种现象将出现几次,这也就是个别灯闪烁和输出失控的原因。 解决方案 现在提出基于IR2156的镇流器系统,该镇流器能够在覆盖调光器大部分调光范围内最小闪烁地工作,灯可以在受控范围内,输出功率从最大值到最大值的10% 。这个

4、镇流器系统前端电路的设计使AN1034a _调光器中的双向可控硅触发后能够持续保持导通直至主半周期末。除此以外它还有双向可控硅触发角检测电路,并且通过增加开关频率来调整灯电流,因此灯的输出由调光器的设置电平来控制。 需注意的是当调光器与容性负载相连或镇流器正在运行并且调光器设置的非常低时镇流器没有足够的总线电压工作,双向可控硅将不能触发。由于以上原因,镇流器不能工作在调光器整个调光范围之内。当镇流器亮度调到最低达到灯熄灭点时,调光器在灯再次触发之前必须回调,因此存在滞后现象。 原理方框图 功能描述 当调光器的双向可控硅触发后,电流必须保持高于维持电流直到接近主半周期末,双向可控硅的电压非常低。

5、为达到此目的就要确保镇流器吸收电流高于在大多数调光器应用中的标准功率双向可控硅的维持电流。镇流器工作时,当Q2导通时,L2与C5之间的电压下降到最低点,在主电压的正半周期通过D2向C5充电。当Q2关断Q1开通时,L2与C5之间电压上升到最高点时,C5通过D1向储能电容C3放电。在主电压负半周期C4和C6恰好是相反,结果是在双向可控硅触发后到接近主半周期末期间,可不断的从输入吸取连续电流脉冲。电感L1确保了从输入连续吸取电流使双向可控硅在两个脉冲之间不会关断。这就要求电感必须在通过充电泵吸取电流时储存能量,在C5和C6放电期间释放能量。当灯调暗时镇流器AN1034a _频率上升,C5和C6的电流

6、也上升,保证了在所有暗光水平双向可控硅保持很好的开关性能。 缓冲器由C2和R2组成。其目的是为了减小调光器双向可控硅触发时串联电感和容性负载发生谐振所引起的振荡。实际上R1也是起这个作用,选择L1很重要,它可以有大约5欧姆的直流阻抗,以提供额外的阻尼。如果串联阻抗太低镇流器在暗光水平将不能稳定工作。 电路图 相控电压和电流 镇流器输入电压 AN1034a _镇流器输入电流 忽略高频分量,D2和D3的连接点的电压波形与调光器的输出电压一样。相对于负总线电压,它是一个带有直流偏量的近似于正弦波的相控电压,负峰值电压为0V。这个电压被R8和R13分压网络削减后馈送给D6和D5。D5阳极反映的是输入正

7、半周期时信号通过滤波网络R7,R10和C7转换成直流电平信号。因为在出现最暗电平点调光器能够为镇流器的运行提供足够的输出,实际上这个电压是绝对不为零的。当调光器调到最大值时这个电压近似为调至最小值时电压的3倍。以前我们要求在闭环系统用参考电压来控制灯电流,这样做只允许下调到灯电流的1/3,显然没有足够的范围。为此增加了偏置级,OP放大器IC1a的反相输入端与由IR2156钳位在15.6V左右的IC供电电压经R4,R5分压取出作为参考电压相连。这个正增益由R11和R6的比值来设定。 如果同相输入端电压为:Vin,R4和R5的连接点电压是Vref ,那么Vout为: (1+R11/R6)*Vin-

8、(R11/R6)*Vref 在这个电路中R6=R11则 Vout=2*Vin-Vref 选取R4,R5的值使调光器设在最小值时IC1a的输出将为零,调光器的输出上升时,IC1a的输出大约将上升到0.5V。当灯电流到达最大值时选择的电流取样电阻R14要给出0.5V电压。 IC1b是误差放大器。灯电流反馈馈送到同相输入端,控制电压馈送到反相输入端。选择输入电阻R12,R14再与10nf的电容构成一体使其具有最好的响应特性从而消除闪烁,但是要避免产生RFI。 AN1034a _IC1b的输出作为电流源,正向输出摆动越大,供给IR2156 CT引脚的电流就越大,这就会增大RT的电流供给量,并会引起CT

