具有能量回收的压电打印头驱动器制造技术

打印头中的能量回收电路包含：至少一个波形轨道；压电致动器的阵列，其选择性地可电连接到所述波形轨道，所述压电致动器形成电容负载；至少一个伪喷射电容负载，其取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而选择性地耦合到所述波形轨道；以及第一电感器，其耦合到所述波形轨道，其中所述第一电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。在打印头中回收能量的方法包含：将波形提供到选择性地可电连接到波形轨道的压电致动器的阵列；取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而将至少一个伪喷射负载选择性地耦合到所述波形轨道；以及使用电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。

Piezoelectric printhead driver with energy recovery

【技术实现步骤摘要】
具有能量回收的压电打印头驱动器本公开涉及压电打印头，更具体来说，涉及压电打印头中的能量回收。许多喷墨打印头使用压电(PZT)元件。使用这些元件的油墨喷射器可以具有称为喷射管的层叠板，所述喷射管形成油墨歧管和压力室，其中最终板具有喷嘴或喷射器阵列。当PZT元件接收电信号时，所述PZT元件使位于压力室附近的薄膜变形并且使薄膜喷射油墨。压电元件向驱动电子装置提供主要电容负载。存储于元件的电容中的能量比转换成机械/流体运动的实际能量大得多。通常，当元件放电回到静态电压电平时，过多能量作为热量耗散。可以捕获这种能量并且将所述能量传回驱动电子装置的DC电源。存在用于驱动具有能量回收的PZT元件的电路，但是所述电路仅考虑具有单个或若干个致动器的系统。这些电路通常每个致动器需要一个电感器。这对于具有数百或数千个致动器的典型打印头来说是不切实际的。实施例是在打印头中的能量回收电路，所述能量回收电路包含：至少一个波形轨道；压电致动器的阵列，其选择性地可电连接到所述波形轨道，所述压电致动器形成电容负载；至少一个伪喷射电容负载，其取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而选择性地耦合到所述波形轨道；以及第一电感器，其耦合到所述波形轨道，其中所述第一电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。另一实施例是在打印头中回收能量的方法，包含：将波形提供到选择性地可电连接到波形轨道的压电致动器的阵列；取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而将至少一个伪喷射负载选择性地耦合到所述波形轨道；以及使用电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。图1示出打印头的图式。图2示出用于将能量传回正电源的电路的图式。图3示出用于将能量传回负电源的电路的图式。图1示出具有打印头12的打印系统10的实施例，其中所有电子装置内部地包含在打印头内。这些电子装置可以包含处理元件16、驱动器24，所述驱动器驱动喷射管26以及其个别喷射器28。打印头18通过标准化计算机接口14，例如通用串行总线(USB)接收图像数据。对于普通USB2连接上的更高频率应用，可以将来自电源17的外部DC电力应用于打印头。打印头可以包含内部产生的“点时钟”或激发信号。点时钟触发波形组，所述波形组使例如28的喷射器致动并且将油墨从喷射器喷射到打印基材。点时钟可以在打印头内部或外部产生。内部源可以锁相到外部编码器。图1的打印头架构可以称为“独立”打印头。应注意，术语“独立”不排除使用外部组件，但是为独立的，因为这些组件是任选的。在图1中，计算机15具有与打印头12的标准化计算机接口14。符合公开标准的任何计算机接口。图像数据在标准化计算机接口电缆上以32位字形式来自计算机15，以作为图像列顺序的喷射数顺序每次喷射一个字。当在外部或在内部提供点时钟时，打印头消耗数据。计算机接口连接到处理元件16。处理元件是可以缓存和处理图像数据以产生使驱动器激发喷射器所需的波形的任何装置。在一些实施例中，这可以是现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)，或能够响应于点时钟缓存数据并且产生喷射波形的其它装置，这表示进行制造和编程以提供对打印头的控制的集成电路。处理元件16产生VPP和VSS波形，驱动器24使用所述VPP和VSS波形来激发喷射器，例如28。处理元件16外部的模拟电路20和22完成VPP和VSS波形轨道的实施。这还可以包含DC电力转换器18，所述DC电力转换器连接到外部DC电源17或通过USB接口来自计算机的电源。应注意，这里的实施例涉及这种类型的独立打印头，但还可用于具有打印头外部的打印控制器的传统打印头。在以下论述中，此处识别为FPGA，但不限于所述实施例的来自处理元件16的信号将替代地来自打印头外部的打印控制器。