DD284784A5

DD284784A5 - Schaltungsanordnung zur regelung der temperatur von halbleiterlasern in druckern

Info

Publication number: DD284784A5
Application number: DD32934589A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Hellmund
Original assignee: Veb Robotron Bueromaschinenwerk "Ernst Thaelmann" Soemmerda,Dd
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1990-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur von Halbleiterlasern, welche in Laserdruckern mit Negativmodulation Verwendung finden kann. Erfindungsgemaesz sind in der Ansteuerschaltung der Leistungsbruecke ein Steuerblock und zwei Phasenregelglieder PhRS1, PhRS2 vorgeschaltet, wobei der Steuerblock aus einem Taktgeber AMV1, Multivibrator MV1, Temperaturfuehler F1, Referenzsignaltaktgeber MV2, Impulsvergleicher IVG, zwei Impulsdehnern ID1, ID2, einer Verriegelungsschaltung VS und einem Brueckentreiber BTR besteht, und der Taktgeber AMV1 ueber Leitung 1 mit dem Multivibrator MV1, welcher mit dem Temperaturfuehler F1 verbunden ist, der Multivibrator MV1 ueber Leitung 2 und der Referenzsignaltaktgeber MV2 ueber Leitung 3 mit dem Impulsvergleicher IVG, der Impulsvergleicher IVG ueber Leitung 4 mit dem Impulsdehner ID1 und ueber Leitung 5 mit dem Impulsdehner ID2, die zwei Impulsdehner ID1, ID2 mit der Verriegelungsschaltung VS und diese mit dem Brueckentreiber BTR verbunden sind. Fig. 2{Halbleiterlaser; Negativmodulation; Ansteuerschaltung; Leistungsbruecke; Steuerblock; Phasenregelglied; Peltier-Element; elektronische Schalter; Temperaturfuehler}

Description

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Titel der Erfindung

"Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur von Halbleiterlasern in Druckern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordung zur Regelung der Temperatur "von Halbleiterlasern, welche in Laserdruckern mit Negativmodulation Verwendung finden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bereits bekannt, daß die Lebensdauer von Halbleiterlasern im wesentlichen von der Temperatur des aktiven Bereiches des Diodenüberganges des Halbleiterlasers abhängt. Die Lebensdauer des Halbleiterlasers verringert sich bei Übererwärmung des Diodenüberganges mit Erhöhung der Temperatur exponentiell. Bei Unterkühlung des Überganges zerstört die sich erhöhende Laserstrahlleistung den Laser und führt zum Abbruch des Laserbetriebes. Weiterhin ist es für die Einhaltung der optischen Parameter notwendig, einen engen Temperaturbereich einzuhalten.

Bei dem in der DE-OS 3603548, H01S-3/133 beschriebenen Zeilendrucker arbeitet die Laserdiode im Impulsbetrieb mit hinreichend großen Zeitintervallen der Aussetzung der Laserstrahlung. Während dieser Laserbetriebspause wird die Temperatur der Laserdiode gemessen.

Es wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, bei der eine Laserdiode mit einer Stromquelle versehen ist, weiterhin ist eine Logikeinheit und gegebenenfalls eine Heiz—Kühl-Einheit vorgesehen. Die Anschlüsse der Laserdiode sind über einen Spannμngsregler mit· großem Eingangswiderstand an eine Abtast- und Halteeinheit angeschlossen. Der Ausgang der Abtast- und Halteeinheit ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, während ein Ausgang der

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Auswerteeinheit mit einem Steuereingang der die Laserdiode speisenden Stromquelle und der Heiz-Kühl-Einheit verbunden ist.

Der Hauptnachteil besteht im Steuerungsregime (intermittierender Laserbetrieb), welches auf Laserdrucker mit Negativmodulation nicht übertragbar ist. Weiterhin ist an der beschriebenen Schaltungsanordnung nachteilig, daß eine steuerbare· hochgenaue Konstantstromquelle im Bereich ± 0,1mA und eine aufwendige, schnelle Abtast- und Halteschaltung benötigt werden. Außerdem ist beim Ausfall einer Laserdiode ein neuer Abgleich der Regelkennlinie notwendig, da der absolute Wert der Plußspannung als auch der Temperaturbeiwert von — 2 bis —5 mV/K starken Schwankungen auch innerhalb einer Charge unterliegen. Mit der bekannten Schaltungsanordnung ist die Temperaturregelung des Halbleiterlasers in sehr kurzen Zeiten nur mit einem hohem schaltungstechnischen Aufwand für Drucker mit Negativmodulation denkbar.

Ziel der Erfindung.