9、更快速的充电和频率的增加。如果IC1b的输出电流是零,由RT给出最小频率。在预热阶段频率只与RPH的设置有关与IC1b无关。R9可保证当作为调光参考电压的IC1a输出为零时,误差放大器的反相输入端有非常小的电压,也就是说不可能在某个设定点以下调光。这个点使灯保持点亮并且无闪烁的最小亮度电平来选择。如果必须除去在低照度水平时灯管中出现的条痕(黑色圆环)可以增加R23 。 调光特性 设计注意事项 保护电路 IR2156的SD引脚是在灯管取掉时起保护作用的。如果没有灯管时SD脚的电压将被提升到5.1V阀值电压以上,经R21,R22向C19充电。当灯管存在时,经过D11和R14使R21和R22连接点保

10、持低电压。 选择电流检测电阻R20,在触发模式中当频率接近谐振频率时,使触发失败,IC2将关断,从而保护Q1和Q2 。本案中没有使用Vdc脚。Vdc经过R15与VCC连接。镇流器完全由闭环系统控制频率使系统运行在最佳频率。 AN1034a _布线问题 当对这些闭环控制系统的电路布线时要注意。所有的地线应是同一个点,特别是IC1的4脚,IC2的8脚,R20,C12,R14,D12,C9,C10,C11和C14它们应由尽可能短的单根导线返回到C4的负端。这一点要尽可能的接近IC2的8脚COM端并且C21的位置要尽可能接近IC2,布线要短。这样将避免地线环路问题。D1到D4,C3和C4应靠近在一起,

11、连接线要尽可能的短。从C5和C6到半桥MOSFET的连线也要保持短,并且尽可能的远离误差放大器。C14要接近IC1和IC2并用短线连接到供电端以便提供最强的退耦。输出部分中所有传输高频电流的导线应远离IC1和IC2及其相关元件。 元件选择 在镇流器允许运行40KHZ左右的最大亮度处选择输出电感和电容,这样电感的损耗最小。以TC-DEL26W灯为例,应用IR镇流器设计辅助软件选择要求的预热,触发,运行频率,则会给出L为2.3mH,C为6.8nF。在这个电路中两个电容C5和C6增加了储存容量所以输出电容实际上4.7nF就够了。由R16,R17和C9的值计算得到预热频率为55KHz,运行频率为40K

12、Hz,触发频率在45KHz左右。 输出电感设计 设计的输出电感L2允许在高的触发峰值电流时不饱和。这一点是非常重要的,如果电感饱和IR2156将关断。触发电流与灯的类型有关,应选择合适的预热使触发电流最小。为了使电感损耗最小,应使用多股线和高质量的铁芯。最好的设计方法是尽可能的用多股线多绕几匝,在得到合适电感量时有最大的气隙。这样通过最大峰值电流时电感不会饱和。当铁芯发热时饱和点下降,因此电感中的峰值电流也将下降,那么设计不合适的电感可能导致镇流器在热态时连续触发失败。 AN1034a _灯的预热过程 在触发之前灯要有充分的预热。合适的预热电流可以从数据表或IR镇流器设计帮助软件中确定。调整C

13、10的值可以设置预热时间。一个普通的规律是在触发之前灯丝发红光。如果预热不够镇流器可能在触发阶段关断,因为输出电感在高电流要求下不能够工作。输出电感L2中辅助阴极绕组匝数的选择是:应能提供足够的预热,在镇流器和灯集成在一起的设计中,关断脚可以接地,因此电感可以饱和而不会关断电路。 灯丝(阴极)电阻在整个可调光范围内必须是冷态电阻的3至5.5倍。确定热态电阻的简单方法是首先将阴极的一端通过电表与直流电源相连,缓慢的将电压从零开始增加,每增加1V记录下电流值。一直这样做直到能够看到阴极发出红光。当这种现象出现时停止增加电压以防止阴极可能损坏。这样就可以计算出每一个电压下对应的电阻值。因此依据电阻值

14、遵循冷态电阻的3至5.5倍能得到可接受的电压范围。 当镇流器正常运行时将数字电压表跨接在一个阴极上,可以观察到最大和最小亮度时的电压,当镇流器调暗时阴极电压上升。C17和C18的值将控制电压上升的多少,减少容量将减少总的上升电压。 选择合适的值,防止在最小输出时超过电压上限。记住重要的一点,用电感的附加线圈为阴极提供预热意味着能量通过铁芯传送,因此铁芯的损耗将会上升,铁芯的工作温度也会上升。镇流器工作在最小照度时铁芯将达到最高工作温度。 下列元件值适用于26W紧凑型灯,对于特别的灯对电路进行优化后能获得最好的性能。 演示板的连接 CFL3演示板有两条长导线连接到120VAC输入电源,此板不能连

15、接高于120VAC的电源。有四个输出接线柱与紧凑灯相连接,它们位于演示板相对输入的另一边。靠上的两个与灯的一个阴极相连,靠下的两个与灯的另一个阴极相连。 AN1034a _电感规格 磁芯尺寸:E20/10/6(EF20) 气隙间距:1.0mm 磁芯材料:Philips 3C85, Siemens N27 或与其等效的材料 绕组名称 起始位 终止位 匝数 线径(mm) 主绕组 1 6 240*10/38多标准 ZX N/A N/A 辅助绕组 N/A N/A 阴极绕组 2 5 5.5 26号绝缘线(美制) 阴极绕组 3 4 5.5 26号绝缘线(美制) 物理连接 (立式6脚骨架) 脚位图示 测试

16、主绕组感量:最小值2.1mH 最大值2.4mH *根据感量要求调整匝数 AN1034a _元件表 AN1034a _注意: 如果需要消除黑环,可以增加电阻R23。 只有某些簦会有此类问题。本案没有设计此电阻安装位置,如果需要,可以安装在PCB板下面。 参考文献: 数据表:PD60182-B“IR2156镇流器IC” 参考设计IRPLCFL2“42W紧凑型莹光灯镇流器” IR网站: 上海强微电子科技有限公司 专业代理AAC、BSI、CIRRUSLOGIC、CYNTEC、DALLAS、EPCOS、 FAIRCHILD、FUJITSU、GSI、HITACHI、IR、ISSI、JAE、K-OA、MAX

17、IM、MICROCHIP、MOTOROLA、NEC 、ON、PANASONIC、POWER INTEGRATIONS、RICOH、SEMTECH、SIPEX、SSS、ST、S-USUMU、TOKIN、TOSHIBA、QUICKLOGIC 、UTRON、XICOR、XIL-INX等知名品牌的集成电路、晶体管、铁氧体、阻容器、接插件、锂电池等各类电子元器件并专业代理相关进、出口业务。 地 址: 上海市北京东路668号科技京城C区603室 电 话:(021)53081000530841515308415253084153转239 传 真:(021)53082863 网 址: http:/ 电 邮:

18、 硅整流二极管 SILICON RECTIFIERS 快恢复开关二极管 FAST RECOVERY RECTIFIERS 高效率二极管 HIGH EFFICIENCY RECTIFIERS 高反压二极管 HIGH VOLTAGE RECTIFIERS 照相闪光专用整流器 PHOTO FLASH RECTIFIERS 超快恢复二极管 SUPER FAST RECTIFIERS 小信号肖特基系列二极管 SMALL SIGNAL SCHOTTKY DIODES 肖特基系列二极管 SCHOTTKY BARRIER RECTIFIERS 小信号开关二极管 SMALL SIGNAL SWITCHING D

19、IODES 表面贴装二极管 SURFACE MOUNT RECTIFIERS 表面贴装肖特系列二极管 SURFACE MOUNT SCHOTTKY BARRIER RECTIFIERS 玻璃内钝化二极管 GLASS PASSIVATED RECTIFIERS 硅双向触发二极管 SILICON BIDIERCTIONAL DIACS 稳压二极管 ZENER DIODES 瞬态电压抑制二极管 TRANSIENT VOLTAGE SUPPERSSORS(TVS) 固态放电管 TELECOMMUNICATION PROTECTION ARRESTOR 双向电压触发二极管 SILICON BILATER

20、AL VOLTAGE TRIGGERED SWITCH 固态过电压保护管 SOLID STATE OVERVOLTAGE PROTECTOR 桥式整流器 BRIDGE RECTIFIERS 整流模块 RECTIFIER MODULE 汽车整流器 AUTOMOBILE RECTIFIERS 三相桥式整流器 THREE PHASE BRIDGE RECTIFIERS SMD DIODES & RECTIFIERSVoltage CommentsIF 0805 DPAK D2PAK Range (A) SOT-23 1206 mini-melf MELF SMA SMB SMC (TO-252) (

21、TO-263) VBR(V) Type trr(ns)150mA BAV99(1)100 switching diodes 4BAV70(1)LL4148 100 switching diodes 4BAW56(1)100 switching diodes 4MMBD7000(1)100 switching diodes 4200mA MMBD4148 100 switching diodes 4MMBD914 100 switching diodes 4BAS16 100 switching diodes 4BAS19/20/21 120-150 switching diodes 50250

22、mA MMBD4448 100 switching diodes 4MMBD4448H 100 switching diodes 4300mA TS4148-0805 100 switching diodes 4TST148-1206 100 switching diodes 41A LL4933G-37G 50-600 standard recoveryLL4001G-7G S1A-M 50-1000 standard recoveryRS1A-M 50-1000 fast recovery 150-500HS1A-M 50-1000 high efficient recovery 50-7

