CN103066829A - 单总线设备电源装置及耗材芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单总线设备电源装置及耗材芯片，该装置包括电容，还设有P型场效应管，其源极连接至总线，P型场效应管的漏极与电容连接，电源装置还设有非门，其输入端接收总线的电平信号，非门的输出端与P型场效应管的栅极连接。该芯片包括基板，基板上设有电触点以及与电触点电连接的电子模块，电子模块设有储电单元，储电单元具有一电容，并且，储电单元还设有P型场效应管，其源极连接至打印机总线，P型场效应管的漏极与电容连接，储电单元还设有非门，其输入端接收打印机总线的电平信号，非门的输出端与P型场效应管的栅极连接。本发明能提高电源装置以及储电单元的储能效率，满足单总线设备的工作需要。

Description

单总线设备电源装置及耗材芯片

技术领域

本发明涉及芯片电源领域，尤其是涉及单总线芯片系统中外设的电源装置以及设有这种电源装置的打印耗材芯片。

背景技术

打印机作为常见的办公设备，为现代化办公提供了极大的方便。现有的打印机分为喷墨打印机以及激光打印机，喷墨打印机使用容纳有墨水的墨盒作为耗材容器向纸张喷射墨水，以在纸张上形成需要打印的文字或图案；激光打印机则使用容纳有碳粉的碳粉盒作为耗材容器在介质上形成需要打印的文字或图案。

参见图1，现有一种彩色喷墨打印机具有机壳11，图1所示的喷墨打印机省略了机壳11的托板。机壳11内设有喷墨打印机的机芯12，并设有一根滑杆，打印字车14在电机（图1中不可见）的带动下沿着滑杆往复运动。打印字车14内设有转接板（图1中不可见），转接板通过排线13与机芯12进行通讯。

打印字车14上可拆卸地安装有多个墨盒15，不同墨盒15内容纳有不同颜色的墨水。墨盒15的结构如图2所示。墨盒15具有壳体16，壳体16围成容纳墨水的腔体，腔体的下端设有出墨口17，腔体内的墨水通过出墨口17流出，并向打印字车14的供墨针供墨。

墨盒15壳体16的外壁上安装有一块芯片18，芯片18具有基板，基板的一侧设有多个电触点19，用于与转接板电连接。基板的另一侧设有与电触点19电连接的电子模块（图2中不可见）。

参见图3，电子模块设有微控制器21、存储器22以及储电单元，其中储电单元由稳压二极管CR及电容C1组成。喷墨打印机使用单总线的方式与多个墨盒15的芯片18进行通信，也就是多个墨盒15的芯片18均连接至打印机总线20上，喷墨打印机通过总线20向每一芯片18传送控制信号、数据信号，并且每一芯片18均从总线20上获取工作所需的电能。可见，在单总线系统中，喷墨打印机相当于主机，每一芯片18相当于外设，也就是单总线设备，主机通过总线20向没有外设发送信号并提供电源。并且，储电单元相当于单总线设备的电源装置，用于储存单总线设备工作所需要的电能。

电子模块内设有电容C1，用于储存从总线20上获得的电能。为了确保电容C1接受的电压的稳定，因此总线20与电容C1之间串联连接有稳压二极管CR，确保总线20向电容C1提供的电压为正向直流电。电容C1储存的电能用于向微控制器21与存储器22供电，确保微控制器21与存储器22的工作。

微控制器21可接收喷墨打印机发送的信号，并根据信号中包含的命令执行相应的操作，如读写存储器22内存储的数据等。存储器22包括非易失性存储器及易失性存储器，非易失性存储器通常为EEPROM，其存储有与墨盒相关的信息，包括可变信息与不变信息，可变信息是随打印操作会不断变化的信息，如墨水余量、打印时长等信息，不变信息是不会随打印操作变化的信息，如墨盒型号、适用的喷墨打印机型号、墨水颜色等。易失性存储器为SRAM等存储器，其读写速度较快，用于临时存储喷墨打印机向耗材芯片写入的数据。由于易失性存储器24掉电后，其存储的数据将会丢失，因此需要及时将其存储的数据转存至非易失性存储器中。

然而，稳压二极管CR工作时存在导通压降Vth，影响储电单元的储能效率。由于电容C1所储存电荷值Q=C×V，其中C为电容C1的电容值，V为电容C1两端的压降。总线20提供的电压VDD是固定的，由于稳压二极管CR导通压降Vth的存在，电容C1两端的压降V=VDD-Vth，因此储电单元的储能效率是（VDD-Vth）/VDD。

通常，总线的电压VDD为3.3伏，稳压二极管CR的导通压降Vth为0.6伏，因此电容C1两端压降V为2.7伏，因此储电单元的储能效率仅为82%。并且，由于稳压二极管CR的导通压降Vth是固定的，因此总线20的电压越低，储电单元的储能效率也就越低。

