驱动容性负载的放大器制造技术

一种放大器(1)包括输入端子(I

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】驱动容性负载的放大器
本专利技术总体上涉及电子领域。更具体地，本专利技术涉及用于驱动诸如压电打印头的容性负载的并联混合型放大器。
技术介绍
已知用于驱动容性负载(诸如压电类型的打印头)的不同电子放大器电路。用于驱动容性负载的电子放大器电路的第一个实例是线性放大器(例如，AB类)，它可在容性负载上获得所需波形的高保真度再现(即，降低信号失真)，但是它的缺点是耗散大量功率(即，效率低)，并且在容性负载放电时不能回收存储在容性负载中的能量。用于驱动容性负载的电子放大器电路的第二个实例是开关放大器(通常表示为D类)，它可使功率耗散最小化(即，具有高效率)，但缺点是当需要跨容性负载的期望电压信号的大带宽和高压摆率时，跨容性负载的期望波形的再现的保真度高减小(即，高失真)。用于驱动阻性负载的混合放大器是已知的。混合放大器是线性放大器(例如，AB类)和开关放大器的组合，因此试图利用这两个放大器提供的优势。更具体地，混合放大器可具有串行或并联类型的架构。在串联型混合放大器中，线性放大级与开关放大级级联连接：在这种情况下，开关放大级连续改变线性放大级的电源，以减小线性放大级所耗散的功率，但是当容性负载放电时，它不可能恢复存储在容性负载中的能量的至少一部分。在并联类型的混合放大器中，线性放大级与开关放大级并联连接：在这种情况下，线性放大级控制负载上的电压，从而确保低信号失真，而开关放大级则负责负载上的大部分电流，从而获得低功耗(即，高效率)。并联类型的混合放大器用于驱动电阻性和电阻-电感负载，例如音频扬声器。申请人已经注意到，如果使用已知的并联类型的混合放大器来驱动容性负载(例如压电打印头)，以便在宽范围的容性负载值内从线性放大器级获得低电流输出，在组成开关放大级的装置中必须有非常高的开关频率(例如，至少等于10MHz)，这需要使用高性能的电子装置，尤其是它增加了功耗(即降低了效率)，因此至少部分抵消了使用并联混合放大器的优势。
技术实现思路
本专利技术涉及一种如在所附权利要求1中限定的并且通过在从属权利要求2至9中描述的其优选实施方式的用于驱动容性负载的放大器。申请人已经意识到，根据本专利技术的放大器能够以非常高的压摆率来放大输入信号，以驱动一个或多个容性负载，同时由于存在线性放大级而保持了减小的失真，并且由于存在开关放大级而保持较低的功耗，而对于大范围的容性负载值，则不需要过度增加开关放大级的开关频率。此外，根据本专利技术的放大器允许当负载放电时存储在容性负载中的能量的大部分被回收，因此进一步降低了能量消耗，从而减少了随之而来的耗散损耗。本专利技术的又一个目的是如所附权利要求10所限定的压电驱动喷墨打印头。附图说明从以下对优选实施方式及其变型的描述中，本专利技术的进一步特征和优点将变得明显，所述描述通过实例的方式参考附图提供，其中：-图1示出了根据本专利技术的并联混合型放大器的框图；-图2A更详细地示出了图1的放大器中包括的开关放大级；-图2B更详细地示出了图1的放大器中包括的测量和控制电路；-图3A示意性地示出了在放大器的输入处的电压信号和在由本专利技术的放大器驱动的容性负载上的输出处产生的信号的可能趋势；-图3B示意性地示出了包括在图1的放大器中的线性放大级和开关放大级所产生的输出电流信号的可能趋势；-图3C示出了包括在图1的放大器中的两个开关的开关信号的可能趋势，并且示出了包括在本专利技术的放大器中的开关放大级的两个使能信号的可能趋势。具体实施方式应当注意，在以下描述中，即使出现在本专利技术的不同实施方式中，相同或相似的框、组件或模块也由附图中相同的附图标记表示。参考图1，其示出了根据本专利技术的一个实施方式的并联混合型的放大器1。放大器1是具有驱动一个或多个容性负载(诸如一个或多个压电打印头)的功能的电子电路。为了说明本专利技术，简单起见，假设放大器1驱动具有电容C_o的单个容性负载5(如图1所示)；更一般地，放大器1如此驱动彼此并联连接并且具有等于C_o的等效电容的两个或更多个容性负载。例如，容性负载5由一个或多个压电打印头组成，并且其等效电容C_o的值介于160pF(在压电驱动的喷墨打印头的情况下)和160nF(在1024个并联的压电打印头的情况下)之间。放大器1包括：-输入端子IIN，适于接收输入电压信号v_i；-输出端子IO，适于产生用于驱动容性负载5的输出电压信号v_L；-线性型放大级2；-开关型放大级3；-电容器4；-第一开关10-1；-测量和控制电路8；-第二开关10-2。放大器1是并联混合型，其中，线性型放大级2与开关型放大级3并联连接，从而流过容性负载C_o的电流i_L等于在线性放大级2的输出处产生的电流i_lin和在开关放大级3的输出处产生的电流i_sw的和，即i_L＝i_lin+i_sw。如图3A中的实线所示，放大器1的输入端子IIN适于接收具有大致梯形趋势的输入电压信号v_i，具有向上和向下阶段，分别单调增加和减少。更一般而言，输入电压信号v_i是周期性的，每个周期ΔT都具有大致梯形的趋势。参考输入电压信号v_i的周期，它由四个阶段组成(再次参见图3A)：-包括在时刻t0和时刻t1之间的第一阶段，其中输入电压信号v_i具有从基本上为零的值单调增加到基本上等于电源电压VCC的值的最大电压值Vmax(例如，等于137V)的趋势；-包括在时刻t1和时刻t2之间的第二阶段，其中输入电压信号v_i具有基本恒定的趋势，其等于最大电压值Vmax；-包括在时刻t2和时刻t3之间的第三阶段，其中输入电压信号v_i具有从最大电压值Vmax单调减小到空值的趋势；-包括在时刻t3和时刻t4之间的第四阶段，其中输入电压信号v_i具有等于空值的基本上恒定的趋势。因此可识别放大器1的四个相应的工作阶段。优选地，在包括在t0和t1之间的第一阶段中，输入电压信号v_i是具有从空值线性地增加到最大电压值Vmax的趋势的向上斜坡；类似地，在包括在t2和t3之间的第三阶段中，输入电压信号v_i是具有从最大电压值Vmax线性地减小到空值的趋势的向下斜坡。例如，周期ΔT的值等于12.5微秒，最大电压值Vmax等于135伏，第一阶段(向上斜坡)的持续时间等于3微秒，第二阶段(基本上恒定的最大值)的持续时间等于3微秒，第三阶段(向下斜坡)的持续时间等于3微秒，第四阶段(基本上恒定的空值)的持续时间等于3.5微秒。因此，输入电压信号v_i具有高的压摆率(即，它在短时间间隔内其值有较大的变化)，并且具有信号本身的高重复频率。放大器1的输出端子IO适于产生输出电压信号v_L，该输出电压信号v_L也具有基本上梯形的趋势，其中单调向上和向下阶段分别增大和减小(通常，向上斜坡线性地增大，而向下斜坡线性地减小)，如图3A中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱动容性负载(5)的放大器(1)，所述放大器包括：/n-输入端子(I