Ziel ..der Erfindung ist, den schaltungstechnischen Aufwand der bekannten Temperaturregelschaltung zu minimieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die für Laserdrucker mit 'Negativmodulation die Temperaturregelung mit geringem Aufwand für den Abgleich ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Ansteuerschaltung der Leistungsbrücke ein Steuerblock und zwei Phasenregelglieder PhRSI,PhRS2 vorgeschaltet sind, wobei der Steuerblock aus einem Taktgeber AMV1, Multivibrator MV1, Temperaturfühler P1 , Referenzsignaltaktgeber MV2, Impulsvergleicher IVG, zwei Impulsdehnern ID1,ID2, einer Verriegelungsschaltung VS und einem Brückentreiber BTR besteht, und der Taktgeber AMV1

üb'er Leitung 1 mit dem Multivibrator MV1 , welcher mit dem Temperaturfühler F1 verbunden ist, der Multivibrator MV1 über Leitung 2 und der Referenzsignaltaktgeber MV2 über Leitung 3 mit dem Impulsvergleicher IVG, der Impulsvergleicher IVG über Leitung 4 mit dem Impulsdehner ID1 und über Leitung 5 mit dem Impulsdehner ID2, die zwei Impulsdehner ID1,ID2 mit der Verriegelungsschaltung VS und diese\mit dem Brückentreiber BTR verbunden sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend, anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

die Ansteuerschaltung

die Leistungsbrücke mit dem Peltier-Element den Steuerblock

die Darstellung des temperaturproportionalen Referenzimpulses und die resultierende Einschaltdauer für den Betrieb des Peltier-Elementes bei unterschiedlichen Temperaturen

Die Ansteuerschaltung (Fig. 1) besteht aus einer Leistungsbrücke, einem Steuerblock und zwei Phasenregelgliedern. Im Gegensatz zum bereits bekannten Stand der Technik, bei dem die Temperatur direkt an der Wärmequelle, der Laserdiode,· gemessen wird, erfolgt die Messung der Temperatur bei der erfindungsgemäßen Schaltung an der Wärmesenke. Ein mögliches Aussetzen der Laserstrahlung, daß für die Messung notwendig ist, würde bei einem Laserdrucker mit Negativmodulation im Zeitbereich von etwa 20με liegen und nur in großen Zeitabständen (etwa 15s) nutzbar sein. Die bestehenden thermischen Regelzeitkonstanten des Gesamtaufbaues (Laserdiode., Trägerplatte und Peltier-Element) und die zeitliche Beschränkung der für den Regelvorgang nutzbaren Zeitbereiche, sind mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beherrschbar. Eine Regelung während des Blattdruckes ist ebenso wie in der Blattlücke (Trommelaufladung/Reinigung) nicht mög-

lieh. Die Messung erfolgt deshalb am Zwischenträger, an dem das Peltier-Element und die Laserdiode befestigt sind, mit einem Thermistor, der vom Hersteller geeicht ist. Damit ist im Repara— turfall (Austausch der Laserdiode) kein kompletter Neuabgleich der Temperaturregelschaltung des Druckers notwendig.

Die Leistungsbrücke (Fig. 2) besteht aus einer Brückenschaltung elektronischer Schalter, in deren Diagonalzweig sich ein PeI-tier-Element PKB befindet. Es wird die Eigenschaft der Peltier-Elemente ausgenutzt, durch Strominversion sowohl Heizen als auch Kühlen zu können. Diese Eigenschaft ist von großem Vorteil für das schnelle Erreichen und Einhalten einer gewünschten Solltemperatur. Die Schaltelemente der Leistungsbrücke befinden sich auf dem Kühlkörper des Peltier-Elementes. Am anderen Zweig wird eine unipolare Betriebsspannung Ug angelegt. Über die Steuereingänge ST1 , ST2, ST3 und ST4 für die elektronischen Leistungsschalter S1 , S2, S3 und S4 wird vom Steuerblock die Stromrichtung im Peltier-Element durch wahlweises Durchschalten von S1 und S4 oder S3 und S2 vorgegeben, so daß sich Kühl- oder Heizbetrieb ergibt. Der Steuerblock (Fig. 3) ist als integrierte Schaltung ausgeführt.und mechanisch dem Peltier-Element zugeordnet. Er umfaßt nachstehend aufgeführte Funktionsblöcke. Vom Taktgeber AMV1 wird ein Signal konstanter Frequenz geliefert.. Dieses Signal steht an Leitung 1 zur Verfügung" und triggert den nachfolgenden monostabilen Multivibrator MV1. Die "Aktivzeit", des Multivibrators . MV1 wird durch einen Temperaturfühler F1 gesteuert. Am Ausgang 2 des Multivibrators MV1 steht somit ein durch die Temperatur pulslängenmoduliertes Signal zur Verfugung. Ein Referenzsignaltaktgeber MV2 liefert an Leitung 2 ein Referenzsignal entsprechend des gewünschten Temperaturwertes. Beide Signale werden im Impulsvergleicher IVG hinsichtlich ihrer Phasenlage bewertet. Ein Abweichen von der gewünschten Solltemperatur ergibt an Leitung 4 oder Leitung 5 ein Ausgangssignal dessen Impulsbreite proportinal der bestehenden Temperaturabweichung ist. Sollte die Solltemperatur erreicht sein, erfolgt über Leitung 4 und 5 keine Ansteuerung der nachgeordneten Stufen. Die Impulsdehner ID1 und ID2 bewirken eine Verlängerung der Einschaltphasen bis zum jeweiligen Grenzwert von 100 %. Bei ihrer

Dimensionierung ist, die Eigenart des Peltier-Elementes zu berücksichtigen, unterschiedliche Leistung für das Heizen und das Kühlen zu haben. Die sich anschließende Verriegelungsschaltung VS verhindert sicher ein gleichzeitiges Ansteuern aller Leistungsschalter S1 bis S4. Durch den nachfolgenden Brückentreiber. BTR werden die entsprechenden Leistungsschalter S1 bis S4 selektiv aktiviert. Über die Ehasenregelglieder PhRSI- und PhRS2 und die Dimensionierung der darin enthaltenen Bauelemente C1 , R1 , R2 und C2, R3, R4 in Pig.1 besteht die Möglichkeit das Regelverhalten der Anordnung (Laserdiode und Peltier-Element) gezielt zu beeinflussen.

Fig.4 zeigt ein Taktdiagramm, welches den temperaturproportionalen .Referenzimpuls und die resultierende Einschaltdauer für den Betrieb des Peltier-Elements bei unterschiedlichen Temperaturen darstellt. Dabei ist 1 die Darstellung des temperaturproportiofialen Referenzimpulses für eine Temperatur. 2 zeigt drei Impulsdiagramme für die Ansteurung des Peltier-Elementes bei drei von der -Solltemperatur abweichenden Temperaturen. Aus dem Tastverhältnis ist die Wirkungsweise der' Impulsdehnschaltung ersichtlich. 3 zeigt ein auftretendes Tastverhältnis für den Heizbetrieb, dabei ist zu berücksichtigen, daß in der Leistungsbrücke andere elektronische Schalter aktiviert sind und die Stromrichtung des Peltier-Elementes in bezug auf den Kühlbetrieb invertiert ist.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß der beschriebene Steuerblock ohne Abgleichelemente auskommt. Weiterhin erfolgt die Einstellung des Referenzsignaltaktgebens MV2 durch eng tolerierte Bauelemente. An die Kennlinie des Temperaturfühlers F1 werden keine besonderen Ansprüche gestellt. Gefordert wird nur das Einhalten eines genauen Wertes bei der gewünschten Temperatur. Die Anpassung an.die gewünschte Regelkennlinie erfolgt durch die Dimensionierung der Impulsdehner ID1 und ID2. Eine Einstellung des Peltier-Elementes auf den gewünschten Temperaturwert erfolgt lediglich durch die Wahl des Temperaturfühlers F1. Das Referenzsignal des Referenzsignaltaktgebers MV2 kann einmalig festgelegt werden.

Claims

Patentanspruch

Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung von Halbleiterlasern, bestehend aus einer Ansteuerschaltung mit einer Leistungsbrücke, gekennzeichnet dadurch, daß der Leistungsbrücke ein Steuerblock und zwei Phasenregelglieder (PhRSI,PhRS2) vorgeschaltet sind, wobei der Steuerblock aus einem ,Taktgeber (AMV1 ), Multivibrator (MV1), Temperaturfühler (F1), Referenzsignaltaktgeber (MV2), Impulsvergleicher (IVG-), zwei Impulsdehnern (ID1,ID2), einer Verriegelungsschaltung (VS) und einem Brückentreiber (BTR) besteht, und der Taktgeber (AMV1) über Leitung (1) mit dem Multivibrator (MVf), welcher mit dem Temperaturfühler (F1) verbunden ist, der Multivibrator (MV1) über Leitung (2) und der Referenzsignaltaktgeber (MV2) über Leitung (3) mit dem Impulsvergleicher (IVG), der Impulsvergleicher (IVG) über Leitung (4) mit dem Impulsdehner (ID1) und über Leitung (5) mit dem Impulsdehner (ID2), die zwei Impulsdehner (ID1, ID2) mit der Verriegelungsschaltung (VS) und diese mit dem Brückentreiber (BTR) verbunden sind.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen