控制设备及其控制方法与流程

本发明涉及一种控制设备及其控制方法。

背景技术：

近年来，随着喷墨打印设备(以下称为打印设备)的打印速度和打印分辨率的提高，用于排出墨的喷嘴的数量不断增加。在通过使用如此的打印设备来形成图像的情况下，电力消耗根据图像的浓度而改变。例如，在通过使用热方法来将大量的墨排出到纸面上而形成高浓度图像的情况下，喷嘴的排墨口附近配置的大量加热器被瞬间接通，因此在短时间段内有大电流流过。

在设计供给大的瞬时电流的电源的情况下，通常需要降低电源的阻抗。作为打印机所用的一个方式，已知有将电解电容器连接至打印头附近的电力供给线的方法。由于电解电容器中所储存的电荷被供给为瞬时电力，因此即使在有大的电流瞬时流过的情形下，也可以防止热驱动电压下降并且实现稳定的排墨。近来，对于喷嘴的数量有所增加的头部，需要增大该电解电容器的电容。另外，电源自身的供给电力需要与喷嘴的数量的增加相应地增大。

另一方面，为了缩短打印设备的处理时间，需要缩短大电容电解电容器的充电和放电各自的时间，因此流经充电电路和放电电路的电流趋于增大。然而，电流的这种增大会增加充电电路和放电电路的发热。例如，日本特开2010-30284公开了通过经由电阻器进行充电和放电来限制电流的方法。

遗憾的是，由于仅需要进行使用电阻器的电流限制，因此可以降低日本特开2010-30284所公开的充电电路和放电电路的成本，但该结构无法缩短充电时间和放电时间。

技术实现要素：

为了解决上述问题而作出本发明，并且本发明通过使用大电容电解电容器作为打印头的电源来在抑制放电电路的发热的情况下缩短放电时间。

根据本发明的一个方面，一种控制设备，其包括用于供给电力的电源单元，所述控制设备的特征在于还包括：电容器，其连接至从所述电源单元向打印头延伸的电力供给线；放电电路，用于释放所述电容器中所储存的电荷；以及控制单元，用于控制所述放电电路所进行的放电操作期间的电流值，以使得该电流值随着所述电容器的电压值的减小而增大。

根据本发明的另一方面，一种控制设备的控制方法，所述控制设备包括：电源单元，用于供给电力；电容器，其连接至从所述电源单元向打印头延伸的电力供给线；以及放电电路，用于释放所述电容器中所储存的电荷，所述控制方法的特征在于包括以下步骤：控制所述放电电路所进行的放电操作期间的电流值，以使得该电流值随着所述电容器的电压值的减小而增大。

本发明可以缩短要用作打印头的电源的电解电容器放电时间。另外，本发明可以抑制发生短路时的放电电路的发热。

根据以下(参考附图的)典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据实施例的打印头的驱动电源的控制电路的结构示例的图；

图2A和2B是示出向根据实施例的打印头供给电力的操作的流程图；

图3是与根据实施例的电解电容器有关的时序图；

图4A、4B和4C是控制根据实施例的打印头的电源的情况下的状态转换图；

图5是示出根据现有技术的在对头部电源进行放电并且发生短路故障的情况下的头部电源电压的时序图；

图6是示出根据现有技术的在对头部电源进行放电并且发生短路故障的情况下的头部电源电压的时序图；以及

图7是示出根据实施例的在对头部电源进行放电并且发生短路故障的情况下的头部电源电压的时序图。

具体实施方式

以下将参考附图来说明本发明的实施例。注意，以下要公开的打印设备可以是具有单个功能的打印机，还可以是具有多个功能的多功能设备。

第一实施例

电路结构

图1是示出打印设备的控制电路的主要结构的示例的框图。参考图1，电源电路101作为电源单元进行工作，并且从AC电源提供用于驱动打印头3的DC电压。在电源电路101中，V_M表示要用在向打印头3供给电力的头部电源中的输出DC电压。

CPU 123控制打印设备整体。ROM 124是非易失性存储区域，并且存储用于控制打印设备整体的程序和设置参数。RAM 125是易失性存储区域，并且用作将从外部接收的打印作业转换成打印数据并且展开程序的工作区域。

头部电源控制块102是用于控制头部电源的部位，并且包括电压检测电路121和头部电源控制序列器122。该头部电源控制块102还包括输出端子PO₁、PO₂和PO₃以及输入端子PI₁。电压检测电路121是用于检测要供给至打印头3的电源电压的电路。电压检测电路121可以是AD转换器，并且还可以是通过配置多个比较器而具有多个阈值的电路。在本实施例中，头部电源的电压通过电阻器111和112来分压，并且从输入端子PI₁输入至电压检测电路 121。

CPU 123和头部电源控制电路102可以作为一个集成电路安装在LSI(大规模集成电路)上，还可以安装在不同的LSI上。

打印设备还包括打印头3、FET 103、晶体管104和电解电容器105。FET 103是在打印头3需要高电力以进行打印操作的情况下要接通的FET(场效应晶体管)。在本实施例中，通过使用PMOS接通和断开晶体管104，来打开和关闭门极。如图1所示，FET 103配置在电源电路101和打印头3之间的电力供给线上。晶体管104连接至头部电源控制块102的输出端子PO₁，并且利用来自PO₁的信号的高/低来接通和断开晶体管104。电解电容器105向打印头3供给电力。

图1中的点线所示的充电电路106和放电电路107是在对电解电容器105进行充电和放电的情况下要使用的电路。充电电路106是具有电流镜结构的恒流电路，并且电流源108产生基准电流。通过从头部电源控制块102的输出端子PO₂输出的信号来控制电流源108，并且可以根据该信号来对多级电流值进行切换。

放电电路107是用于释放电解电容器105中所储存的电荷的电路。如充电电路106，放电电路107具有电流镜结构。在放电电路107中，恒流源109产生基准电流。此外，通过从头部电源控制块102的输出端子PO₃输出的信号来控制恒流源109，并且可以如电流源108那样对多级电流值进行切换。

如上所述，本实施例包括大电容电解电容器作为打印头的电源，并且还缩短该电解电容器的充电/放电时间。此外，还可以在电解电容器的放电完成之后放电电路短路的情况下，抑制放电电路的发热。注意，“短路”表示“短接至电源”。

操作过程

将参考图1～图3中的(C)来说明头部电源控制序列。图2A和2B示出在打印 设备接收到打印命令并且从没有对打印头3施加电源电压的状态起打印头3接通电源并且进行打印操作的情况下的过程。图3是与图2A和2B所示的控制相关联的时序图。在图3中的(A)中，纵轴表示电解电容器的电压[V]，而横轴表示时间的经过。在图3中的(B)中，纵轴表示电流值[A]，而横轴表示时间的经过。注意，在图3中的(B)中的纵轴上，原点上方的部分是充电电流，而原点下方的部分是放电电流。在图3中的(C)中，纵轴表示头部电源控制块102的输出端子PO₁的电压电平，而横轴表示时间的经过。注意，图3中的(A)～(C)所示的时间经过的时刻彼此对应。

该控制序列大致分成作为电解电容器105的充电时间段(充电操作)的步骤S201～S207、作为打印操作时间段(打印操作)的步骤S208～S214、以及作为电解电容器105的放电时间段(放电操作)的步骤S215～S221。

此外，图2A和2B所示的I_chg1、I_chg2和I_chg3表示充电电流的值，并且根据电解电容器105的电压状态以及根据相对于电压的阈值V_th1和V_th2来切换这些值。如上所述，头部电源控制块102控制充电电流的切换。充电电流的值之间的关系为I_chg1<I_chg2<I_chg3。阈值之间的关系为V_th1<V_th2。注意，V_th3是高于V_th2并且低于V_M的电压，并且是用于检测电解电容器105的充电是否完成的阈值。

同样地，图2A和2B所示的I_dis1、I_dis2和I_dis3表示放电电流的值，并且根据电解电容器105的电压状态以及根据相对于电压的阈值V_th1和V_th2来切换这些值。头部电源控制块102控制放电电流的切换。注意，放电电流的绝对值之间的关系为I_dis3<I_dis2<I_dis1。例如，I_dis3是“-1A”，I_dis2是“-2A”，而I_dis3是“-3A”。放电电流随着电解电容器105的电压值的减小而增大。

在充电时间段内进行电流值的切换以在满足充电用FET的热限制的同时尽可能快地完成充电。即，需要进行设置，以使得通过充电电路106的充电用FET的漏源电位差和流过的电流的乘积所计算出的热满足充电用FET的容许损失。例如，在电位差是(V_M-V_th1)并且电流是I_chg1的情况下，通过 (V_M-V_th1)×I_chg1来表示发热量。在本实施例中，进行设置以使得发热量(V_M-V_th1)×I_chg1、(V_M-V_th2)×I_chg2和(V_M-V_th3)×I_chg3分别等于或小于预定的容许损失。

同样地，在放电时间段内进行电流值的切换以在满足放电用FET的热限制的同时尽可能快地完成放电。即，需要进行设置，以使得通过放电电路107的放电用FET的漏源电位差和流过的电流的乘积所计算出的热满足放电用FET的容许损失。在本实施例中，进行设置以使得发热量分别等于或小于预定的容许损失。注意，在本实施例中，利用三级来表示电流值的切换，但这仅是示例，因此级数可以增加或减少。例如，可以根据充电用FET和放电用FET的容许损失的值，来进行两级或者四级以上的控制。因此，根据切换时刻，通过来自头部电源控制块102的输出端子PO₂和PO₃的信号来控制电流源108。

图3中的(A)示出在充电时间段311期间电压上升曲线随着电压上升而变陡。这是因为，如图3中的(B)所示，在电解电容器的电压超过阈值V_th1的时刻301，充电电流值从I_chg1切换至I_chg2。在电解电容器的电压超过阈值V_th2的时刻302，充电电流值从I_chg2进一步切换至I_chg3。因而，从电压开始上升的时刻到图3中的(A)所示的时刻301为止，电源电路101和电解电容器105之间的电位差大。如果在这种情形下大电流流过，则充电电路106的发热量增加。因此，在从电压上升开始到图3中的(A)所示的时刻301为止的期间，通过选择图3中的(B)所示的I_chg1作为充电电路106的电流值，能够抑制充电电路106的发热。

另一方面，随着时间的经过，电源电路101和电解电容器105之间的电位差减小。即，即使在流过大于I_chg1的电流的情况下，也可以抑制发热。因此，在电位差减小的时刻301和时刻302之间的时间段内，充电电路106供给比I_chg1大的I_chg2。因此，在抑制充电电路106的发热的情况下，可以缩短充电时间。 同样，由于从时刻302到时刻303电位差进一步减小，因此充电电路106可以供给I_chg3。这可以进一步缩短充电时间。即，选择使充电时间缩短的充电电流值。

在图2A和2B中处理开始的情况下，在步骤S201中，头部电源控制块102选择I_chg1作为充电电流值，并且将控制信号从PO₂输出至充电电路106。相应地，充电电路106输出充电电流值I_chg1。

在步骤S202中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否超过V_th1。维持充电电流的值(I_chg1)直到超过V_th1为止。如果电解电容器105的充电电压超过V_th1(步骤S202中为是)，则处理进入步骤S203，并且头部电源控制块102将控制信号从PO₂输出至充电电路106，以将充电电流值从I_chg1切换至I_chg2。这与图3中的(B)中的时刻301相对应。

同样，在步骤S203～S205中，头部电源控制块102进行控制，以将充电电流值从I_chg2切换至I_chg3。这与图3中的(B)中的时刻302相对应。

在步骤S206中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否达到V_th3。如果充电电压达到了V_th3(步骤S206中为是)，则在步骤S207中，头部电源控制块102将充电电流值切换成I_keep。I_keep是用于保持充电电压并且检测头部漏电的增加的电流值。该切换时刻与图3中的(B)中的时刻303相对应。

在步骤S208中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否为V_{th_error}以下。更具体地，CPU 123监视电解电容器105的充电电压。将在稍后说明CPU 123所进行的该监视。如果电解电容器105的充电电压为V_{th_error}以下(步骤S208中为是)，则头部电源控制块102判断为处理不可执行，并且将该处理作为错误终止。