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180126 IT 1020180000019671.一种用于驱动容性负载(5)的放大器(1)，所述放大器包括：
-输入端子(IIN)，所述输入端子适于接收输入电压信号(v_i)，所述输入电压信号包括：第一阶段(t0，t1)，所述第一阶段具有从基本上空值单调地增加到最大电压值(Vmax)的趋势；第二阶段(t1，t2)，所述第二阶段具有等于所述最大电压值(Vmax)的基本恒定的趋势；和第三阶段(t2，t3)，所述第三阶段具有从所述最大电压值(Vmax)单调降低到低于所述最大值的最小值的趋势；
-输出端子(IO)，适于驱动所述容性负载；
-线性型放大级(2)，包括适于接收所述输入电压信号(v_i)的输入端子(IIN)，并且包括输出端子(IO_lin)；
-开关型放大级(3)，包括连接到所述放大器的输出端子(IO)的输出端子和适于接收驱动电压信号(S_drv_sw)的输入端子，所述开关放大级被配置为根据至少一个使能信号(S1，S2)的值在关闭模式和开启模式之间切换；
-电容器(4)，具有连接到所述线性放大级(IO_lin)的输出端子(IO_lin)的端子并具有连接到所述放大器的所述输出端子的另一端子；
-第一开关(10-1)，与所述电容器并联连接，并且所述第一开关被配置为根据第一开关信号(S3)的值在闭合位置和打开位置之间切换；
-测量和控制电路(8)，配置为：
·测量在所述线性放大级的输出处产生的电流(i_lin)的值，并由所述电流(i_lin)的值产生用于所述开关放大级的驱动电压信号(S_dr_sw)；
·在所述输入信号的所述第一阶段，生成所述第一开关信号(S3)以打开所述第一开关(10-1)，并生成至少一个使能信号(S1)以使至少一部分所述开关放大级能够工作；
·在所述输入信号的所述第二阶段，生成所述第一开关信号(S3)以闭合所述第一开关(10-1)，从而使所述线性放大级的输出端子(IO_lin)与所述放大器的输出端子(IO)短路，并对所述容性负载充电，并产生所述至少一个使能信号(S1，S2)，以禁用所述开关放大级的操作；
·在所述输入信号的所述第三阶段，生成所述第一开关信号(S3)以打开所述第一开关(S2)，并生成至少一个使能信号(S2)以使至少一部分所述开关放大级(3)能够工作。


2.根据权利要求1所述的放大器，还包括第二开关(10-2)，所述第二开关(10-2)与所述容性负载并联连接，并且所述第二开关(10-2)被配置为根据第二开关信号(S4)的值在闭合位置和打开位置之间切换，
其中，所述输入电压信号(v_i)还包括第四阶段(t3，t4)，所述第四阶段具有等于具体而言是空值的所述最小值的基本上恒定的趋势，并且其中，在所述第四阶段中，所述测量和控制电路(8)还被配置为：
·生成所述第一开关信号以打开所述第一开关(10-1)；
·生成所述第二开关信号以闭合所述第二开关(10-2)，以使所述放大器的输出端子(IO)与接地参考电压短路，并将所述容性负载放电至所述接地参考电压的值；
·生成所述至少一个使能信号(S1，S2)以禁用所述开关放大级的操作。


3.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述输入电压信号(v_i)还包括第四阶段(t3，t4)，所述第四阶段具有等于具体而言是空值的所述最小值的基本上恒定的趋势，
并且其中，在第四阶段中，所述测量和控制电路还被配置为：
·生成所述至少一个使能信号(S1，S2)以禁用所述开关放大级的操作；
·生成所述第一开关信号(S3)以闭合所述第一开关，从而以基本上等于所述最小值的电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔瓦尼·米利亚扎，卢卡·拉尔谢，埃米利奥·洛伦扎尼，
申请(专利权)人：系统陶瓷股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT