JP4261845B2 - Load drive circuit - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷駆動技術、さらには容量性負荷を駆動するための回路における電力損失の低減化技術に関し、例えばインクジェットヘッドにおける圧電素子の駆動回路に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電素子(ピエゾ素子)を用いたインクジェットヘッドでは、圧電素子に電圧を印加して圧電素子を圧力発生室側に歪ませ、その押圧力によりノズル孔からインクを吐出させている。
【0003】
圧電素子は容量性負荷であり、インクを吐出する回数だけ充放電を繰り返すが、吐出のエネルギー変換効率は必ずしも高いものではなく、1回の吐出でほぼ同量のエネルギーが熱として失われる可能性があり、パッケージの温度上昇を余儀なくされる。
【0004】
発熱を抑える方法としては、エネルギー回収(電力回収)と損失エネルギーの抑制(電力損失低減)が考えられる。
【0005】
電力回収は、容量性負荷に蓄えられた電荷を放電する際、別の容量(コンデンサ)に電荷を移動させ、この電荷を次の充電時点で再利用するものである。この方式について記載された文献の例としては、「プラズマディスプレイ最新技術」(1996年発行、EDリサーチ社発行、第107頁〜第111頁)や、特開平11−170529号公報がある。
【0006】
一方、電力損失低減方法としては、ピエゾ素子を利用しているプリンタヘッド駆動装置においてコイルの逆起電力を利用し、充電または放電スイッチの印加電圧を小さくし、損失エネルギーを抑制している。これについて記載された文献の例としては特開2001−63040号公報がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
圧電素子は容量性負荷であり、インクを吐出する回数だけ充放電を繰り返すが、吐出のエネルギー変換効率は必ずしも高いものではなく、1回の吐出でほぼ同量のエネルギーが熱として失われる可能性がある。例えば図2に示されるように圧電素子を容量に見立てた静電容量Cとpチャネル型MOSトランジスタによるスイッチMの直列回路に、矩形波電圧Vを印加して充電する場合を考える。pチャネル型MOSトランジスタによるスイッチMは、ゲート電圧により値が異なるが、図3に示されるように抵抗Rで近似できる。本明細書において乗算を「*」で示すものとすると、充電の際容量Cに蓄えられるエネルギーは(1/2)*C*Vであるが、抵抗Rで消費するエネルギーも同量の(1/2)*C*Vである。容量Cを充電した後、印加電圧Vを接地レベルとし容量Cから放電する場合でも、抵抗Rで消費されるエネルギーは(1/2)*C*Vであることから、充放電を通して抵抗Rで消費するエネルギーは抵抗値に関係せずCVとなり、熱として失われる。
【0008】
この損失エネルギーを抑制する手段として、プリンタの圧電素子と同じように容量性負荷と見立てることができるPDP(プラズマディスプレイ)で用いられている電力回収がある。AC型と呼ばれる方式を採用しているPDPでは、パネルを静電容量に見立てた容量Cを維持期間と呼ばれる時間内に0ボルト〜Voボルトに充放電する必要がある。その際に電力の回収を行っている。すなわち、容量Cとは別に容量CssとインダクタンスLを備え、容量Cssを予め(1/2)*Voの電圧に充電しておき、インダクタンスLと容量Cの固有振動を用いて容量Cssの電荷を容量Cに移動させて充電し、放電する際には容量Cから容量Cssに電荷を移動させるものである。この方法では、電荷を再利用する電力回収と、固有振動を用いた電力損失低減が行われている。固有振動を利用することにより、容量Cssの端子電圧は容量Cに印加したい電圧Voの半分である(1/2)Voにできることから、容量CssからインダクタンスLを通して容量Cに至るラインに流れる電流を約半分とすることができ、抵抗成分での電力損失低減を図ることができる。
【0009】
また、損失エネルギーを抑制するもう一つの手段としてインダクタンスの逆起電力を用い、スイッチを含めた抵抗の両端電圧を減少させる方法がある。図4に示されるような抵抗Rと容量Cの間にインダクタンスLを挿入した場合を考えると、充電開始直後にインダクタンスLには逆起電力が発生し、抵抗Rの両端電圧を逆起電力分だけ小さくすることができる。その結果、抵抗Rに流れる電流と両端に掛かる電圧の積の時間積分値である損失エネルギーを小さくすることができる。前述の電力回収での電力損失低減はこの方法の特別な場合といえる。
【0010】
電力回収、固有振動を利用する電力損失の低減方法、インダクタンスの逆起電力を利用する電力損失の低減方法のいずれも、インダクタンスLを実装する必要があるが、IC内部での適正なインダクタンスの製造は困難であり、外部に設ける必要がある。外部にインダクタンスLを実装する場合、印刷ヘッドのチャンネル数が多いと、多くの実装部品が必要となり実現が困難になる。加えて、スイッチを含めたライン抵抗が大きければ、インダクタンスLは大きな値でなければならず、実装部品価格が増大することとなる。
【0011】
また、電力回収において、電力回収容量Cssは容量Cの約2倍(放電の際の電荷の移動を考えると、C*Vo=(1/2)*Css*Vo、∴Css=2C)であり、インクジェットヘッドに用いる場合、1チャンネルあたり約2000pFが必要となる。仮に、多数のチャンネルをまとめて一つの電力回収容量ΣCssを持つことで電力回収回路を実現できたとしても、容量ΣCssはICの外部に置くことになる。外部の容量ΣCssから必要なときに電荷をICの中を通して容量Cに移動させたとき、ICで電力損失が発生することになるため、ICの電力損失の低減には繋がらない。
【0012】
さらに、圧電素子などの容量性負荷を駆動する負荷駆動回路について本願発明者が検討したところ、電源ラインの電圧変動が生じた場合に、駆動中の容量性負荷の端子にノイズが発生し、それによって容量性負荷が不所望な状態になることが見いだされた。例えば圧電素子を利用しているインクジェットプリンタにおいて、当該圧電素子の駆動中に当該圧電素子の端子電圧が変動された場合には、それまではインク吐出状態であったのに、突然インク吸引状態になることが考えられ、かかる場合には印字精度の劣化を招くおそれがある。
【0013】
本発明の目的は、電力損失を低減するための技術を提供することにある。
【0014】
本発明の別の目的は、容量性負荷の電源電圧変動に起因する不所望な状態を回避するための技術を提供することにある。
【0015】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0017】
すなわち、電源電圧が供給されることによって動作可能とされ、入力信号に応じて容量性負荷を駆動するための駆動素子と、上記容量性負荷の端子電圧と上記電源電圧とを比較することによって上記電源電圧の変動を検出し、その検出結果に応じて上記駆動素子を非導通状態に制御するための制御論理とを含んで負荷駆動回路を構成する。
【0018】
上記制御論理を介して上記駆動素子が非導通状態とされることによって、上記容量性負荷の駆動が停止される。このことが、容量性負荷の電源電圧変動に起因する不所望な状態を回避する。
【0019】
このとき、上記駆動素子での電力損失を低減するため、上記容量性負荷と上記駆動素子との直列接続回路に矩形状に電圧波形を与えた場合の上記容量性負荷の端子電圧の変化カーブよりも緩やかとなるように、上記容量性負荷を充電する際の上記駆動素子の電源電圧波形、及び上記容量性負荷から放電する際の上記駆動素子の電源電圧波形を制御するための電圧制御手段を設けることにより、以下のように上記駆動素子例えば充電用又は放電用のトランジスタの電力損失の低減を達成する。
【0020】
容量性負荷と抵抗との直列回路において、電圧Vの矩形波で容量を充電する際に、その容量Cに直列接続されている抵抗R(スイッチやライン抵抗を含む)の損失エネルギーは、(1/2)*C*Vである。仮に充電電圧を0〜(1/2)*Vの矩形波と(1/2)*V〜Vの矩形波との2段階の電圧に分けて充電した場合には、抵抗の損失エネルギーは(1/2)*C*(1/2*V)+(1/2)*C*(1/2*V)=(1/4)*C*Vとなり、先の半分となる。さらに印加電圧を3段階に分けた場合には1/3の損失エネルギーとなり、4段階に分けた場合には1/4になる。この電力損失の低減は、印加電圧値を分割した場合に流れる電流が減少することによって得られる。言い換えると、抵抗の両端にかかる電圧が減少することによって得られる。
【0021】
さらに印加する電圧を無数に分割し、直線状電圧(横軸を時間、縦軸を電圧にとった場合、0ボルトからVボルトまで直線的に斜めに上がり、その後Vボルトを保つ波形)にした場合には大幅な損失エネルギーの低減が期待できる。直線状に電圧を印加した場合、抵抗Rでの損失エネルギーを無限時間まで積分した近似式は(1/2)*C*V−(1/6)*V*(T/R)+O(T)である。ここでTは直線状電圧が0ボルトからVボルトに至るまでの時間であり、第三項はT以上の近似誤差項である。この近似式から明らかなように直線状電圧時間Tを大きくとりRを小さくするに従い、損失エネルギーは減少し、T=3*R*Cの時、第一項と第二項が相殺され誤差項だけとなり、損失エネルギーは非常に小さくなる。また、Tが3*R*Cを超える時には第一項と第二項の総和は負となり、誤差項から減じられ、限りなくゼロに近づく。この直線状電圧を印加しているときの電流は(1/T)*C*V*〔1−exp(−t/(R*C))〕となり、t=Tで最大値となる。すなわち電流の最大値を現す係数に抵抗Rは存在しない。これは、RとCの直列回路に矩形波を印加した場合の容量Cの充電カーブより、立上りが遅い緩やかな電圧を印加することによって、(緩やかな電圧上昇に対して)相対的に容量への充電が瞬時に行なわれるため、抵抗の両端に掛かる電圧が微小となり、電流の最大値を表す係数には抵抗Rが存在しないと考えられる。従って、電力損失の低減は電流値の減少がもたらすものであり、その電流値の減少は抵抗Rの両端電圧の減少によってもたらされるものと考えられる。
【0022】
本発明にかかる回路で必要なことは、容量Cと抵抗Rの直列回路への印加電圧を緩やかに昇圧させることである。具体的には、上記のように容量性負荷とその駆動素子との直列接続回路に矩形状に電圧波形を与えた場合の上記容量性負荷の端子電圧の変化カーブよりも緩やかとなるように、上記容量性負荷を充電する際の上記駆動素子の電源電圧波形、及び上記容量性負荷から放電する際の上記駆動素子の電源電圧波形を制御することである。そのような回路を用いるとICの消費電力を小さくすることができ、従来必要であったICを実装しているプリンタヘッドの放熱設計が容易となり、プリンタ印刷ヘッド専用の放熱ファンさらにはそのプリンタ印刷ヘッドを作動させるモータ出力の低減が図れることから、システムとしてのコスト低減が可能となる。
【0023】
また、上記駆動素子が非導通とされる期間に、上記電圧制御手段によって電圧制御される以前の電圧を上記容量性負荷に供給可能なトランジスタを設けることができる。
【0024】
さらに、電源電圧が供給されることによって動作可能とされ、入力信号に応じて容量性負荷を駆動するための駆動素子と、上記容量性負荷と上記駆動素子との直列接続回路に矩形状に電圧波形を与えた場合の上記容量性負荷の端子電圧の変化カーブよりも緩やかとなるように、上記容量性負荷を充電する際の上記駆動素子の電源電圧波形、及び上記容量性負荷から放電する際の上記駆動素子の電源電圧波形を制御するための電圧制御手段とを含んで負荷駆動回路が構成されるとき、上記駆動素子をバイポーラトランジスタとすることができ、その場合には、上記電源電圧の変動により上記バイポーラトランジスタを非導通状態とすることができるため、上記制御論理を設けている場合と同様に、容量性負荷の電源電圧変動に起因する不所望な状態を回避する、という本発明の目的を達成する。
【0025】
【発明の実施の形態】
図5には、本発明にかかる負荷駆動回路の比較対象とされる回路が示される。
【0026】
この回路は、プリンタヘッドにおける圧電素子2個分の負荷駆動を行う場合の構成であり、特に制限されないが、プリンタ印刷ヘッド用IC1と、それに供給される電圧を制御するための電圧制御回路6とを含む。
【0027】
プリンタ印刷ヘッド用IC1は、負荷充電用のpチャネル型MOSトランジスタM1,M3と、その動作を制御するための充電側コントローラ2と、負荷放電用のnチャネル型MOSトランジスタM2,M4と、その動作を制御するための放電側コントローラ3とを含む。上記MOSトランジスタM1〜M4は、容量性負荷(CL1,CL2)を駆動するための駆動素子の一例とされる。
