壓電式噴墨打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

1、    壓電式噴墨打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)        胡曉明，吳 非，劉剛利 時(shí)間:2009年08月19日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘 要： 關(guān)鍵詞：?打印機(jī)是計(jì)算機(jī)輸出的重要外部設(shè)備，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的飛速發(fā)展，打印機(jī)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)

2、，尤其是非擊打式打印機(jī)發(fā)展更快，其中噴墨打印機(jī)以其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到青睞。目前國(guó)內(nèi)所使用的壓電式噴墨打印機(jī)成本相對(duì)較高，其驅(qū)動(dòng)電源在國(guó)內(nèi)的技術(shù)還不成熟，主要依靠進(jìn)口的電源。因此，若能開(kāi)發(fā)出與壓電式噴墨打印機(jī)配套的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，不僅在技術(shù)上有很大的創(chuàng)新性，而且還會(huì)有非常大的市場(chǎng)前景1。當(dāng)某些各向異性的晶體材料承受外部的機(jī)械力作用時(shí)，其相應(yīng)的表面會(huì)出現(xiàn)電荷，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。反之當(dāng)這種晶體置于電場(chǎng)下時(shí)，晶體會(huì)出現(xiàn)幾何變形，這被稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。壓電陶瓷是壓電材料中的一種，是能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料2。1 基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的噴墨打印機(jī)工

3、作原理? 圖1為基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的噴墨打印機(jī)工作原理圖。? 當(dāng)壓電式噴墨打印機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行打印工作時(shí)，首先通過(guò)上位機(jī)控制蠕動(dòng)泵，將墨盒中的墨水按照打印的需求，以不同的比例，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后抽到打印噴頭。同時(shí)，再通過(guò)上位機(jī)控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的工作，使其能根據(jù)用戶的需要控制打印頭的運(yùn)動(dòng)和噴射行為，最終打印噴頭將不同顏色的墨水噴射到一個(gè)盡可能小的點(diǎn)上，而大量這樣的點(diǎn)便形成了不同的圖案和圖像。打印噴頭上一般都有48個(gè)或48個(gè)以上的獨(dú)立噴嘴，每個(gè)噴嘴又能夠噴出3種以上不同的顏色：藍(lán)綠色、紅紫色、黃色、淺藍(lán)綠色和淡紅紫色。一般來(lái)說(shuō)，噴嘴越多，完成噴墨過(guò)程就越快，也就是打印速度越快，這些噴出來(lái)不同顏色的小墨滴

4、落于同一點(diǎn)上，形成不同的復(fù)色。? 適用于噴墨打印機(jī)的壓電陶瓷高壓脈沖驅(qū)動(dòng)電源，它可以在同步脈沖有效時(shí)刻輸出所需的高壓脈沖，且該脈沖可根據(jù)所配套的控制軟件進(jìn)行編程，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置輸出脈沖波形參數(shù)、調(diào)整波形特性。不同參數(shù)和特性的高壓脈沖，不僅可以控制打印噴頭的位移，還可以控制噴頭內(nèi)的壓電陶瓷體的變形度，從而達(dá)到在不同的位置，噴射不同的墨水，以及墨水量的大小。2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)? 壓電陶瓷高壓脈沖驅(qū)動(dòng)電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。? (1)工作電源：為驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源設(shè)備內(nèi)部各元件的正常工作提供所需的電壓幅值，設(shè)定為5 V和±15 V 3種電壓，供電電流要求在每種電壓下

5、均有1 A電流的負(fù)載能力，紋波要求小于1%。? (2)高壓直流輸入電源：用于將輸出脈沖的幅值提高到驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷所需的電壓幅值，設(shè)定為130150 V；為保證能達(dá)到用戶設(shè)定的電壓值，高壓直流電源要求能在滿負(fù)荷輸出的情況下保證至少有20 V的電壓裕量，高壓直流電源要求與控制電源隔離，紋波要求小于3 %。? (3)通信端口：是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源與主控軟件和上位機(jī)相互通信的接口。? (4)同步脈沖信號(hào)：是主控系統(tǒng)給出的系統(tǒng)同步信號(hào)輸入端，為數(shù)字邏輯信號(hào)，支持最大同步脈寬12 ?滋s，高電平有效，典型高電平電壓閾值為5 V，該同步脈沖需要提供5 V幅值且有5 mA的負(fù)載能力。? (5)高壓輸出脈沖：為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源輸出到負(fù)載的高壓激勵(lì)脈沖，各個(gè)通道的脈寬均由同步脈沖的寬度來(lái)確定。脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間各個(gè)通道保持一致，可以通過(guò)主控軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。各個(gè)通道的脈沖幅值可以分別調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在60120 V3之間。3 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源電路? 從圖3可以看出，控制電路與轉(zhuǎn)軌電路之間有邏輯電平激勵(lì)脈沖信號(hào)、電流控制信號(hào)以及鉗位控制信號(hào)?？刂齐娐犯鶕?jù)上位機(jī)的設(shè)定，產(chǎn)生相關(guān)的控制信號(hào)，并在轉(zhuǎn)軌電路中輸出所需要的脈沖。? 圖4為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源低壓控制部分電路框圖。