专利名称：压电致动喷头的电源供应控制电路的制作方法
技术领域：
本发明关于一种电源供应装置，尤指一种压电致动喷头的电源供应控制电路。
背景技术：
一般的喷墨打印机都会包含一个压电致动器，以便经由其周期性高速运动来喷射墨水液滴。压电致动器通常需要一个高压交流电压来对其作用而驱使压电致动器进行周期性高速运动。利用高压交流电压来驱动压电致动器，压电致动器便能够输出周期性的控制信号给单孔喷墨或多孔喷墨振动片，以驱动单孔喷墨振动片或多孔喷墨振动片进行周期性运动，借此经由喷墨打印机的单孔喷头或多孔喷头喷出墨水液滴。此外，压电致动器除了可应用于单孔喷头或多孔喷头的喷墨打印机外，亦可应用于微量给液(micro-dispensing pipette)装置，例如生化医疗实验仪器或工业点胶设备等。已知用来电源驱动压电致动器的电源供应装置由一个直流-直流转换电路及一个直流-交流转换电路所组成，其中直流-直流转换电路及直流-交流转换电路为两个互相独立的分离电路。因此，已知用来电源驱动压电致动器的电源供应装置需要使用大量的电子元件且需要线圈型变压器，进而造成电路板面积增加以及制造成本上升的缺点。已知用来电源驱动压电致动器的电源供应装置的一个例子显示于图1中，其为已知用于压电致动器的直流-交流转换电路100。如图1所示，直流-交流转换电路100包含一时序产生电路102、开关元件Q102，Q104、由谐振电容ClOl与谐振电感LlOl组成的谐振电路，以及一变压器T102。开关元件Q102，Q104设定为接收直流输入电压Vdc，并且由时序产生电路102 所提供的切换控制信号来允许直流输入电压Vdc的能量传送到变压器T102的初级侧。谐振电路(L102，C1(^)设定为产生共振，来将直流输入电压Vdc的能量传送到变压器T102的初级侧。变压器T102根据其初级侧绕组与次级侧绕组的匝数比，在其次级侧绕组上感应生成一交流电压Vac。交流电压Vac用来驱动压电致动器(未显示)。然而，图1的直流-交流升压转换电路100由于纯粹利用变压器T102的匝数比来进行升压，其升压能力不足以驱动单孔喷头或多孔喷头的喷墨打印机的压电致动器。图2显示另一种已知用来电源驱动压电致动器的电源供应装置。如图2所示，直流-交流转换电路200包含一检测电路IC2、一切换控制电路ICl、开关元件Q206，Q208、变压器Tl以及输出滤波电路仏1丄2丄6)，用以驱动一压电致动器？21\检测电路IC2用来检测直流-交流转换电路200的输出电压。切换控制电路ICl根据检测电路IC2所产生的检测结果产生切换控制信号，以控制开关元件Q206，Q208的开关切换。输入电压Vdc的能量透过开关元件Q206，Q208的开关切换传送至变压器Tl的初级侧，并且透过开关元件Q206， Q208的开关切换传送至变压器Tl的次级侧，借此在变压器Tl的次级侧产生一交流电压。 变压器Tl的次级侧所产生的交流电压经由输出滤波器(L1，L2，C6)滤除噪声后，产生一输出交流电压以电源驱动压电致动器PZT。然而，图2的直流-交流转换电路200缺点在于需要众多的电路元件，且依然需要一个线圈型变压器来进行电压转换。因此图2的直流-交流升压转换电路200不利于驱动压电致动喷头的应用中。
申请人提出一种压电致动喷头的电源供应控制电路，用以电源驱动一压电致动喷头，其中压电致动喷头的电源供应控制电路由将一个直流-直流升压调节单元及一个直流-交流输出控制单元整合为一集成电路所组成，因此可以达成电路元件数目减少、电路设计复杂度降低、不需要线圈型变压器、电源转换效率提升，以及制造成本减少的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于压电致动喷头的电源供应控制电路，其包含一直流-直流升压调节单元与一直流-交流输出控制单元，该直流-直流升压调节单元用以将一低压直流电压升压成一高压直流电压，而该直流-交流输出控制单元连接至该直流-直流升压调节单元以将该高压直流电压转换成交流电压。该直流-直流升压调节单元由一集成电路芯片的一部分与无源电路元件组成，而该直流-交流输出控制单元由该集成电路芯片的另一部分组成。
图1 已知用于压电致动器的直流-交流转换电路；图2 另一种已知用来电源驱动压电致动器的直流-交流转换电路；图3 本发明的压电致动喷头的电源供应控制电路的最佳实施例的电路图；图4A 控制信号Ca，Cb, Ea, Eb的波形图；图4B 输出电压Oal，Obl，Oa2，Ol32的波形图，以及实际输出电压0al_0a2，0bl_0b2 的波形图；图5 实际输出电压0al_0a2或0bl_0b2的扫描电压波形图；图6 本发明的压电致动喷头以及电源供应控制电路的外观图；以及图7 压电致动器的上视图。主要元件符号说明100 直流-交流升压转换电路102:时序产生电路Q102，Q104 开关元件ClOl 谐振电容 ClOlLlOl 谐振电感 LlOlT102:变压器 T102200 直流-交流升压转换电路ICl 切换控制电路IC2:检测电路Q206, Q208 开关元件Tl 变压器Li，L2，C6 输出滤波电路PZT:压电致动器300 电源供应控制电路302:集成电路芯片
304 直流-直流升压调节单元306 直流-交流输出控制单元600:压电致动喷头602 墨水液滴604 墨水暂存舱606:压电致动器608 喷嘴700:软性印刷电路板702，704:电极
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一个典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。图3显示本发明的最佳实施例的电路图。如图3所示，一电源供应控制电路300 被提供用来将一低压直流电压换成至少一组高压交流电压以驱动一压电致动器。如图3所示，一集成电路芯片302被提供以将一低压直流电压Vdc转换成一高压交流电压。集成电路300包含一直流-直流升压调节单元304与一直流-交流输出控制单元306。集成电路芯片302的一部分与无源电路元件组成直流-直流升压调节单元304，且集成电路芯片302 的另一部分组成直流-交流输出控制单元306。直流-直流升压调节单元304用来将低压直流电压Vdc升压成一高压直流电压Vo，其中低压直流电压Vdc的电压值约为2. 7V-10V而高压直流电压Vo的电压值约为40V。高压直流电压Vo可依照下列公式计算出来Vo = 1. 225 X (Rl/(R2+R3)+1)(公式 1)或依照下列公式计算出来Vo = 1. 225 X (Rl/(R2+VR1) +1)(公式 2)其中直流-直流升压调节单元304中的电阻R3与可变电阻VRl为二择一的选项。 若直流-直流升压调节单元304使用电阻R3而不使用可变电阻VRl，高压直流电压Vo可依照公式1计算出来。若直流-直流升压调节单元304使用可变电阻VRl而不使用电阻R3， 高压直流电压Vo可依照公式2计算出来。直流-交流输出控制单元306的作用在于将高压直流电压Vo作极性转换成一高压交流电压。如图3所示，直流-交流输出控制单元306提供a与b两组输出电压(Oal， 0a2)及(Obi，0b2)，其中控制a组输出电压(0al,0a2)的控制信号为Ca与fe，而控制b组输出电压(Obl，0b2)的控制信号为Cb与肪。控制信号Ca的高与低电位控制a组中彼此反相的输出电压Oal与0a2的高电压输出，而控制信号fe的高与低电位控制a组中彼此反相的输出电压Oal与0a2的输出与否。同样地，控制信号Cb的高与低电位控制b组中彼此反相的输出电压Obl与0b2的高电压输出，而控制信号肪的高与低电位控制a组中彼此反相的输出电压Obl与0b2的输出与否。主控制信号E的高与低电位同时控制所有信号的输出。信号的高电位定义为电压大于1. 5V的电压电位，而信号的低电位定义为电压小于0. 3V 的电压电位。实际输出到压电致动喷头(未显示)的两个电极的实际输出电压为0al-0a2或0bl-0b2。由此可知本发明的电源供应控制电路300将直流-直流升压调节单元304与直流-交流输出控制单元306整合在一起，形成一个集成电路，而非如已知技术一般将直流-直流升压调节单元与直流-交流输出控制单元分离为两个独立的电路单元来设计。图4A显示控制信号Ca，Cb，Ea，Eb的波形图，图4B显示输出电压Oal，Ob 1，0a2，0b2 的波形图以及实际输出电压0al-0a2，0bl-0b2的波形图。图5显示实际输出电压0al-0a2 或0bl-0b2的扫描电压波形图。由图4可以看出，输出电压Oal，Obl与输出电压0a2. 0b2 的电压值相同皆为Vo，而相位彼此相反。实际输出到压电致动器的电压0al-0a2，0bl_0b2 的波形便会如同图4B与图5所示一般，在Vo与-Vo之间周期性变化。因此，实际输出电压 0al-0a2, 0bl_0b2的波形便会类似矩形波，借此驱动压动致动片进行周期性振动。图6显示本发明的电源供应控制电路300应用到压电致动喷头的外观示意图。需注意的是在本说明书中，相似的元件以相同的元件标号来表示。如图6所示，一压电致动喷头600被提供用来喷洒墨水液滴602。压电致动喷头600包含一墨水暂存舱604，用来暂存墨水，以及一压电致动器606，用来提供周期性的振动以将墨水暂存舱604暂存的墨水经由喷嘴608喷出。压电致动喷头600更包含一电源供应控制电路300，用来电源驱动压电致动器606以使其进行周期性运动。电源供应控制电路300的电路图如图3所示。图7显示压电致动器606的上视图。如图7所示，压电致动器606为一环状结构的弹片，设置于一软性印刷电路板700上。压电致动器606经由两个电极702，704而接收电源供应控制电路300的输出电压0al，0a2。电极702，704应用输出电压0al，0a2来电源驱动压电致动器606进行周期性振动。综合上述，本发明提供一种用于压电致动喷头的电源供应控制电路，其包含一直流-直流升压调节单元与一直流-交流输出控制单元，该直流-直流升压调节单元用以将一低压直流电压升压成一高压直流电压，而该直流-交流输出控制单元连接至该直流-直流升压调节单元，以将该高压直流电压的极性转换成交流电压。由于将直流-直流升压调节单元与直流-交流输出控制单元整合在集成电路中而形成一单一的电路单元，因此可以达成电路元件数目减少、电路设计复杂度降低、不需要线圈型变压器、电源转换效率提升， 以及制造成本减少的优点。本发明得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。
权利要求
1.一种压电致动喷头的电源供应控制电路，其包含一直流-直流升压调节单元，用以将一低压直流电压升压成一高压直流电压；以及一直流-交流输出控制单元，连接至该直流-直流升压调节单元，用以将该高压直流电压的极性转换成交流电压；其中该直流-直流升压调节单元由一集成电路芯片的一部分与无源电路元件组成，而该直流-交流输出控制单元由该集成电路芯片的另一部分组成。
2.如权利要求1所述的压电致动喷头的电源供应控制电路，其特征在于该直流-交流输出控制单元用来提供多组具有相同电压值但极性相反的输出电压以驱动该压电致动喷头。
3.如权利要求2所述的压电致动喷头的电源供应控制电路，其特征在于该直流-交流输出控制单元包含多组控制信号，每组控制信号用以控制一组输出电压的产生。
4.如权利要求3所述的压电致动喷头的电源供应控制电路，其特征在于该直流-交流输出控制单元包含一个主控制信号，用以控制该多组控制信号以及该多组输出电压的产生。
全文摘要
本发明提供一种用于压电致动喷头的电源供应控制电路，该集成电路包含一直流-直流升压调节单元与一直流-交流输出控制单元，该直流-直流升压调节单元用以将一低压直流电压升压成一高压直流电压，而该直流-交流输出控制单元连接至该直流-直流升压调节单元以将该高压直流电压转换成交流电压。该直流-直流升压调节单元由一集成电路芯片的一部分与无源电路元件组成，而该直流-交流输出控制单元由该集成电路芯片的另一部分组成。
文档编号H02M7/42GK102457201SQ201010517989
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者周宗柏, 邱士哲, 陈世昌 申请人:研能科技股份有限公司