如果电解电容器105的充电电压高于V_{th_error}(步骤S208中为否)，则在步骤S209中，头部电源控制块102判断是否要开始打印操作。更具体地，在完成打印数据的准备并且从CPU 123接收到打印操作开始指示的情况下，头部电 源控制块102判断为要开始打印操作。如果头部电源控制块102判断为不开始打印操作(步骤S209中为否)，则处理返回至步骤S208并进行等待。

如果要开始打印操作(步骤S209中为是)，则在步骤S210中，头部电源控制块102将PO₁的输出改变成“高”。这与接通图1中的FET 103等效，并且与图3中的(C)中的时刻304相对应。注意，通过接通FET 103，电源电路101向打印头3供给打印所需的电力。另一方面，在接通FET 103并且电源电路101正向打印头供给电力期间，头部电源控制块102保持供给I_keep作为向电解电容器供给的电流。这与图3中的(C)中从时刻304到时刻305的时间段相对应。

在步骤S211中，驱动头部以开始打印操作。

在步骤S212中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否为V_{th_error}以下。更具体地，如步骤S208中那样，利用CPU 123来进行该监视，并且持续监视直到打印操作完成为止。如果电解电容器105的充电电压为V_{th_error}以下(步骤S212中为是)，则头部电源控制块102判断为打印操作不可继续，并且将该处理作为错误终止。

之后，如果打印操作完成(步骤S213中为是)，则在步骤S214中，头部电源控制块102将PO₁的输出改变成“低”。这与断开图1中的FET 103等效，并且与图3中的(C)中的时刻305相对应。注意，在该时间点，如图3中的(B)所示，维持I_keep作为向打印头3供给的电流。在本步骤中，还可以判断是否还要进行后续的打印操作，并且如果还有执行打印操作的需要，则返回至步骤S210并且重复该处理。

在打印操作完成之后，在步骤S215～S221中，头部电源控制块102执行使作为头部电源的电解电容器105放电的控制。即，头部电源控制块102在进行控制以随着电解电容器105的电压的降低而减小电流值的情况下，通过使用放电电路107来进行放电。在该放电中，如充电那样，需要满足放电电路107中的FET的热限制。放电电路107中的FET的源漏电位差是GND和头部电源电 压之间的差，因此该电位差随着头部电源的电位的上升而增大。

在步骤S215中，头部电源控制块102选择I_dis3作为放电电流值，并且将控制信号从PO₃输出至放电电路107。相应地，放电电路107设置I_dis3作为放电电流值，并且进行放电。这与图3中的(B)中的时刻306相对应。

在步骤S216中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否为V_th2以下，并且维持I_dis3直到充电电压变成V_th2以下为止。如果电解电容器105的充电电压为V_th2以下(步骤S216中为是)，则头部电源控制块102将控制信号从PO₃输出至放电电路107，以将放电电流值切换成I_dis2(步骤S217)。这与图3中的(B)中的时刻307相对应。

之后，同样地，通过步骤S218和S219中的处理来控制放电电流值。

通过在步骤S215～S219中如此执行处理，可以在抑制放电电路107的发热的情况下，缩短电解电容器105的放电时间。这将在以下详细说明。在时刻306到时刻307之间，电解电容器105和GND之间的电位差大。如果在这种情形下流过大电流，则放电电路107的发热量增加。因此，在时刻306和时刻307之间，通过选择图3中的(B)中的I_dis3作为放电电路107的电流值，可以抑制放电电路107的发热。另一方面，电解电容器105和GND之间的电位差随着时间的经过而减小。即，即使在使比I_dis3大的电流进行放电的情况下，也可以抑制发热。因此，在电位差减小的时刻307到时刻308之间的时间段内，放电电路107选择要放电的电流的量与I_dis3相比更大的I_dis2。作为结果，可以在抑制放电电路107的发热的情况下，缩短放电时间。同样地，在时刻308到时刻309之间的时间段内电位差进一步减小，因此放电电路107选择I_dis1。这可以进一步缩短放电时间。即，选择缩短放电时间的放电电流值。