参见图4，现有碳粉盒具有壳体31，壳体31围成容纳碳粉的腔体，壳体的外壁上设有一个芯片安装位32，芯片33安装于芯片安装位32上。与墨盒的芯片类似，碳粉盒的芯片33也具有基板，基板上设有作为通讯单元的电触点34，用于与激光打印机进行数据交换。并且，基板的另一侧设有与电触点34电连接的电子模块，电子模块上也设置储电单元、微控制器及存储器等，出于同样的原因，芯片33也存在储电单元的储能效率低，造成电能浪费的情况。

此外，现有大多数复印机、传真机或一体机等成像设备上均可拆卸地安装有碳粉盒或碳粉筒作为耗材容器，耗材容器具有容纳碳粉的腔体，且在耗材容器的外壁上设置芯片，这些芯片也存在与墨盒的芯片相同的问题，即芯片储电单元的储能效率低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种储能效率较高的单总线设备电源装置。

本发明的另一目的是提供一种电能浪费较少的耗材芯片。

为实现上述的主要目的，本发明提供的单总线设备电源装置包括电容，还设有P型场效应管，其源极连接至总线，P型场效应管的漏极与电容连接，电源装置还设有非门，其输入端接收总线的电平信号，非门的输出端与P型场效应管的栅极连接。

由于P型场效应管导通时，高电平的电压能够从源极传送至漏极，且P型场效应管在传送高电平时不会产生电压损失，因此，将P型场效应管连接在总线与电容之间，在总线提供高电平信号时，非门将高电平信号转换成低电平信号，P型场效应管导通，总线上的高电平信号无损失地传送至电容，在电容两端的压降与总线上的电压相等。可见，上述方安能够大大提高电源装置的储能效率，电容能够存储更多的电荷。

一个优选的方案是，非门的输入端与总线之间连接有限流电阻。这样，能够避免总线上的电流过大而影响非门的工作，确保P型场效应管的正常工作，从而确保电源装置的工作。

进一步的方案是，电源装置还包括偏置电压产生电路，偏置电压产生电路的输出端连接至第一P型场效应管的衬底。

由此可见，通过设置偏置电压产生电路，能够为P型场效应管的衬底提供高电平信号，确保P型场效应管的正常工作。

为实现上述的另一目的，本发明提供的耗材芯片包括基板，基板上设有电触点以及与电触点电连接的电子模块，电子模块设有储电单元，储电单元具有一电容，并且，储电单元还设有P型场效应管，其源极连接至打印机总线，P型场效应管的漏极与电容连接，储电单元还设有非门，其输入端接收打印机总线的电平信号，非门的输出端与P型场效应管的栅极连接。

由上述方案可见，储电单元使用P型场效应管控制电容的充电，由于P型场效应管导通时，导电片从源极向漏极传送不会有电压损失，因此电容两端的压降几乎等于总线的电压，能够提高储电单元的储能效率，从而能够减少电能浪费。

一个优选的方案是，储电单元还包括偏置电压产生电路，偏置电压产生电路的输出端连接至P型场效应管的衬底。

由此可见，偏置电压产生单元能够始终向P型场效应管的衬底提供高电平信号，确保P型场效应管能够正常工作。

附图说明

图1是现有一种喷墨打印机的结构图。

图2是现有墨盒的结构放大图。

图3是现有墨盒芯片电子模块的电原理框图。

图4是现有一种碳粉盒的结构分解图。

图5是本发明单总线设备电源装置第一实施例的电原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的耗材芯片既可以是安装在墨盒壳体侧壁上的墨盒芯片，也可以是安装在碳粉盒壳体外壁上的碳粉盒芯片。芯片朝向侧壁外侧的一面设有多个电触点，用于与喷墨打印机或激光打印机上的电触点电连接，并接收电信号。芯片的另一面设有电子模块，电子模块设有储电单元以及控制单元、存储器等。

喷墨打印机或激光打印机通过单总线方式与多个墨盒芯片或碳粉盒芯片进行通信，因此，本发明的耗材芯片均通过一根总线与打印机进行数据交换。因此，本发明的耗材芯片作为单总线上的外设，且每一单总线设备均设有向总线获取电能的电源装置。

单总线设备电源装置第一实施例：

参见图5，本实施例的具有电容C2，用于从总线41上获取电能，并将获取的电能储存以供单总线设备上的其他器件使用。在总线41与电容C2之间设有P型场效应管Q1，P型场效应管Q1的源极s1与总线41连接，漏极d1与电容C2连接。

本实施例还设有一个非门42，非门42为标准非门，其由并联的两个场效应管组成，一个是N型场效应管，另一个是P型场效应管，非门42的输入端接收总线41的电平信号，且通过限流电阻R1连接到总线41上。非门42的输出端与P型场效应管Q1的栅极g1连接，用于给P型场效应管Q1提供控制信号。

总线41上传输的信号为方波信号，其高电平时电压值高于0伏。并且，P型场效应管Q1是低电平导通的器件，因此在总线41上的信号为高电平时非门42输出低电平信号，P型场效应管Q1导通，总线41向电容C2充电。

由于P型场效应管Q1在传输高电平信号时，源极s1与漏极d1之间压降几乎为零，因此加载在电容C2两端的电压值等于总线41的电压值，这样，电源装置的储能效率接近于100%，其储能效率大幅提高，可以满足单总线设备其他器件的工作要求。电容C2的两端分别为高电平端与接地端，高电平端连接有端子43，将电容C2储存的电能释放，由此向其他器件供电。

为了确保P型场效应管Q1能够正常工作，需要确保P型场效应管Q1的衬底B1为高电平。因此，本实施例设置了偏置电压产生电路44，其输出端连接至P型场效应管Q1的衬底B1，向P型场效应管Q1的衬底B1输出高电平信号。

偏置电压产生电路44具有两个P型场效应管Q2、Q3，P型场效应管Q2的栅极g2与电容C2的高电平端连接，源极s2连接至总线41，漏极d2连接至偏置电压产生电路44的输出端。P型场效应管Q3的栅极g3连接至总线41，源极s3连接至电容C2的高电平端，漏极d3连接至偏置电压产生电路44的输出端。

总线41为高电平信号时，总线41的电压高于电容C2高电平端的电压，P型场效应管Q1导通，电容C2充电。此时，P型场效应管Q2也导通，总线41上的高电平信号从P型场效应管Q2的源极s2传输至漏极d2，因此偏置电压产生电路44输出高电平信号。

总线41为低电平信号时，总线41的电压为0，电容C2高电平端的电压高于总线41的电压，此时P型场效应管Q3导通，源极s3将电容C2高电平端输出的高电平信号通过漏极d3输出至偏置电压产生电路44的输出端。

可见，偏置电压产生电路44的输出端始终输出高电平信号，确保P型场效应管Q1的衬底B1始终为高电平，确保P型场效应管Q1的正常工作。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，使用斯密特非门替代标准非门，斯密特非门也就是斯密特反向器，可以使用斯密特触发器实现，这样的改变同样可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如非门类型的改变、偏置电压产生电路结构的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.单总线设备电源装置，包括

电容；

其特征在于：

第一P型场效应管，所述第一P型场效应管的源极连接至总线，所述第一P型场效应管的漏极与所述电容连接；

非门，所述非门的输入端接收所述总线的电平信号，所述非门的输出端与所述第一P型场效应管的栅极连接。

2.根据权利要求1所述的单总线设备电源装置，其特征在于：

所述非门的输入端与所述总线之间连接有限流电阻。

3.根据权利要求1或2所述的单总线设备电源装置，其特征在于：

所述非门为标准非门或斯密特非门。

4.根据权利要求1或2所述的单总线设备电源装置，其特征在于：

还包括偏置电压产生电路，所述偏置电压产生电路的输出端连接至所述第一P型场效应管的衬底。

5.根据权利要求4所述的单总线设备电源装置，其特征在于：

所述偏置电压产生电路具有第二P型场效应管及第三P型场效应管；

所述第二P型场效应管的栅极连接至所述电容的高电平端，所述第二P型场效应管的源极与漏极分别连接至所述总线与所述偏置电压产生电路的输出端；

所述第三P型场效应管的栅极连接至所述总线，所述第三P型场效应管的源极与漏极分别连接至所述电容的高电平端与所述偏置电压产生电路的输出端。

6.耗材芯片，包括

基板，所述基板上设有电触点以及与所述电触点电连接的电子模块，所述电子模块设有储电单元，所述储电单元具有一电容；

其特征在于：

所述储电单元还设有

第一P型场效应管，所述第一P型场效应管的源极连接至打印机总线，所述第一P型场效应管的漏极与所述电容连接；

非门，所述非门的输入端接收所述打印机总线的电平信号，所述非门的输出端与所述第一P型场效应管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的耗材芯片，其特征在于：

所述非门的输入端与所述打印机总线之间连接有限流电阻。

8.根据权利要求6或7所述的耗材芯片，其特征在于：

所述非门为标准非门或斯密特非门。

9.根据权利要求6或7所述的耗材芯片，其特征在于：

所述储电单元还包括偏置电压产生电路，所述偏置电压产生电路的输出端连接至所述第一P型场效应管的衬底。

10.根据权利要求9所述的耗材芯片，其特征在于：

所述偏置电压产生电路具有第二P型场效应管及第三P型场效应管；

所述第二P型场效应管的栅极连接至所述电容的高电平端，所述第二P型场效应管的源极与漏极分别连接至所述打印机总线与所述偏置电压产生电路的输出端；

所述第三P型场效应管的栅极连接至所述打印机总线，所述第三P型场效应管的源极与漏极分别连接至所述电容的高电平端与所述偏置电压产生电路的输出端。

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