【0028】
pチャネル型MOSトランジスタM1とnチャネル型MOSトランジスタM2とが直列接続され、その直列接続ノードが圧電素子CL1に結合される。pチャネル型MOSトランジスタM3とnチャネル型MOSトランジスタM4とが直列接続され、その直列接続ノードが圧電素子CL2に結合される。
【0029】
pチャネル型MOSトランジスタM1,M3のソースは入力ラインLC3に結合され、この入力ラインLC3を介してpチャネル型MOSトランジスタM1,M3に高電位側の電源電圧が供給される。pチャネル型MOSトランジスタM1,M3のゲートには、充電側コントローラ2からの制御信号が入力され、この制御信号によってpチャネル型MOSトランジスタM1,M3の動作が制御される。
【0030】
nチャネル型MOSトランジスタM2,M4のソースは入力ラインLD3に結合され、この入力ラインLD3を介してnチャネル型MOSトランジスタM2,M4に低電位側の電源電圧が供給される。nチャネル型MOSトランジスタM2,M4のゲートには、放電側コントローラ3からの制御信号が入力され、この制御信号によってnチャネル型MOSトランジスタM2,M4の動作が制御される。
【0031】
電圧制御回路6は、充電側電圧制御回路61と放電側電圧制御回路62と、電位確定抵抗Raとを含む。
【0032】
充電側電圧制御回路61は、充電基準電圧を形成するための充電基準電圧回路4と、この充電基準電圧回路4によって形成された充電基準電圧とラインLC3の電圧とを比較するための演算増幅器A1と、この演算増幅器A1の出力によって制御されるpチャネル型MOSトランジスタM9とを含む。電源Vdd2は、pチャネル型MOSトランジスタM9を介してラインLC3に結合される。充電基準電圧回路4の出力電圧はラインLC2を介して演算増幅器A1の反転入力端子(−)に伝達される。充電基準電圧回路4の出力電圧が経時的に徐々に上昇されるように変化されるとき、演算増幅器A1の出力信号に応じてpチャネル型MOSトランジスタM9のオン抵抗が変化されることにより、ラインLC3の電圧レベルも、上記充電基準電圧回路4の出力電圧の経時的変化に呼応して徐々に上昇される。
【0033】
放電側電圧制御回路62は、放電基準電圧を形成するための放電基準電圧回路5と、この放電基準電圧回路5によって形成された放電基準電圧とラインLD3の電圧とを比較するための演算増幅器A2と、この演算増幅器A2の出力によって制御されるnチャネル型MOSトランジスタM10とを含む。グランドGND(低電位側電源電圧)は、nチャネル型MOSトランジスタM10を介してラインLD3に結合される。放電基準電圧回路5の出力電圧はラインLD2を介して演算増幅器A2の反転入力端子(−)に伝達される。放電基準電圧回路5の出力電圧が経時的に徐々に降下されるように変化されるとき、演算増幅器A2の出力信号に応じてnチャネル型MOSトランジスタM10のオン抵抗が変化されることにより、ラインLD3の電圧レベルも、上記放電基準電圧回路5の出力電圧の経時的変化に呼応して徐々に下降される。
【0034】
MOSトランジスタM1、M3と並列に充電用MOSスイッチを配置し、MOSトランジスタM2、M4と並列に放電用MOSスイッチを配置することにより(何れも図示せず)、2チャンネルを越える圧電素子の駆動が可能とされる。
【0035】
電源Vdd2の電圧レベルは、特に制限されないが、約30Vとされる。図5では、Vdd2の単電源であるが、2電源としてVdd2を最も高い電位とし、図のグランドGND電位を最も低い電位とする構成も考えられる。
【0036】
プリンタ印刷ヘッド用IC1は、1チップマイクロコンピュータによって制御され、入力信号としては低電圧Vdd1(3.3V〜5V)レベルの波形信号と圧電素子毎の波形選択信号がある(図示せず)。波形信号と圧電素子毎の波形選択信号とは、論理回路(図示せず)で図中の信号S1、S2で示すように圧電素子毎に充電や放電のタイミング制御信号を生成する。ここで、信号S1、S2がローレベルからハイレベルに変化したときには充電開始のタイミングとされ、ハイレベルからローレベルに変化したときには放電開始のタイミングとされる。
【0037】
ICの外部回路を少なくするためには、複数の圧電素子に対して1個の外部回路とすることが考えられるが、n個の圧電素子を充電するためには1個の圧電素子を充電する場合のn倍の電流が必要となる。充電の際、電位が緩やかに昇圧するラインLC2を直接pチャネル型MOSトランジスタM1とM3のソースに接続すれば電力低減効果は得られるが、負荷の変化に対応した電流が得られるよう演算増幅器A1とpチャネル型MOSトランジスタM9の構成を用いている。演算増幅器A1とpチャネル型MOSトランジスタM9、演算増幅器A2とnチャネル型MOSトランジスタM10は所謂電流増幅回路といえる。
【0038】
圧電素子CL1の充電回路に着目すると、pチャネル型MOSトランジスタM9のドレインが、電力損失の低減を図ることを意図するpチャネル型MOSトランジスタM1のソースに接続され、MOSトランジスタM1のドレインが圧電素子CL1に接続されることにより、pチャネル型MOSトランジスタM1での電力損失の低減を図っている。また、放電回路に着目すると、MOSトランジスタM10のドレインが電力損失の低減を図ることを意図するnチャネル型MOSトランジスタM2のソースに接続され、MOSトランジスタM2のドレインが圧電素子CL1に接続されることにより、MOSトランジスタM2の電力損失低減を図ることができる。
【0039】
圧電素子CL2の充電回路や放電回路も上記と同様に構成されることによって、pチャネル型MOSトランジスタM3やnチャネル型MOSトランジスタM4の電力損失低減を図ることができる。
【0040】
図6には、図5に示される回路における主要部の動作タイミングが示される。
【0041】
図6の時刻t1において信号S1、S2がローレベルからハイレベルに変化したとき、充電側コントローラ2はラインLC1信号をハイレベルからローレベルにするとともに、圧電素子CL1の充電用pチャネル型MOSトランジスタM1と圧電素子CL2の充電用pチャネル型MOSトランジスタM3をオンにする。また、放電側コントローラ3はラインLD1をハイレベルからローレベルにするとともに圧電素子CL1の放電用nチャネル型MOSトランジスタM2と圧電素子CL2の放電用nチャネル型MOSトランジスタM4をオフする。
【0042】
充電基準電圧回路4はラインLC1信号の変化を受けて、ラインLC2の電圧を直線状に立ち上げる。ここで、ラインLC2の0〜0.9*Vdd2ボルトまでの立上り時間をTとすると、T≧3*R*CLの関係を持つ。ただし、Rは充電用pチャネル型MOSトランジスタM1またはpチャネル型MOSトランジスタM3のオン状態を換算した抵抗値であり、CLは圧電素子CL1又はCL2の容量値である。ここでの説明のようにM1とM3が同時にオンしている場合には、Rは2つのMOSのオン状態を換算した抵抗の並列合成抵抗値であり、CLは圧電素子CL1と圧電素子CL2の並列合成容量値であるが、3*R*CLの値はM1だけがオンした場合と同じである。
【0043】
放電基準電圧回路5はラインLD1がローレベルになったことを受けて、ラインLD2をハイレベルにする。ラインLD2がハイレベルになると、ラインLD2の電位がラインLD3の電位より高くなることから演算増幅器A2の出力が下がり、ラインLD3もハイレベルとなりM10はオフする。
【0044】
ラインLC2が直線状に立ち上がり始めると、LC2の電位はラインLC3の電位より高いことから演算増幅器A1の出力が下がりM9がオンし、ラインLC3はラインLC2と同電位になるよう直線状に立ち上がる。ここで、演算増幅器A1の応答速度とpチャネル型MOSトランジスタM9のVthの存在により、ラインLC3の電圧立上り開始はラインLC2のそれに遅れ、M9のオン直後にLC2の電圧まで急激に立上るが、その後ラインLC2の軌跡を追って直線状に立上る。
【0045】
ラインLC3の電圧が直線状に立上ると、圧電素子CL1と圧電素子CL2は充電され、時刻t1から時刻t2の間、先述のように圧電素子CL1の充電用pチャネル型MOSトランジスタM1と圧電素子CL2の充電用pチャネル型MOSトランジスタM3の電力損失が低減できる。
【0046】
時刻t2において、信号S1、S2がハイレベルからローレベルに変化したとき、充電側コントローラ2はラインLC1をローレベルからハイレベルにするとともに、pチャネル型MOSトランジスタM1とM3をオフする。また、放電側コントローラ3はラインLD1をローレベルからハイレベルにするとともにnチャネル型MOSトランジスタM2とM4をオンする。
【0047】
充電基準電圧回路4はラインLC1がハイレベルになったことを受けて、ラインLC2をローレベルにする。ラインLC2がローレベルになると、LC2の電位がラインLC3の電位より低いことから演算増幅器A1の出力が上がり、ラインLC3もローレベルとなり、M9はオフする。
【0048】
放電基準電圧回路5はラインLD1がハイレベルになったことを受けてラインLD2を直線状に降下する。
【0049】
ラインLD2が直線状に降下すると、LD2の電位がLD3の電位より低くなり演算増幅器A2の出力が上がりM10がオンし、M2とM4がオンして圧電素子CL1と圧電素子CL2にほぼ同電位となっているラインLD3はLD2と同電位になるよう直線状に立下がる。ここでも、演算増幅器A2の応答速度とpチャネル型MOSトランジスタM10のVthの存在により、ラインLD3の電圧立下がり開始はラインLD2のそれに遅れ、M10のオン直後にLD2の電圧まで急激に立下がるが、その後ラインLD2の軌跡を追って直線状に立下がる。
【0050】
ラインLD3の電圧が立下がると圧電素子CL1と圧電素子CL2が放電され、時刻t2から時刻t3の間、先述のようにM2とM4の電力損失低減ができる。
【0051】
時刻t3においては、信号S1とS2がローレベルからハイレベルになり、時刻t1と同じ動作を行う。
【0052】
図5に示される回路構成では、圧電素子CL1とCL2とが互いに同じタイミングで充電又は放電される場合はともかくとして、圧電素子CL1とCL2とが互いに異なるタイミングで充電又は放電される場合には、プリンタ印刷ヘッド用IC1の電源電圧変動を生じ易く、それを生じた場合には、駆動中の圧電素子の端子にノイズが発生し、それによって圧電素子が不所望な状態になるおそれがある。例えば、図7において時刻t1から時刻t2までの間は、圧電素子CL1とCL2とが互いに同じタイミングで充電又は放電されており、かかる場合には、図6に示される場合と同様に正常動作されるものの、図7において時刻t2以降では、信号S1,S2がローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングが異なり、MOSトランジスタM1のほうが、MOSトランジスタM3よりも速くオン状態にされることによって、圧電素子CL1の充電が速く開始され、その後に圧電素子CL2の充電が開始されるような場合には、そのような負荷変動に演算増幅器A1やMOSトランジスタM9が応答しきれず、ラインLC1の電圧レベルが一時的に低下されることによりノイズを発生する。この現象を「チャージシェアリング」と称する。このようなチャージシェアリングは、例えばインクジェットプリンタにおいて圧電素子がインクを吐出する状態にあるとき、インクを吸引するような不所望な状態を生じることになり、階調印字をする際のインクドット径に影響を与えることで印字精度の劣化を招く。
【0053】
そこで、上記チャージシェアリングを生じないようにするため、プリンタ印刷ヘッド用IC1を次のように構成する。
【0054】
図1には、本発明にかかる負荷駆動回路の構成例が示される。
【0055】
図1に示される負荷駆動回路が、図5に示されるのと大きく相違するのは、プリンタ印刷ヘッド用IC1において、制御論理11,12,13,14を設けた点である。この制御論理11,12,13,14は、容量性負荷の一例とされる圧電素子CL1,CL2の端子電圧と、プリンタ印刷ヘッド用IC1への電源電圧(ラインLC3,LD3の電圧)とを比較することによって上記電源電圧の変動を検出し、その検出結果に応じて、対応するMOSトランジスタM1〜M4を非導通状態に制御する。
【0056】
上記制御論理11は、特に制限されないが、圧電素子CL1の端子電圧とラインLC3の電圧とを比較するためのコンパレータCO1と、このコンパレータCO1の出力信号と充電側コントローラ2からの信号(図5におけるM1の駆動信号に相当)とのオア論理を得るオアゲートOR1とを含んで成る。
【0057】
上記制御論理12は、特に制限されないが、圧電素子CL1の端子電圧とラインLD3の電圧とを比較するためのコンパレータCO2と、このコンパレータCO2の出力信号の論理を反転するためのインバータI1と、このインバータI1の出力信号と充電側コントローラ3からの信号(図5におけるM2の駆動信号に相当)とのアンド論理を得るアンドゲートAN1とを含んで成る。
【0058】
上記制御論理13は、特に制限されないが、圧電素子CL2の端子電圧とラインLC3の電圧とを比較するためのコンパレータCO3と、このコンパレータCO3の出力信号と充電側コントローラ2からの信号(図5におけるM3の駆動信号に相当)とのオア論理を得るオアゲートOR2とを含んで成る。
【0059】
上記制御論理14は、特に制限されないが、圧電素子CL2の端子電圧とラインLD3の電圧とを比較するためのコンパレータCO4と、このコンパレータCO4の出力信号の論理を反転するためのインバータI2と、このインバータI2の出力信号と充電側コントローラ3からの信号(図5におけるM4の駆動信号に相当)とのアンド論理を得るアンドゲートAN1とを含んで成る。
【0060】
上記コンパレータCO1〜CO4は、非反転入力端子(+)の入力電位が反転入力端子(−)の入力電位よりも高い場合にハイレベルを出力し、反対に、非反転入力端子(+)の入力電位が反転入力端子(−)の入力電位よりも低い場合及び両入力端子の入力電位が互いに等しい場合にローレベルを出力する。これにより、MOSトランジスタM1,M3は、充電側コントロール2からオアゲートOR1,OR2に至るラインがローレベルであり、ラインLC3の電位が圧電素子CL1,CL2の電位を上回っている場合にそれぞれオンする。また、MOSトランジスタM2,M4は、放電側コントロール3からアンドゲートAN1,AN2に至るラインがハイレベルであり、ラインLD3の電位が圧電素子CL1,CL2の電位を下回っている場合にそれぞれオンする。
【0061】
上記の構成の動作を説明する。
【0062】
先ず、充電側の動作について説明する。
【0063】
圧電素子CL1とCL2とは、ともに放電されているものとする。図1におけるラインLC3の電位が立上り始めると、コンパレータCO1の出力はローレベルとなり、充電側コントローラ2からオアゲートOR1に至るラインがローレベルであれば、MOSトランジスタM1がオンされる。そして、充電側コントローラ2からオアゲートOR2に至るラインがハイレベルであれば、MOSトランジスタM3がオフされる。この状態のとき、圧電素子CL1の充電が開始され、ラインLC3の電位は圧電素子CL1の電位よりも高い。
【0064】
圧電素子CL1の充電途中に、充電側コントローラ2からオアゲートOR2に至るラインがローレベルになり、MOSトランジスタM3がオンされ、ラインCL2の充電が開始されたとき、ラインLC3の電圧がMOSトランジスタM1,M3を介して圧電素子CL1,CL2に供給されることによってそれらの充電が行われようとされるが、演算増幅器A1とMOSトランジスタM9とが、負荷の増加に直ちに応答できず、そのために、ラインLC3の電位が一時的に低下される。
【0065】
一方、MOSトランジスタM3がオンするまでに、圧電素子CL1に蓄えられた電荷は、MOSトランジスタM1、ラインLC3、及びMOSトランジスタM3を経由してCL2に移動しようとする。この場合、圧電素子CL1、ラインLC3、及び圧電素子CL2の電位の関係は、次のようになる。
CL1電位>ラインLC3電位>CL2電位
【0066】
このとき、コンパレータCO1の非反転入力端子の電位が、反転入力端子の電位を上回ることから、コンパレータCO1の出力がハイレベルとなり、MOSトランジスタM1はオフされる。これにより圧電素子CL1への充電は停止される。尚、圧電素子CL2は充電され続ける。
【0067】
ラインLC3の電位が圧電素子CL1の電位を上回ったとき、すなわち、圧電素子CL1とCL2との端子電圧がほぼ同電位となったとき、コンパレータCO1の両入力端子の電位が同電位とされるため、コンパレータCO1の出力がローレベルとなり、MOSトランジスタM1がオンされて、圧電素子CL1への充電が再開される。
【0068】
次に、放電側の動作について説明する。
【0069】
圧電素子CL1とCL2はともに充電されているものとする。この状態でラインLD3の電位が立下り始めると、コンパレータCO2の出力はローレベルとなり、放電側コントローラ3からアンドゲートAN1に至るラインがハイレベルであればMOSトランジスタM2がオンされる。そして、放電側コントローラ3からアンドゲートAN2に至るラインがローレベルであれば、MOSトランジスタM4がオフされる。この状態のとき、圧電素子CL1の放電が開始され、ラインLD3の電位は圧電素子CL1の電位よりも低くなる。
【0070】
圧電素子CL1の放電途中に、放電側コントローラ3からアンドゲートAN2に至るラインがハイレベルにされてMOSトランジスタM4がオンされ、圧電素子CL2の放電が開始されたとき、MOSトランジスタM2,M4を介して圧電素子CL1,CL2との蓄積電荷がラインLD3に放電されようとするが、演算増幅器A2とMOSトランジスタM10が、負荷の増加に直ちに応答できず、ラインLD3の電位が一時的に上昇される。
【0071】
一方、圧電素子CL1とCL2とには電位差があり、圧電素子CL2の電荷がMOSトランジスタM4、ラインLD3、及びMOSトランジスタM2を経由して圧電素子CL1に移動しようとする。このときの圧電素子CL1、ラインLD3、圧電素子CL2の電位の関係は、次のようになる。
CL1電位<ラインLD3電位<CL2電位
【0072】
このとき、コンパレータCO2の入力は反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位を下回ることから、コンパレータCO2出力はハイレベルとなり、MOSトランジスタM2はオフされる。これにより圧電素子CL1からの放電は停止される。尚、圧電素子CL2は放電され続ける。
【0073】
ラインLD3の電位が圧電素子CL1の電位を下回ったとき、すなわち、圧電素子CL1とCL2との端子電圧がほぼ同電位となったとき、コンパレータCO2の両入力端子が同電位のため、コンパレータCO2出力がローレベルとなり、MOSトランジスタM2がオンして、圧電素子CL1からの放電が再開される。
【0074】
このような動作により、ラインLC3,LD3の電位が不所望なレベルになった場合に、制御論理11〜14により、対応するMOSトランジスタM1〜M4が非導通状態とされることにより、圧電素子CL1,CL2の充電又は放電が一時的に停止されるようになっているため、例えば圧電素子を利用しているインクジェットプリンタにおいて、当該圧電素子の駆動中に当該圧電素子の端子電圧が変動された場合には、それまではインク吐出状態であったのに、突然インク吸引状態になるなどの圧電素子CL1,CL2の不所望な状態を回避することができる。
【0075】
図8には、上記充電基準電圧回路4の構成例が示される。
【0076】
pチャネル型MOSトランジスタMC1と抵抗RC1はバイアス回路であり、pチャネル型MOSトランジスタMC2は、pチャネル型MOSトランジスタMC1とゲート電位が同一であることから、pチャネル型MOSトランジスタMC3がオンし、nチャネル型MOSトランジスタMC4がオフしたとき、pチャネル型MOSトランジスタMC2には、pチャネル型MOSトランジスタMC1と同一の電流が流れる。初め入力ラインLC1をハイレベルにして、pチャネル型MOSトランジスタMC3をオフし、nチャネル型MOSトランジスタMC4をオンして容量CC1の初期電圧をゼロにし、入力ラインLC1がローレベルになったとき、pチャネル型MOSトランジスタMC3がオンし、nチャネル型MOSトランジスタMC4をオフして、容量CC1が充電される。容量CC1の端子電圧、及び出力ラインLC2は、0ボルトからVdd2まで直線状に昇圧する。
【0077】
図9には、上記放電基準電圧回路5の構成例が示される。
【0078】
nチャネル型MOSトランジスタMD1とnチャネル型MOSトランジスタMD2と抵抗RD1によって定電流回路が形成され、nチャネル型MOSトランジスタMD4がオンされ、pチャネル型MOSトランジスタMD3がオフしたとき、nチャネル型MOSトランジスタMD2には、nチャネル型MOSトランジスタMD1と同一の電流が流れる。初め入力ラインLD1をローレベルにしてnチャネル型MOSトランジスタMD4をオフし、pチャネル型MOSトランジスタMD3をオンして容量CD1を電源電圧Vdd2に充電しておき、入力ラインLD1がハイレベルになったとき、nチャネル型MOSトランジスタMD4をオンし、pチャネル型MOSトランジスタMD3をオフして、容量CD1を放電する。容量CD1の端子電圧及び出力ラインLD2は、Vdd2から0ボルトまで直線状に降下される。
【0079】
次に別の構成例について説明する。
【0080】
図10及び図11には、上記充電基準電圧回路4の別の構成例が示される。
【0081】
充電MOSと圧電素子の直列回路に矩形波を入力した場合の充電電圧カーブより、充電基準電圧回路4の出力LC2が緩やかなカーブを描く電圧を生成すれば電力損失低減効果は得られる。このことから、図10に示される回路は、pチャネル型MOSトランジスタMC5、nチャネル型MOSトランジスタMC6、抵抗RC2、容量CC2が結合されて成る。容量CC2を圧電素子CL1,CL2の等価容量値と同じとし、抵抗RC2を充電MOSトランジスタM1のオン抵抗値以上としたRCの直列回路としている。ラインLC1を予めハイレベルにしてnチャネル型MOSトランジスタMC6をオンさせ、容量CC2を放電し、ラインLC1がローレベルになったとき、pチャネル型MOSトランジスタMC5がオンし、容量CC2を充電し、ラインLC2から電圧を出力する。
【0082】
図11に示される回路は、pチャネル型MOSトランジスタMC6、nチャネル型MOSトランジスタMC7,MC8、抵抗RC3,RC4、容量CC3,CC4を含んで成る。抵抗RC3と容量CC3の接続点電圧で、抵抗RC4と容量CC4との直列回路を充電することにより、抵抗RCの直列回路に比較して、より直線状電圧に近づけるため、RC2段回路を用ている。容量CC4を圧電素子の等価容量値と同じとし、容量CC3を等価容量値以上として、抵抗RC3と抵抗RC4との合成抵抗を充電MOSトランジスタM1のオン抵抗値以上とし、直線状電圧に近づけている。入力LC1を予めハイレベルにしておき、nチャネル型MOSトランジスタMC7とnチャネル型MOSトランジスタMC8をオンさせ、容量CC3とCC4とを放電し、ラインLC1がローレベルになったとき、pチャネル型MOSトランジスタMC6がオンし、容量CC3とCC4とを充電して、ラインLC2から電圧を出力させる。
【0083】
図12及び図13には、放電基準電圧回路5の別の構成例が示される。
【0084】
図12では、RCの直列回路が使用され、図13では、RC2段回路が使用されている。尚、容量値、抵抗値については図10及び図11に示される場合と同様とされる。
【0085】
図12に示される構成では、pチャネル型MOSトランジスタMD5、nチャネル型MOSトランジスタMD6、抵抗RD2、容量CD2を含む。入力ラインLD1を予めローレベルにして、pチャネル型MOSトランジスタMD5をオンさせ、容量CD2を充電し、入力ラインLD1がハイレベルになったとき、nチャネル型MOSトランジスタMD6がオンされ、容量CD2が放電され、そのときの電圧がラインLD2から出力される。
【0086】
図12に示される構成では、pチャネル型MOSトランジスタMD7,MD8、nチャネル型MOSトランジスタMD6、抵抗RD3,RD4、容量CD3,CD4を含む。入力ラインLD1を予めローレベルにしておき、pチャネル型MOSトランジスタMD7と、pチャネル型MOSトランジスタMD8をオンさせ、容量CD3とCD4とを充電し、入力ラインLD1がハイレベルになったとき、nチャネル型MOSトランジスタMD6がオンされ、容量CD3とCD4とが放電され、そのときの電圧がラインLD2から出力される。
【0087】
図1に示される回路構成では、充電時にMOSトランジスタM3のオンタイミングが、充電期間の終了間際である場合には、圧電素子CL1とCL2との電位が電源Vdd2の電圧レベルまで到達しない可能性がある。このことは放電についてもいえる。
【0088】
図14には、圧電素子CL1とCL2との電位を電源Vdd2の電圧レベルにまで到達させるようにした回路構成が示される。
【0089】
図14に示されるプリンタ印刷ヘッド用IC1が、図1に示されるのと大きく相違するのは、pチャネル型MOSトランジスタM5、nチャネル型MOSトランジスタM6、及び制御論理15,16を含む点である。
【0090】
上記pチャネル型MOSトランジスタM5は、ソースが電源Vdd2に結合され、ドレインが圧電素子CL1の端子に結合され、ゲートが制御論理15に結合される。
【0091】
上記nチャネル型MOSトランジスタM6は、ドレインが圧電素子CL1の端子に結合され、ソースがグランドGNDに結合され、ゲートが制御論理16に結合される。
【0092】
上記制御論理15は、充電側コントローラ2からの出力信号を反転するためのインバータN1,N2、オアゲートOR1の出力信号と上記インバータN1とのアンド論理を得るアンドゲートと、その出力信号と上記インバータN2の出力信号とのノア論理を得るノアゲートとの組み合わせゲートANR1を含む。この組み合わせゲートANR1の出力信号によって上記MOSトランジスタM5の動作が制御される。
【0093】
上記制御論理16は、上記アンドゲートAN1の出力信号を反転するためのインバータN3、このインバータN3の出力信号と放電側コントローラ3からの出力信号とのアンド論理を得るためのアンドゲートと、このアンドゲートと上記放電側コントローラ3からの出力信号とのノア論理を得るノアゲートとの組み合わせゲートANR2、及びその出力信号を反転するためのインバータN4を含む。このインバータN4の出力信号によってMOSトランジスタM6の動作が制御される。
【0094】
尚、図14においては、説明の便宜上、圧電素子CL1についてのみ示しているが、圧電素子CL2についても同様に実現することができる。
【0095】
次に、上記構成の動作を説明する。
【0096】
図15には、図14における主要部の動作タイミングが示される。
【0097】
圧電素子CL1の充電途中に、圧電素子CL2の充電が開始されたとき、インバータN1の入力端子がローレベル、インバータN2の入力端子がハイレベとされ、オアゲートOR1の出力信号は、MOSトランジスタM1をオフする間ハイレベルとされる。オアゲートOR1の出力信号がハイレベルのときだけ、組み合わせゲートANR1の出力信号がローレベルとなり、それによりMOSトランジスタM5がオンされる。
【0098】
次に、充電側コントローラ2によりインバータN1の入力端子がハイレベルにされ、インバータN2の入力端子がローレベルにされたとき、MOSトランジスタM1はオフされ、組み合わせゲートANR1の出力信号がローレベルとされることでMOSトランジスタM5がオンされる。それにより、充電側電圧制御回路61によって電圧制御される以前の電源電圧Vdd2を圧電素子CL1に供給することができる。
【0099】
放電についても同様に、圧電素子CL1の放電途中に、圧電素子CL2の放電が開始したとき、放電側コントローラ3から組み合わせゲートANR2のアンドゲートに入力される信号がハイレベル、放電側コントローラ3から組み合わせゲートANR2のノアゲートに入力される信号がローレベルとされ、アンドゲートAN1の出力はMOSトランジスタM2をオフする間ローレベルとされる。アンドゲートAN1の出力信号がローレベルのときだけ、組み合わせゲートANR2の出力がローレベルとされ、MOSトランジスタM6がオンされる。
【0100】
次に、放電側コントローラ3から組み合わせゲートANR2のアンドゲートに入力される信号がローレベルにされ、放電側コントローラ3から組み合わせゲートANR2のノアゲートに入力される信号がハイレベルにされたとき、MOSトランジスタM2がオフされ、組み合わせゲートANR2の出力がローレベルにされ、MOSトランジスタM6がオンされる。それにより、放電側電圧制御回路62によって電圧制御される以前の電源電圧(GNDレベル)を圧電素子CL1に供給することができる。
【0101】
このようにMOSトランジスタM5が導通されるため、充電時にMOSトランジスタM3のオンタイミングが充電期間の終了間際である場合であっても、圧電素子CL1の端子電位を電源Vdd2の電圧レベルまで到達させることができる。同様に、MOSトランジスタM6が導通されるため、放電時にMOSトランジスタM4のオンタイミングが充電期間の終了間際である場合であっても、圧電素子CL1の端子電位をグランドGNDレベルにまで到達させることができる。
【0102】
図16には、上記プリンタ印刷ヘッド用IC1の別の構成例が示される。
【0103】
図16に示されるプリンタ印刷ヘッド用IC1が、図5に示されるのと大きく相違するのは、pチャネル型MOSトランジスタM1に代えて、pチャネル型MOSトランジスタM11とそれに結合されたnpn型バイポーラトランジスタT1とを設けた点、nチャネル型MOSトランジスタM2に代えて、nチャネル型MOSトランジスタM12とそれに結合されたpnp型バイポーラトランジスタT2とを設けた点、pチャネル型MOSトランジスタM3に代えて、pチャネル型MOSトランジスタM13とそれに結合されたnpn型バイポーラトランジスタT3とを設けた点、nチャネル型MOSトランジスタM4に代えて、nチャネル型MOSトランジスタM14とそれに結合されたpnp型バイポーラトランジスタT4とを設けた点である。
【0104】
このようにバイポーラトランジスタを介在させることにより、充電の際ラインLC3の電位が一時的に下がっても、圧電素子からLC3に電流が流れず、チャージシェアリングは起こらない。
【0105】
圧電素子CL1を充電する場合、充電側コントローラ2からMOSトランジスタM11に至るラインをローレベルにすると、MOSトランジスタM11がオンする。このときの電位の関係は次のようになる。
LC3電位>T1のベース電位>CL1電位
【0106】
それによりラインLC3からバイポーラトランジスタT1のベース電流が流れ、その結果、バイポーラトランジスタT1がオンされ、圧電素子CL1が充電される。
【0107】
この充電途中に、ラインLC3の電位が一時的に下がったとき、電位の関係は次のようになる。
LC3電位=T1のベース電位<CL1電位
【0108】
この関係により、バイポーラトランジスタのベース電流が流れないことから、バイポーラトランジスタT1はオフされ、従って、圧電素子CL1とCL2とのチャージシェアリングを回避することができる。
【0109】
また、放電においては次のように動作する。