在步骤S220中，头部电源控制块102判断电解电容器105的充电电压是否为V_th0以下，并且维持I_dis1直到电解电容器105的充电电压是V_th0以下为止。如果电解电容器105的充电电压为V_th0以下(步骤S220中为是)，则处理进入步骤 S221，并且头部电源控制块102将控制信号从PO₃输出至放电电路107，以将放电电流值切换成I_diskeep。这与图3中的(B)中的时刻309相对应。I_diskeep是电流限制值。因此，在头部电源完成放电并且在放电电路107前后不存在电位差的情况下，没有电流流过。因而，控制处理完成。

CPU的操作

以下将说明根据本实施例的CPU 123的操作。CPU 123管理打印操作的整体控制并且管理头部电源的正常操作。以下将说明详情。

(1)在接收到外部打印命令的情况下，CPU 123开始准备打印数据，并且将用于接通头部电源的命令输出至头部电源控制块102。头部电源控制块102接收到该命令，并且开始图2A和2B所示的过程。

(2)在准备打印数据期间，CPU 123监视头部电源控制序列器122的状态。稍后将参考图4A～4C说明该状态的详情。如果CPU 123检测到状态是充电状态或保持状态，则CPU 123定期地监视电压检测电路121的输出值或者通过直接输入电阻器111和112之间的分压电压并利用AD转换对所输入电压进行转换而获得的值。如果该值是与“电解电容器105的充电电压为V_{th_error}以下的状态”等价的值，则CPU 123判断为该状态是异常状态，并且进行错误处理。注意，代替监视头部电源控制序列器122的状态，还可以基于电压检测电路121的输出值或者通过直接输入电阻器111和112之间的分压电压并利用AD转换对所输入电压进行转换而获得的值，来将头部电源的电压与阈值相比较。

(3)在非错误状态的状态下准备打印数据的情况下，CPU 123判断为可以开始打印，并且将打印操作开始命令输出至头部电源控制块102。头部电源控制块102接收到该命令并且进行步骤S210中的处理。之后，CPU 123将打印数据发送至打印头3，并使得打印头3进行打印操作。

(4)在打印操作完成的情况下，CPU 123将打印操作终止命令输出至头部电源控制块102。头部电源控制块102接收到该命令并且进行步骤S214中的处 理。

(5)如果在如上所述一旦完成了打印作业的操作(步骤S213中为是)之后还存在后续的打印作业数据，则重复(2)和(3)的处理。如果不存在打印作业数据，则CPU 123将头部电源断开(OFF)命令输出至头部电源控制块102。头部电源控制块102接收到该命令并且进行步骤S214中的处理。

头部电源控制块

以下将说明头部电源控制块102。图4A～4C是用于说明头部电源控制序列器122中的状态转换的图。参考图4A，头部电源断开的状态是待机401。在输入打印作业的情况下，该状态改变成充电402，以接通头部电源。如图4B所示，充电402中的电流值的切换是在电解电容器105的电压超过V_th1的情况下402_1的充电1改变成充电2。在该状态下，如上所述，充电电流值从I_chg1切换成I_chg2。同样地，在402_2的充电2改变成402_3的充电3的情况下，充电电流值从I_chg2切换成I_chg3。在充电完成的情况下，状态改变成图4A中的保持403。相应地，充电电流值切换成I_keep。注意，如果打印操作紧急，则还可以直接改变成打印操作404的状态。

在打印操作期间状态改变成打印操作404，并且在保持403和打印操作404之间改变直到打印作业完成为止。头部电源电压监视器(未示出)容易检测特别是在保持403的状态下的异常。然而，还可以检测打印操作404的状态下的异常，并且立即改变成放电405的状态。

在放电405的状态下，如图4C所示，随着放电电流值分别切换成I_dis3、I_dis2和I_dis1，状态顺次地改变成405_1的放电1、405_2的放电2和405_3的放电3。在放电完成的情况下，放电电流值切换成I_diskeep，并且状态改变成待机401。注意，为了减小放电完成之后的电流值，还可以代替将放电电流值切换成I_diskeep而将状态切换成高阻抗状态。

以下将说明图2B的步骤S221所示的用作图3中的(B)的时刻309之后的放 电电流值的I_diskeep。I_diskeep必须是小到如下程度的电流值：在电解电容器105的充电电压短接至V_M或设备中的最大电压电源并且放电电路107的FET的源漏电位差增大的情况下，放电电路107的FET不会导致热损坏。

作为放电完成之后的放电电流限制值的I_diskeep也是本实施例的特征。将通过在图5和图6中示出现有技术的问题来说明本发明的效果。在图5中的(A)中，纵轴表示电解电容器的电压[V]，而横轴表示时间的经过。在图5中的(B)中，纵轴表示放电电流值[A]，而横轴表示时间的经过。在图5中的(C)中，纵轴表示放电电路的发热量[W]，而横轴表示时间的经过。图5中的(A)～(C)中的时间的经过彼此对应。

图5中的(A)示出在使作为头部电源的电解电容器放电并且之后短接至V_M电源的情况下的电压。如图5中的(B)所示，在电解电容器的放电时间段501内，I_DIS是恒定的，并且其值为I_diskeep。通过电解电容器的电压和放电电流的乘积来获得放电电路的发热量。因此，如图5中的(C)所示，发热量如电解电容器的电压那样减少，并且在放电完成的时刻502，电解电容器的电压值和放电电路的发热量这两者均为“0”。

之后，在头部电源电路在时刻503短路的情况下，如果从短路的电源泄漏的电流值大于放电电流值，则如图5中的(A)所示电解电容器的电压值上升。通过电解电容器的电压和放电电流的乘积来获得该时间的放电电路的发热量，并且如图5中的(C)所示，放电电路的发热量上升。随着短路时间段505的延长，放电电路的发热量累积，并且如果发热量超过组件的容许损失，则有时发生损坏。

图6中的(A)～(C)的轴分别与图5中的(A)～(C)的轴相同。如图6所示，如果从短路的电源泄漏的电流值小于放电电流值，则电解电容器的电压不会增大到V_M，放电电流值小于限制电流值，并且放电电路的发热减少。然而，如果放电电路继续工作，则同样可能发生发热量的累积，并且这可能导致电路元 件的损坏。

接着，将参考图7来说明本实施例的操作。图7中的(A)～(C)的轴分别与图5中的(A)～(C)的轴相同。注意，图7中的(A)～(C)分别与时刻306之后的图3中的(A)～(C)相对应，但为了便于说明在图7中的(B)中改变了纵轴的方向。在本实施例中，在图7中的(A)中的放电时间段706内，放电电流被限制为I_dis3直到作为头部电源的电解电容器105的电压变得低于V_th3的时刻701为止。因此，尽管放电时间延长，但仍然可以抑制放电电路的发热。接着，在放电时间段706内，在时刻701到电解电容器的电压变得低于V_th2的时刻702之间，放电电流被限制为I_dis2。I_dis2大于I_dis3，然而，由于电解电容器105的电压低，因此可以抑制放电电路的发热量。通过如此切换放电电流也可以缩短放电时间。

随后，在时刻702到电解电容器的电压变得低于V_th1的时刻703之间，放电电流被限制为I_dis1。尽管在这种情况下限制电流也增加，但由于电解电容器105的电压降低，因此可以抑制放电电路的发热。通过如此切换放电电流还可以进一步缩短放电时间。另外，在电解电容器105的电压变得低于V_th1的情况下，放电电流值被限制为I_diskeep。通过将电流值I_diskeep设置成即使在电解电容器105的电压变成V_M的情况下也抑制发热量以使得不损坏放电电路107的值，可以在发生短路的情况下防止放电电路的损坏。注意，在本实施例中，V_M是设备中的最大电压，并且在开始图2A和2B所示的处理之前，识别出电解电容器105短路时的V_M。这使得可以设置即使电压变成V_M也可以防止放电电路107的损坏的电流值I_diskeep。

通过采用包括打印头的打印设备作为示例说明了本实施例。然而，不具有打印头的控制设备也可以执行本实施例的处理。另外，电力供给目的地还可以是与打印头不同的操作单元。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种 存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。