23、5US1A-M 50-1000 high efficient recoveryES1A-J 50-600 super fast recovery 351.5A S2A-M 50-1000 standard recoveryS2AA-MA 50-1000 standard recoveryRS2A-M 50-1000 fast recovery 150-500RS2GA-MA 400-1000 fast recovery 150-500HS2A-M 50-1000 high efficient recovery 50-75HS2AA-MA 50-1000 high efficient recov

24、ery 50-752A ES2A-J 50-600 super fast recovery 353A S3AB-MB S3A-M 50-1000 standard recoveryRS3A-M 50-1000 fast recovery 150-500HS3A-M 50-1000 high efficient recovery 50-75ES3A-J 50-600 super fast recovery 354A S4A-M 50-1000 standard recovery5A SFAD501G-8G 50-600 super fast recovery 356A SFD601G-8G(1)

25、50-600 super fast recovery 2516A SFS1601G-8G(1)50-600 super fast recovery 35NEW PRODUCTSUNDER DEVELOPMENT(1) Dual rectifierAUTOMOTIVE RECTIFIERSVoltage IF Range (A) AR ARS VBR(V) Comments25A AR25A-M ARS25A-M 50-100035A AR35A-M ARS35A-M 50-1000TAR3525 TARS3525 20 load dump rectifier/Vc 24V min 25V ma

26、x50A AR50A-M ARS50A-M 50-1000TAR5025 TARS5025 22 load dump rectifier/Vc 24V min 25V NEW PRODUCTS3 SMD SCHOTTKY RECTIFIERSVoltage IF SOT-23 SOT-23 DPAK D2PAK Range (A) (single) (dual) MELF SMA SMB SMC (TO-252) (TO-263) VBR(V) Comments200mA BAT54 BAT54A/C/S 30500mA BAT400D 40 ultra low Vf1A LL5817-19

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28、60(1)20-6010A SRD1020-1060(1)SRS1020-60(1)20-6015A MBRS1535CT-100CT(1)35-10016A SRS1620-60(1)20-60MBRS1635-60 35-6020A MBRS2035CT-100CT(1)35-100SRS2020-2060(1)20-6030A MBRS2535CT-2560CT(1)35-60NEW PRODUCTS(1) Dual rectifierTRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSORSPower leaded Surface Mount Device Stand-off Diss

29、ipation Breakdown VoltagePMAX(mW) D0-41 D0-15 D0-201 SMA SMB SMC Voltage VBR(V) VWM(V)300 SMAJ530-550(1)530-550 477-495400 SMAJ series 6.4-209 5-170P4KE series 6.8-440 5.5-376P4SMA series 6.8-200 5.5-171500 SA series 6.4-209 5-170SAC series(2)7.6-68 5-50600 P6KE series 6.8-440 5.5-376SMBJ series 6.4

30、-209 5-170P6SMB series 6.8-200 5.5-1711500 1.5KE series 6.8-440 5.5-376SMCJ series 6.4-209 5-1701.5SMC series 6.8-200 5.5-171NEW PRODUCTS(1) Only unidirectional available(2) Low capacitance seriesSYMBOL DESIGNATIONVRMStand off voltageVBRBreakdown voltageVCLClamping voltageIRMleakage currentVRMIPPPea

31、k pulse currentVFForward voltage dropVCLVBRVRMVFIPPIFIVIRMTransientVoltageClampedTransientProtectedLoadLoadTransient Current+STANDARD RECTIFIERSVoltageIF TO-220AB ITO-220AB Range (A) TS-1 A-405 D0-41 D0-15 D0-201AD R-6 P-600 TO-220AC (dual) ITO-220AC (dual) VBR(V)1A BY133 13001N4007-19 16001T1-7 1N4

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34、 SMA Voltage RangePMAX(mW) D0-41 single dual VZ(V)300 AZ23Cxx 2.7-51DZ23Cxx 2.7-51350 BZX84Cxx 2.4-511000 1N47xx 1SMA47xx 11-1001SMAxxxZ 110-200SML4736-64 6.8-1001500 1SMA5926-45 11-68NEW PRODUCTS 45 HIGH EFFICIENT RECTIFIERS trr=50ns to 80nsVoltageIF TO-220AB ITO-220AB TO-3P/ Range (A) TS-1 A-405 D

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38、) TS-1 A-405 D0-41 D0-15 D0-201AD R-6 TO-220AC (dual) ITO-220AC (dual) VBR(V) trr(ns)1A F1T1-7 FR101S-7S FR101-7 50-1000 150-500SFR1T1-7(1)SFR101S-7S(1)SFR101-7(1)50-1000 150-500F1T1G-7G FR101SG-7SG FR101G-7G 50-1000 150-500RGP10A-M 50-1000 150-500BA157-9 400-600 150-2501N4933-37 50-600 2001.5A FR15

39、1-7 50-1000 150-500SFR151-7(1)50-1000 150-500FR151G-7G 50-1000 150-500RGP15A-M 50-1000 150-5002A FR201-7 50-1000 150-500SFR201-7 50-1000 150-500FR201G-7G 50-1000 150-500RGP20A-M 50-1000 150-500BY296-9 100-800 2503A FR301-7 50-1000 150-500SFR301-7(1)50-1000 150-500FR301G-7G 50-1000 150-500RGP30A-M 50

40、-1000 150-500BY396-9 100-800 250MR850-8 50-800 100-1506A FR601-7 50-1000 150-500SFR601-7(1)50-1000 150-500FR601G-7G 50-1000 150-5008A FRA801G-7G FRAF801G-7G 50-1000 150-50010A FRA1001G-7G FR1001G-7G FRAF1001G-7G FRF1001G-7G 50-1000 150-50016A FRA1601G-7G FR1601G-7G FRAF1601G-7G FRF1601G-7G 50-1000 1

41、50-500SILASTIC PASSIVATIONGLASS PASSIVATIONSUPERDIODE GLASS PASSIVATION(1) Soft recovery SUPER FAST RECTIFIERS trr=15ns to 35nsVoltageIF TO-220AB ITO-220AB TO-3P/ Range (A) TS-1 A-405 D0-41 D0-15 D0-201AD R-6 TO-220AC (dual) ITO-220AC (dual) TO-247AD VBR(V) trr(ns)1A UG1A-D 50-200 15SFT11-8 SF11S-8S

42、 SF11-8 50-600 35SFT1G1-8G SF11SG-8SG SF11G-8G 50-600 35TBYV26C 600 302A UG2D 200 15SF21-8 50-600 35SF21G-8G 50-600 353A SF31-8 50-600 35SF31G-8G 50-600 354A UG4D 200 20SF41G-4G 50-200 355A SF54 SFAF504G 200SFF501G-8G 50-600 356A SF61-8 50-600 35SF61G-8G 50-600 358A SFA801G-8G SFAF801G-8G 50-600 351

43、0A SF1004G-Q1 200 25SF1001G-8G SFF1001G-8G 50-600 3516A SFA1601G-8G SF1601G-8G SFAF1601G-8G SFF1601G-8G SF1601PT-8PT 50-600 3520A SF2004PT-05PT 200-350 3530A SF3001PT-8PT 50-600 35SILASTIC PASSIVATIONGLASS PASSIVATIONUNDER DEVELOPMENTNEW PRODUCTSLEADED SCHOTTKY RECTIFIERSVoltageIF TO-220AB ITO-220AB

44、 TO-3P/TO-247AD Range (A) TS-1 D0-41 D0-15 D0-201AD TO-220AC (dual) ITO-220AC (dual) (dual) VBR(V)0.5A SR002-6 20-601A SRT12-10 SR102-10 20-1001N5817-19 20-402A SR202-10 20-1003A SR302-10 20-1005A MBR545 45SR502-10 20-100SR520 2007.5A MBR735-100 MBRF735-100 35-1008A SR802-10 20-100SRA820-60 SRAF820-

45、60 20-60SRA8200 20010A MBRF10100CT 100MBR1035-100 MBRF1035-100 35-100SRF10100 100SRA1020-60 SR1020-60 SRAF1020-60 SRF1020-60 20-6015A MBR1535CT-100CT MBRF1535CT-100CT 35-10016A MBR1635-100 MBRF1635-100 35-100SRA1620-60 SR1620-60 SRAF1620-60 SRF1620-60 SR1620PT-60PT 20-6020A MBR2035CT-100CT MBRF2035C

46、T-100CT 35-100MBR20200CT 200SR2020-60 SRF2020-60 SR2020PT-60PT 20-6030A MBR2535CT-60CT MBRF2535CT-60CT 35-60MBR3035PT-60PT 35-60SR3020PT-60PT 20-6040A MBR4035PT-60PT 35-60SR4020PT-60PT 35-6060A MBR6060PT 60NEW PRODUCTSUNDER DEVELOPMENT7 BRIDGESVoltageIF RB-15 DB & DBL DBLS Range (A) (low profile) WOB KBP GBL (low profile) SB-3 MB DBS (low profile) VBR(V)0.5A/ MBS

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