JP2003284332A

JP2003284332A - 自励式回生回路

Info

Publication number: JP2003284332A
Application number: JP2002085694A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Inoue; 信之井上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】入力電圧にしたがって回生電流を帰還する自励
式の回生回路を提供する。また、回生電流が過大に大き
くなることが防止できる。【解決手段】自励式の回生回路において、入力端子から
出力端子側に電流を回生する電流回生用トランジスタＱ
５１と、電流回生用トランジスタＱ５１のオン・オフを
制御し、入力端子の入力電圧Vinと所定の基準電圧Vref
とを比較し、当該入力電圧Vinが基準電圧Vrefを超える
時に導通して電流回生用トランジスタＱ５１を駆動する
駆動トランジスタＱ５２を有する回生制御回路とを有
し、入力電圧Vinのレベルに応じて電流を回生する。入
力電圧が所定の基準電圧を超える時に電流回生用トラン
ジスタを導通させることで、自励式の回生回路を提供す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動装置やモ
ータなどのコイルを駆動する駆動回路において利用され
る自励式回生回路に関し、特に、過大な回生電流の発生
を抑えることができる自励式回生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタの１つであるインパクトドット
プリンタは、電磁石の磁気吸引力によって印字ワイヤを
駆動し、プラテン上に配置された印刷媒体とインクリボ
ンに印字ワイヤを衝突させて印刷を行う。このような印
字ワイヤを駆動するためにプリンタヘッドに電磁駆動装
置が設けられ、かかる電磁駆動装置は、内蔵するコイル
に電流を流すことで印字ワイヤをプラテンに衝突させ、
その電流をオフにすることで印字ワイヤを元の状態に戻
す。インパクトドットプリンタは、複数の印字ワイヤそ
れぞれに対して、印字ワイヤを移動させるための電磁駆
動装置が設けられる。

【０００３】従って、印字ワイヤをプラテンに衝突させ
るためには、電磁駆動装置のコイルに駆動電流を供給
し、元に戻すためには駆動電流をオフにする制御を行
う。その場合、コイルへの駆動電流をオフにする時に、
コイルに蓄積されたエネルギーを放出する必要がある
が、かかるエネルギーを無駄に放出すると、消費電力の
増大を招き、更にそれに伴って発生する熱を放熱するた
めの放熱板機構が必要になる。

【０００４】図１は、上記の問題を解決するために、本
出願人が提案した回生回路を備えたヘッド駆動回路の図
である。このヘッド駆動回路は、例えば、特開平２００
１−１８７４６５号公報に開示されている。電磁駆動装
置内のコイルＬｐに駆動電流を供給するトランジスタＱ
１が設けられている。この駆動トランジスタＱ１は、制
御回路１０によりオン・オフ制御される。また、コイル
Ｌｐには、駆動電源Ｖｄが接続され、その駆動電源Ｖｄ
にはエネルギー回生用のコンデンサＣｄが接続されてい
る。

【０００５】かかるコイル駆動回路に対して、エネルギ
ーを回生するための回生回路１２が設けられている。回
生回路１２は、コイルＬｐと駆動トランジスタＱ１との
接続点ｎ１に接続された整流素子である第１のダイオー
ドＤ１と、平滑コンデンサCinと、電流回生用トランジ
スタＱ５１と、その電流回生用トランジスタＱ５１を駆
動して回生を制御する回路１４と、インダクタンスＬ５
１と、平滑コンデンサCoutと、整流素子としての第２の
ダイオードＤ２とを有する。回生制御回路１４には、回
生回路１２の入力電圧Vinを抵抗分割する抵抗Ｒ１とＲ
２の接続点が入力される。また、インダクタンスＬ５１
には、電流回生用トランジスタＱ５１がオフの時にイン
ダクタンスＬ５１のエネルギーを平滑コンデンサCoutに
還流させるためのダイオードＤ５５が設けられる。

【０００６】上記の回生回路の動作について以下に説明
する。印字ワイヤを駆動するために、駆動トランジスタ
Ｑ１を導通させて駆動電源Ｖｄから駆動電流をコイルＬ
ｐに供給する。その後、駆動トランジスタＱ１が非導通
になり駆動電流がオフにされると、コイルＬｐの逆起電
力によりノードｎ１には高い電圧が発生する。それに伴
い、ダイオードＤ１を介して回生回路の入力電圧Vinも
高電圧になる。回生制御回路１４が電流回生用トランジ
スタＱ５１にベース電流を供給して導通させることで、
電流ｉがインダクタンスＬ５１とダイオードＤ２を介し
て、駆動電源Ｖｄに接続された回生用コンデンサＣｄに
還流される。トランジスタＱ５１がオフになった後は、
インダクタンスＬ５１に蓄積されたエネルギーがダイオ
ードＤ５５を介して平滑コンデンサCout側に還流する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開平２００１
−１８７４６５号公報には、回生制御回路１４の具体的
な回路構成は示されていない。一般的には、かかる回生
制御回路１４は、何らかのトリガ信号に応答してトラン
ジスタＱ５１をオン・オフ制御する集積回路が利用可能
である。しかし、そのような他励式の集積回路を利用す
ると、コスト増を招き好ましくない。

【０００８】また、電流回生用トランジスタＱ５１が導
通した時に、電流ｉをインダクタンスＬ５１を介して回
生するが、この回生電流ｉはインダクタンスＬ５１を流
れるので、急激に増加し、大電流になることが予想され
る。そのため、電流回生用トランジスタＱ５１のトラン
ジスタサイズを大きなものにして、予想される大電流を
吸収することができるようにすることが必要になる。そ
のようなサイズの大きなトランジスタを採用すること
は、回生回路のサイズを大きくしてコンパクト化の弊害
になるばかりでなく、コスト増大を招くことになる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、自励式の回生回
路を提供することにある。更に、本発明の別の目的は、
回生電流を所定値に抑えることができる自励式の回生回
路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一つの側面は、自励式の回生回路におい
て、入力端子から出力端子側に電流を回生する電流回生
用トランジスタと、前記電流回生用トランジスタのオン
・オフを制御し、前記入力端子の入力電圧と所定の基準
電圧とを比較し、当該入力電圧が基準電圧を超える時に
導通して前記電流回生用トランジスタを駆動する駆動ト
ランジスタを有する回生制御回路とを有し、入力電圧の
レベルに応じて電流を回生することを特徴とする。

【００１１】上記の発明の側面によれば、入力電圧が所
定の基準電圧を超える時に電流回生用トランジスタを導
通させることで、自励式の回生回路を提供することがで
きる。

【００１２】上記の発明の好ましい実施例では、更に、
前記電流回生用トランジスタが導通状態の時の回生電流
が所定値を越える時に導通して、当該回生電流を分岐す
る分岐用トランジスタを有する。この分岐用トランジス
タを設けることにより、電流回生用トランジスタに多大
な回生電流が流れることを防止することができる。

【００１３】更に、上記の発明の別の好ましい実施例で
は、更に、前記電流回生用トランジスタが導通状態の時
の回生電流が所定値を越える時に導通して、当該回生用
トランジスタを非導通状態に制御する遮断用トランジス
タを有する。この遮断用トランジスタを設けることによ
り、電流回生用トランジスタに多大な回生電流が流れる
ことを防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範
囲は、かかる実施の形態例に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及
ぶものである。

【００１５】図２は、第１の実施の形態における自励式
の回生回路を使用したヘッド駆動回路の図である。ま
た、図５は、その動作波形図である。図２の回生回路で
は、入力端子と出力端子との間にＰＮＰ型の電流回生用
トランジスタＱ５１と、インダクタンス素子Ｌ５１とが
設けられている。また、入力端子Vinには入力側の平滑
コンデンサCinが、出力端子Voutには出力側の平滑コン
デンサCoutが設けられている。

【００１６】更に、電流回生用トランジスタＱ５１を駆
動する駆動トランジスタＱ５２が、トランジスタＱ５１
のベースに接続されている。駆動トランジスタＱ５２の
エミッタには、ダイオードＤ６０が接続され、グランド
GNDとの間には抵抗Ｒ８９が設けられている。従って、
トランジスタＱ５２とダイオードＤ６０とで電流スイッ
チが構成され、ダイオードＤ６０のアノード側には基準
電圧Vrefが接続されている。従って、トランジスタＱ５
２のベースノードｎ２が基準電圧Vrefを越えると、駆動
トランジスタＱ５２が導通して電流回生用トランジスタ
Ｑ５１にベース電流を供給して、導通制御する。逆に、
ベースノードｎ２が基準電圧Vrefより低くなると、駆動
トランジスタＱ５２は非導通になり、ベース電流の供給
を停止する。

【００１７】ベースノードｎ２は、入力端子Ｖinとグラ
ンド間に設けられたツェナーダイオードＺＤ５１と抵抗
Ｒ８８、Ｒ８７からなる回路の抵抗Ｒ８８，Ｒ８９の接
続点に接続され、入力電圧Vinからツェナーダイオード
ＺＤ５１の逆方向電圧だけ低い電圧を、両抵抗Ｒ８９，
Ｒ８７で抵抗分割した電圧が、ベースノードｎ２に印加
される。また、ベースノードｎ２は、帰還抵抗Ｒ９５を
介してノードｎ４に接続されている。

【００１８】この回生回路の動作は次の通りである。ま
ず、印字ワイヤを駆動するために駆動トランジスタＱ１
が導通されて、コイルＬｐに駆動電流が供給される。そ
の後、駆動トランジスタＱ１がオフになると、コイルＬ
ｐ内に蓄積されたエネルギーにより、ノードｎ１の電圧
が上昇し、それに伴って回生回路１２の入力電圧Vinも
上昇する。この入力電圧Vinの上昇に応じて、ノードｎ
２の電圧も上昇し、ノードｎ３の基準電圧Vrefを越える
と、トランジスタＱ５２が導通し、電流回生用トランジ
スタＱ５１が導通し、回生電流Ｉｆ１がトランジスタＱ
５１を介して流れ、帰還ダイオードＤ２を介して、回生
コンデンサＣｄに帰還される。

【００１９】図５は、かかる回生電流Ｉｆ１が発生した
時の波形図である。入力電圧Vinの上昇に応答して制御
トランジスタＱ５２が導通して電流回生用トランジスタ
Ｑ５１を導通させ、回生電流Ｉｆ１が発生する。この回
生電流の発生に対してインダクタンスＬ５１の逆起電力
作用により、ノードｎ４が急激に上昇し、帰還抵抗Ｒ９
５を介してノードｎ２の電圧が引き上げられ、制御トラ
ンジスタＱ５２はより深く導通して、電流回生用トラン
ジスタＱ５１をより深く導通させる。

【００２０】回生電流がインダクタンスＬ５１を介して
回生コンデンサＣｄに帰還されると、入力電圧Vinが低
下し、所定のレベルに低下すると駆動トランジスタＱ５
２がオフして、電流回生用トランジスタＱ５１もオフと
なり、回生電流Ｉｆ１はなくなる。回生電流がなくなる
と、インダクタンスＬ５１の逆起電力作用により、貯え
られたエネルギーが、ダイオードＤ５５を介して出力側
の平滑コンデンサCoutに還流され、ノードｎ４は、グラ
ンドからダイオードＤ５５の順方向電圧だけ低いクラン
プレベルまで低下する。このノードｎ４の低下が、帰還
抵抗Ｒ９５を介してノードｎ２に伝えられ、制御トラン
ジスタＱ５２がより深くオフし、電流回生用トランジス
タＱ５１を確実にオフにする。その後、入力電圧Vin
は、駆動トランジスタＱ１のオフ動作により再度上昇す
る。

【００２１】以上のように、コイルＬｐを駆動する制御
トランジスタＱ１がオンからオフになるたびに、回生回
路により回生電流が回生用コンデンサＣｄに帰還される
ので、コイルＬｐに貯えられたエネルギーを有効に利用
することができる。

【００２２】このように、制御トランジスタＱ５２とダ
イオードＤ６０と基準電圧Vrefとで構成される回生制御
回路により、入力電圧Vinが所定の基準電圧を超えたと
きに、電流回生用トランジスタＱ５１が導通するように
制御され、基準電圧より低下すると非導通に制御され
る。従って、回生回路１２は自励式で動作可能であり、
電流回生用トランジスタに他励式の制御回路を設けるよ
りも、コストを下げることができる。

【００２３】上記第１の実施の形態では、電流回生用ト
ランジスタＱ５１の導通が、入力電圧Vinの電圧リップ
ルにより制御される。つまり、入力電圧Vinが一定にな
るように電流回生用トランジスタＱ５１がオン・オフ制
御され、入力側のエネルギーを回生している。従って、
入力電圧Vinのリップルの傾きに依存して電流回生用ト
ランジスタＱ５１の導通期間が決まる。この電流回生用
トランジスタＱ５１の導通期間が長くなると、回生電流
Ｉｆ１が過剰に大きくなり、トランジスタＱ５１を破壊
に至らしめることが予想される。このような破壊を回避
するためには、電流回生用トランジスタＱ５１を大きな
サイズのものにすることが必要になり、コスト高を招く
ことになる。

【００２４】図３は、第２の実施の形態における自励式
の回生回路を使用したヘッド駆動回路の図である。ま
た、この回生回路の動作は、図５に破線で示される。図
３の回生回路は、図２の回生回路に、回生電流を一部分
岐するための分岐用トランジスタＱ５７と、回生電流Ｉ
ｆ２が所定値を越える時に分岐用トランジスタＱ５７を
導通させるための抵抗Ｒ９０とを追加した構成を有す
る。それ以外は、図２と同じである。

【００２５】図２の回生回路では、電流回生用トランジ
スタＱ５１の導通を、入力電圧Vinのリップルに依存し
て制御している。従って、リップルの傾きが緩やかにな
ると、電流回生用トランジスタＱ５１の導通期間が長く
なり、それに伴い、回生電流が高くなりすぎるという問
題がある。図３の回生回路では、分岐用トランジスタＱ
５７を設けているので、回生電流Ｉｆ２が所定値以上に
なると、抵抗Ｒ９０に分岐用トランジスタＱ５７のベー
ス・エミッタ間電圧以上の電圧が発生し、分岐用トラン
ジスタＱ５７が導通し、回生電流Ｉｆ２の一部を、トラ
ンジスタＱ５７、トランジスタＱ５２、抵抗Ｒ８９を介
してグランドに分岐する。この分岐用トランジスタＱ５
７は、回生電流Ｉｆ２が大きくなると導通し、回生電流
Ｉｆ２が小さくなると非導通になるので、回生電流Ｉｆ
２は所定のレベルにクランプされるようバランスする。
即ち、図５の破線に示す通りである。

【００２６】このように、第２の実施の形態では、電流
回生用トランジスタＱ５１は、入力電圧Vinのリップル
に依存して導通・非導通制御されるが、その導通期間中
の回生電流Ｉｆ２が所定のレベルにクランプされる。従
って、電流回生用トランジスタＱ５１のサイズを所定の
サイズ以下にすることができ、コストダウンを図ること
ができる。

【００２７】図４は、第３の実施の形態例における自励
式の回生回路を使用したヘッド駆動回路の図である。図
４の回生回路は、図２の回生回路に加えて、電流回生用
トランジスタＱ５１が導通状態の時の回生電流Ｉｆ３が
所定値を越える時に導通して、電流回生用トランジスタ
Ｑ５１を非導通状態に制御する遮断用トランジスタＱ５
３と、その遮断用トランジスタＱ５３を制御するための
回路として、抵抗Ｒ９０、Ｒ９２とキャパシタＣ６２と
ダイオードＤ５９とを有する。それ以外の構成は、図２
の回生回路と同じである。

【００２８】図４の回生回路も、電流回生用トランジス
タＱ５１の導通期間が長くなって回生電流Ｉｆ３が大き
くなりすぎることを防止するものであり、駆動トランジ
スタＱ５２が導通して電流回生用トランジスタＱ５１を
導通状態に制御しようとする期間において、回生電流が
所定値を越えると遮断トランジスタＱ５が導通して、電
流回生用トランジスタＱ５１のベース・エミッタ間を短
絡し、同トランジスタを非導通状態にする。所定期間の
間電流回生用トランジスタＱ５１を非導通状態に維持し
た後、再度、導通状態に戻す。従って、この実施例で
は、電流回生用トランジスタＱ５１が間欠的に導通を繰
り返す。つまり、回生電流Ｉｆ３は、図５に一点鎖線で
示される通りである。

【００２９】上記遮断用トランジスタＱ５３の動作を詳
細に説明する。コイルＬｐへの駆動電流がオフになる
と、その逆起電力によりノードｎ１の電圧が上昇し、回
生回路の入力電圧Vinが上昇する。それに伴い、ノード
ｎ２も上昇して基準電圧Vrefに達すると、制御トランジ
スタＱ５２が導通状態に遷移し、電流回生トランジスタ
Ｑ５１を導通状態にする。これに伴い、ノードｎ４の電
圧が上昇することで、帰還抵抗Ｒ９５を介してノードｎ
２が上昇し、駆動トランジスタＱ５２がより深くオン
し、電流回生用トランジスタＱ５１もより深くオンす
る。

【００３０】しかし、回生電流Ｉｆ３が所定値を越える
レベルになると、電流回生用トランジスタＱ５１のエミ
ッタ・コレクタ間電圧が十分に大きくなり、入力端子Vi
nとノードｎ４との間の電圧差が大きくなる。それに伴
い、遮断用トランジスタＱ５３のエミッタ・ベース、抵
抗Ｒ９０を介して、キャパシタＣ６２を充電する充電電
流が発生し、遮断用トランジスタＱ５３を導通させる。
この遮断用トランジスタＱ５３の導通により、電流回生
用トランジスタＱ５１のエミッタ・ベース間が短絡さ
れ、非導通状態になる。

【００３１】上記の遮断用トランジスタＱ５３が導通す
る期間は、抵抗Ｒ９０とキャパシタＣ６２の時定数に依
存する。キャパシタＣ６２への充電が完了すると、遮断
用トランジスタＱ５３は非導通になり、電流回生用トラ
ンジスタＱ５１が再度導通状態になる。それに伴い、キ
ャパシタＣ６２から放電電流がダイオードＤ５９からト
ランジスタＱ５１を介して流れる。

【００３２】以上の通り、制御トランジスタＱ５２が導
通状態になって電流回生用トランジスタＱ５１を導通状
態に制御している期間において、遮断用トランジスタＱ
５３が間欠的に電流回生用トランジスタＱ５１をオン・
オフ制御するので、電流回生用トランジスタＱ５１が深
くオンする期間が制限され、回生電流Ｉｆ３が大きくな
りすぎることが防止される。

【００３３】図６は、別の自励式回生回路を示す図であ
る。図２，３，４に示した回生回路は、駆動トランジス
タＱ５２と電流スイッチを構成するダイオードのアノー
ド端子に、基準電圧Vrefを直接接続している。しかし、
基準電圧を発生する回路の構成によっては、生成される
基準電圧にリップルが発生する場合がある。そこで、図
６の回生回路では、制御トランジスタＱ５２とそのエミ
ッタに共通接続されるトランジスタＱ５４とで、電流ス
イッチを構成し、トランジスタＱ５４のベースに、基準
電圧VrefとツェナーダイオードＺＤ５２と抵抗Ｒ９６と
で生成される基準ノードｎ３を接続する。この構成にす
ることにより、基準電圧Vrefにリップルが発生しても、
ノードｎ３の電圧レベルは、ツェナーダイオードＺＤ５
２の逆方向電圧に安定するので、制御トランジスタＱ５
２のオン・オフ精度を高くすることができる。

【００３４】図６のトランジスタＱ５４、抵抗Ｒ９６、
ツェナーダイオードＺＤ５２、および基準電圧Vrefから
なる構成は、図２、図３、図４のいずれの回生回路にも
適用可能である。

【００３５】上記の実施の形態では、自励式の回生回路
をインパクトドットプリンタのワイヤ駆動回路に利用し
た例で説明した。しかしながら、上記の回生回路は、他
の駆動回路にも適用することができる。例えば、コイル
を内蔵するモータの駆動回路などにも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上、本発明によれば、入力電圧にした
がって回生電流を帰還する自励式の回生回路を提供する
ことができる。また、回生電流が過大に大きくなること
が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の回生回路を備えたヘッド駆動回路の図で
ある。

【図２】第１の実施の形態における自励式の回生回路を
使用したヘッド駆動回路の図である。

【図３】第２の実施の形態例における自励式の回生回路
を使用したヘッド駆動回路の図である。

【図４】第３の実施の形態例における自励式の回生回路
を使用したヘッド駆動回路の図である。

【図５】自励式の回生回路の動作波形を示す図である。

【図６】別の自励式回生回路を示す図である。

【符号の説明】

Ｑ５１電流回生用トランジスタＱ５２駆動トランジスタ Vin 入力電圧、入力端子 Vout 出力電圧、出力端子Ｑ５７分岐用トランジスタＱ５３遮断用トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自励式の回生回路において、入力端子から出力端子側に電流を回生する電流回生用ト
ランジスタと、前記電流回生用トランジスタのオン・オフを制御し、前
記入力端子の入力電圧と所定の基準電圧とを比較し、当
該入力電圧が前記基準電圧を超える時に導通して前記電
流回生用トランジスタを駆動する駆動トランジスタを有
する回生制御回路とを有し、前記入力電圧のレベルに応じて電流を回生することを特
徴とすることを特徴とする自励式回生回路。
【請求項２】請求項１において、更に、前記電流回生用トランジスタが導通状態の時の回
生電流が所定値を越える時に導通して、当該回生電流を
分岐する分岐用トランジスタを有することを特徴とする
自励式回生回路。
【請求項３】請求項２において、前記分岐用トランジスタは、エミッタとコレクタが、前
記電流回生用トランジスタのエミッタ・ベース間に接続
され、更に、前記分岐用トランジスタのエミッタとベー
スが、前記電流回生用トランジスタの回生電流経路上に
設けた抵抗の両側に接続されていることを特徴とする自
励式回生回路。
【請求項４】請求項１において、更に、前記電流回生用トランジスタが導通状態の時の回
生電流が所定値を越える時に導通して、当該回生用トラ
ンジスタを非導通状態に制御する遮断用トランジスタを
有することを特徴とする自励式回生回路。
【請求項５】請求項４において、前記電流回生用トランジスタが導通した時に、前記遮断
用トランジスタに所定期間ベース電流を供給するベース
電流供給回路を有することを特徴とする自励式回生回
路。