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医疗用电源的及高品质医疗用AC-DC产品的技术特性

电子设计 ? 来源:广州金升阳科技有限公司 ? 作者:广州金升阳科技有 ? 2021-04-14 09:25 ? 次阅读

医疗设备产业是关系到人类生命健康的新兴产业,近十余年来,在世界发达国家一直保持着很高的市场年增长率,因而被誉为朝阳产业。随着医疗水平的提高,越来越多先进的医疗设备广泛运用在了各种医疗场合。电源作为医疗设备的重要组成部分,它相对于其他种类的电源产品有更为严苛的要求。本文重点介绍医疗用电源的特殊要求以及金升阳公司高品质医疗用AC-DC产品的技术特性。

医疗电源的特殊要求

目前,医疗设备大多采用开关电源。随着电子技术的发展,开关电源不仅体积大大缩小,重量减轻,而且能耗大幅降低,并提高了可靠性。使用交流供电的医疗诊断、测量和治疗设备,可能会由于不合适的接地和电绝缘产生漏电流,而使患者以及医疗人员暴露在电击、烧伤、内脏器官损伤和心律不齐等潜在危险之中。

鉴于医疗设备的特殊使用环境,医疗用电源产品在安全性和可靠性方面有着更为严苛的要求。例如,必须满足IEC60601-1安规的绝缘和漏电流要求,或其相关标准,诸如:EN60601-1、UL60601-1和CSA22.2第 601.1 M90标准。表1总结了IEC 60601-1医疗设备的安规要求。

表1 IEC60601-1安全标准要求

另一方面,医疗设备的电磁辐射和电磁辐射防护是医用电源的一个重要参数标准,涉及到电涌和瞬变电流强度、静电放电(ESD)电平,以及射频干扰(RFI)防护能力。许多医疗应用都涉及RF治疗仪或无创电子手术器械,因此电源必须能抵御干扰,不受影响。

合格的医用电源应符合与EMC相关技术要求相配合的EN60601-1-2标准。不仅如此,医用电源还必须满足 IEC61000-4-2(静电防护能力,要求达到3kV)、IEC61000-4-3 (射频辐射防护能力,要求达到3V/m)、IEC61000-4-4 EFT(电压瞬变承受能力,要求达到1kV)、IEC61000-4-5(市电涌流承受能力,要求达到1kV和2kV)、IEC61000-3-2 (市电线路谐波要求)、IEC61000-3-3(电力线闪变要求),以及EN55011(A类产品或B产品辐射限制)等要求。

此外,涉及到特定应用场合还有一些特殊要求,例如,系统可能要在急救车上使用,可能会出现电压冲击情况,这种电源至少应符合IEC 68-2-29标准;有些设备是便携设备,可能在直升机上使用,因而会出现随机性振动,此种电源应符合MIL-STD-810E标准。

金升阳LD系列产品特性

金升阳公司致力于医疗用ACDC电源的开发,目前拥有LD05,LD10系列产品,产品的原理框图如图1所示。产品在设计过程中始终以高的可靠性为目标,在设计中的每一个环节都体现了这一点。

图1 LD系列产品原理框图

首先,产品控制芯片的可靠性对产品可靠性起着至关重要的作用。我们的产品选用安森美半导体公司的PWM控制芯片,由于芯片功能十分强大,只需要外接少数元件就能构成完整的开关电源,因此大大简化了产品的设计,从某种意义上讲也大大提高了产品的可靠性。另外,芯片的待机功耗很低,能够提供符合美国能源之星和欧洲蓝天使标准的解决方案,空载状态下同时能达到国际能源机构(IEA)最新建议的要求。芯片的短路保护功能还能通过持续监视反馈线的状况,检测到出现短路的情况,并立即减小输出功率,从而对整个电源及后级电路实现保护。一旦短路情况消失,控制器便恢复正常工作。这一功能也极大提高了产品在异常条件下的可靠性。

其次,在模块电源的热设计方面我们也做了很多有益的研究。MTBF是电源可靠性的计量指标,而影响MTBF的最重要因素是部件的温度。因此要提高电源的可靠性,如何保持较低温度至关重要。模拟的方法有助于把一些抽象变得比较直观,因此我们引进了电热模型。所谓电热模拟就是用导热电回路来模拟电子器件的散热回路,用电参数模拟热量的传递。具体地讲,即用电路中的电流来模拟热路中的热量(计算中,常用半导体器件的耗散功率PD来代替热量Q),用电流的流动来表示热流的传递。电压U相当于器件温度到环境温度之温差△T,电阻R相当于热阻Rth。当然,除了模拟的热能传递,在设计及验证过程中,大量的高低温可靠性试验也用来验证、完善产品的热设计。

第三,对产品EMC特性的严格要求,保障自身及系统可靠工作。人们对电子产品的EMC越来越关注,世界各国和组织对电子产品的相关限制也做出了相应规定。比较典型的标准包括:美国联邦通信委员会(FCC) 规则及条例第15部分;国际电工委员会中TC77的IEC61000部分;国际无线电干扰特别委员会(CISPR)的CISPR22(信息技术设备);欧盟的EN55022(信息技术设备);中国的 GB9254-1998(信息技术设备)是从CISPR的CISPR22转换而来的。

通常,形成电磁干扰的条件有三个:向外发送电磁干扰的源(噪声源)、传递电磁干扰的途径(噪声耦合和辐射)、承受电磁干扰的客体(受扰设备)。因此,抑制电源产品的电磁干扰也要从这三个方面着手。采用以下几个手段来解决产品的EMC问题:1. EMI滤波器的选择选用;2. 输入与输出滤波网络设计的优化;3. 缓冲电路的应用;4. 尽量缩小高频环路面积;5. 优化地线设计;6. 屏蔽的应用。

除了在设计中保证的高可靠性,LD系列模块电源产品还具有以下特点:

体积小、功率密度高。金升阳的LD系列电源体积很小,其中:LD05系列电源的输出额定功率为5W,全球通用电压输入,体积为50.08*25.4*15.16mm。LD10系列电源的输出额定功率为10W,全球通用电压输入,体积为53*28*19mm,如图2所示。这类小体积电源,为小型医疗设备节省了大量的元器件空间,因而为设备的小型化提供了可能。

图2 LD10系列产品外形尺寸

安全性能好。该系产品严格按医疗电源的要求设计。在安规设计上,输入和输出之间的距离均达到8mm以上,输入和输出之间耐压达到4000VAC/1min。输入对输出的漏电流也很小,其中LD05系列内部无安规电容设计,使得漏电流几乎为零;LD10系列也仅为100μA以下。LD05、LD10系列电源已通过 EN60601医疗认证(证书号分别是:E/CE2995090218023、E/CE3180090723209)和UL60950的安全认证(证书号分别是:E235235-A17-UL-1和E235235-A18-UL-1)。

EMC性能好。产品通过了中国第五电子研究所赛宝实验室的全面EMC测试并取得证书。详见表2。

表2 产品EMC测试标准及结果

完善的应用指南。为使客户更好地使用产品,LD系列产品都提供详尽的典型应用电路,如图3所示(具体参数可参加产品技术手册)。客户可以根据自身的使用需求来选择合适的应用电路。

图3 典型应用电路

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    Integrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器具有IC控制的脉宽调制 (PWM) 调光和混合调光功能,非常适合用于汽车仪表板和信息娱乐显示屏。集成电流驱动,每路可支持高达150mA LED灌电流。该器件采用2.5V至36.0V的宽输入电压范围,并能承受汽车负载突降事件。 内部电流模式直流-直流开关控制器可配置为升压或SEPIC拓扑,工作频率范围为400kHz至2.2MHz。集成的扩频有助于降低EMI。该器件采用自适应输出电压调节机制,可最大限度地降低LED电流驱动通路的功耗。 包含用于外部nMOSFET系列开关的控制,以降低背光关闭时的静态电流,并在发生故障时断开升压转换器。 MAX25014符合AEC-Q100标准,采用24引脚TQFN封装,设计用于在-40°C至+125°C温度范围内工作。 特性 宽电压范围运行 启动后工作电源电压低至2.5V 承受高达40V的负载突降 高度集成 完整的4通道解决方案,包括升压控制器 I2C控制,可最大限度地减少元件数量 ...
    发表于 10-28 14:55 ? 122次 阅读
    MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

    LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

    oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45µA(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: ±1%(25°C时的典型值) ±3%(包括线路...
    发表于 10-28 09:50 ? 181次 阅读
    LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

    M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

    oelectronics M95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40°C至85°C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线 存储器阵列: 4mbeeprom 512字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40°C至85°C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...
    发表于 10-28 09:37 ? 209次 阅读
    M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

    MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

    Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:±8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3μA 压降:110m...
    发表于 10-21 10:50 ? 415次 阅读
    MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

    MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

    Integrated MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本 (MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:±1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8μA(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...
    发表于 10-21 10:20 ? 237次 阅读
    MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

    MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

    Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC™降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40°C至+125°C范围内的反馈电压调节精度为±1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...
    发表于 10-21 09:59 ? 170次 阅读
    MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

    NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

    5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 ? 232次 阅读

    NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

    5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
    发表于 07-29 22:02 ? 490次 阅读

    NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

    是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td> 60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...
    发表于 07-29 22:02 ? 505次 阅读

    NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

    是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
    发表于 07-29 21:02 ? 478次 阅读

    LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

    V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 21:02 ? 605次 阅读

    NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

    74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 20:02 ? 343次 阅读

    NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

    76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 20:02 ? 387次 阅读

    LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

    JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 19:02 ? 354次 阅读

    NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

    38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 18:02 ? 540次 阅读

    NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

    48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 18:02 ? 190次 阅读

    NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

    0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor??e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 18:02 ? 369次 阅读

    NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

    8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor??e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 17:02 ? 316次 阅读
    NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口
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