完成VPP和VSS波形轨道的产生的模拟电路还可以在打印头外部。如先前所提及，典型的压电打印头的致动器元件形成驱动电子装置的主要电容负载。存储于元件的电容中的能量比在元件致动时转换为机械运动的实际能量大得多。这种电容能量常规上在波形产生时或在打印头驱动器电子装置中作为热量耗散。图2示出捕获电容能量并且将电容能量传回正电源的电路的实施例。在图2中，电路30具有若干功能“块”或区域。半桥32从处理元件接收信号，即VPP_HBRIDGE_H(高)和VPP_HBRIDGE_L(低)。半桥32以及其输出电感器L1和基本负载电容器C10和VPP_CLAMPM7用于产生VPP2波形脉冲。VPP2通过耦合电容器C9连接到VPP，这允许VPP具有DC偏置。区域36含有电平移位器和钳位FETM6以管理VPP轨道上的偏置。区域38含有伪喷射负载。块30将定时反馈提供到处理元件16，在此实施例中提供到FPGA，对于每次VPP脉冲结束，当VPP2正接近0V时，当VPP正接近其静态偏置电压时发信号通知。如果打印头喷射器可以在压电致动器薄膜的机械谐振下运行，并且仅激发液滴的延长爆发，则能量将存储于机械谐振中并且用于后续液体喷射。然而，喷射波形不处于此机械谐振频率下，也不限于长时间的液滴爆发，因此能量回收变得有点棘手。代替使用机械谐振，产生新的电感器/电容器(L/C)谐振。此谐振中的能量不直接用于后续液滴，而是在每个波形脉冲结束时传回DC电源。在此实施方案中，存在两个L/C谐振电路，一个用于正波形脉冲(VPP)且另一个用于负波形脉冲(VSS)。L/C谐振频率被设计成匹配VPP和VSS波形脉冲宽度。其它实施方案可以仅具有一个波形，正波形或负波形，但不具有两个波形。对于图2中的VPP，L/C谐振电路由L1以及L1之后的总负载电容组成，所述总负载电容此处称为波形轨道电容。波形轨道电容由所有激发喷射器的压电元件、基本负载C10和C15(如果由M8启用)，以及启用的伪喷射负载C5、C6和/或C7组成。为了保持VPP脉宽大致恒定，波形轨道电容必须从一个打印头激发到下一打印头激发保持大致恒定。为了实现此，当激发所有喷射器时，没有电容C5、C6或C7切换到电路中。取决于将激发的喷射器的数目，这些伪喷射负载中的一个、两个或三个按需要接通以保持波形轨道电容大致恒定。如果喷射器28需要包含宽度显著不同的VPP脉冲的复合波形，则在较宽VPP脉冲期间启用电容其C15以降低L/C谐振频率。在图2中，波形产生取决于L1处的电感器/电容器谐振电路。电容器由称为波形轨道电容的VPP轨道上的所有电容的总和组成。这包含来自图1的PZT驱动器24内的寄生电容、在电容器C10处有意地添加在此驱动电路中的电容，并且任选地，所述波形轨道电容可以包含C15、C5、C6和C7。C10是所包含的基极电容，使得其它电容变化源具有总电容的较小百分比。C10需要能量来充电，几乎所有能量都被回收，因此存在极小的净功耗。C15调节谐振频率，以允许调节PZT驱动波形内的不同脉冲的脉冲宽度。电容器C5、C6和C7以及其下方的电容器和电阻器C4、R5、C11、R6和R7模拟PZT喷射致动器的电容和消耗基于不会在任何特定波形脉冲上激发的“真实”喷射器的数目，当FETM3、M4和/或M5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种打印头中的能量回收电路，其包括：/n至少一个波形轨道；/n压电致动器的阵列，其选择性地可电连接到所述波形轨道，所述压电致动器形成电容负载；/n至少一个伪喷射电容负载，其取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而选择性地耦合到所述波形轨道；以及/n第一电感器，其耦合到所述波形轨道，其中所述第一电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。/n

【技术特征摘要】
20180720 US 16/0409491.一种打印头中的能量回收电路，其包括：
至少一个波形轨道；
压电致动器的阵列，其选择性地可电连接到所述波形轨道，所述压电致动器形成电容负载；
至少一个伪喷射电容负载，其取决于多少压电致动器连接到所述波形轨道而选择性地耦合到所述波形轨道；以及
第一电感器，其耦合到所述波形轨道，其中所述第一电感器与波形轨道电容形成谐振电路并且将能量传回电源。


2.根据权利要求1所述的打印头中的能量回收电路，其中所述波形轨道是正电压波形轨道。


3.根据权利要求1所述的打印头中的能量回收电路，其中所述波形轨道是负电压波形轨道。


4.根据权利要求1所述的打印头中的能量回收电路，进一步包括正波形轨道和负波形轨道；用于与正波形轨道电容形成谐振电路的所述第一电感器；以及用于与负波形轨道电容形成第二谐振电路的第二电感器。


5.根据权利要求1所述的打印头中的能量回收电路，其中所述至少一个伪喷射负...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·尼里姆，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US