【0110】
放電側コントローラ3からMOSトランジスタM12に至るラインをハイレベルにすると、MOSトランジスタM12がオンされる。このときの電位の関係は次のようになる。
LD3電位<T2のベース電位<CL1電位
【0111】
従って、圧電素子CL1からバイポーラトランジスタT2のベース電流が流れ、その結果、バイポーラトランジスタT2がオンされ、圧電素子CL1が放電される。この放電途中に、ラインLD3の電位が一時的に上昇したとき、電位の関係は、次のようになる。
LD3電位=T2のベース電位>CL1電位
【0112】
これにより、バイポーラトランジスタのベース電流が流れないことから、バイポーラトランジスタT2はオフされ、圧電素子CL1とCL2とのチャージシェアリングが回避される。
【0113】
図17には、電圧制御回路6についての別の構成例が示される。
【0114】
図17に示される構成例では、電圧制御回路6において、プリンタ印刷ヘッド用IC1に供給する電源電圧を階段状に変化させるようにしている。
【0115】
複数の抵抗R1〜Rnが直列接続されて成る分圧抵抗18の各タップからは、抵抗比に応じて電圧Vdd2を分圧した電圧が得られる。このタップ電圧を選択回路17で順次選択することにより、ラインLC3の電圧を階段状に順次上昇するように変化させることができる。上記選択回路17の動作制御はコントロール回路19によって行われる。尚、放電側回路も、図17に示されるように構成することによって、ラインLD3の電圧を階段状に順次低下させるように構成することができる。このようにしても上記の例と同様の作用効果を得ることができる。
【0116】
上記の例によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【0117】
(1)充電基準電圧回路4の出力電圧が経時的に徐々に上昇されるように変化されるとき、演算増幅器A1の出力信号に応じてpチャネル型MOSトランジスタM9のオン抵抗が変化されることにより、ラインLC3の電圧レベルも、上記充電基準電圧回路4の出力電圧の経時的変化に呼応して徐々に上昇される。また、放電基準電圧回路5の出力電圧が経時的に徐々に降下されるように変化されるとき、演算増幅器A2の出力信号に応じてnチャネル型MOSトランジスタM10のオン抵抗が変化されることにより、ラインLD3の電圧レベルも、上記放電基準電圧回路5の出力電圧の経時的変化に呼応して徐々に下降される。このようにラインLC3,LD3の電圧レベルを緩やかに変化させるようにしているため、容量性負荷に直列接続されている抵抗成分での損失エネルギーの低減を図ることができ、それによって負荷駆動回路での電力損失を低減させることができる。
【0118】
(2)圧電素子CL1,CL2の端子電圧と電源電圧とを比較することによって上記電源電圧の変動を検出し、その検出結果に応じてMOSトランジスタM1〜M4を非導通状態に制御することにより、上記圧電素子CL1,CL2の駆動が停止される。それにより、上記圧電素子CL1,CL2の電源電圧変動に起因する不所望な状態を回避することができる。
【0119】
(3)MOSトランジスタM5を設け、それを導通させることで、圧電素子CL1の端子電位を電源Vdd2の電圧レベルまで到達させることができる。同様に、MOSトランジスタM6を設け、それを導通させることにより、圧電素子CL1の端子電位をグランドGNDレベルにまで到達させることができる。
【0120】
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0121】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるインクジェットヘッドに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、負荷駆動回路として広く適用することができる。
【0122】
本発明は、少なくとも容量負荷を駆動するための駆動素子を含むことを条件に適用することができる。
【0123】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0124】
すなわち、電源電圧が変動された場合に駆動素子が非導通状態とされることによって容量性負荷の駆動が停止されるため、容量性負荷の電源電圧変動に起因する不所望な状態を回避することができる。
【0125】
また、容量性負荷とその駆動素子との直列接続回路に矩形状に電圧波形を与えた場合の上記容量性負荷の端子電圧の変化カーブよりも緩やかとなるように、上記容量性負荷を充電する際の上記駆動素子の電源電圧波形、及び上記容量性負荷から放電する際の上記駆動素子の電源電圧波形を制御することにより、上記容量性負荷に直列接続されている抵抗成分での損失エネルギーの低減を図り、それによって負荷駆動回路での電力損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる負荷駆動回路の構成例回路図である。
【図2】スイッチを用いた容量充電回路の構成例回路図である。
【図3】上記スイッチを抵抗に見立てた容量充電回路の構成例回路図である。
【図4】抵抗及びインダクタンスを用いた容量充電回路の構成例回路図である。
【図5】本発明にかかる負荷駆動回路の比較対象とされる回路の構成例回路図である。
【図6】図5に示される回路における主要部の動作タイミング図である。
【図7】図5に示される回路構成で、駆動中の圧電素子の端子にノイズが発生する場合を示すタイミング図である。
【図8】上記負荷駆動回路における充電基準電圧回路の構成例回路図である。
【図9】上記負荷駆動回路における放電基準電圧回路の構成例回路図である。
【図10】上記充電基準電圧回路の別の構成例回路図である。
【図11】上記充電基準電圧回路の別の構成例回路図である。
【図12】上記放電基準電圧回路の別の構成例回路図である。
【図13】上記放電基準電圧回路の別の構成例回路図である。
【図14】上記負荷駆動回路におけるプリンタ印刷ヘッド用ICの別の構成例回路図である。
【図15】図14に示される回路における主要部の動作タイミング図である。
【図16】上記負荷駆動回路におけるプリンタ印刷ヘッド用ICの別の構成例回路図である。
【図17】上記負荷駆動回路における主要部の詳細な構成例回路図である。
【符号の説明】
1 プリンタ印刷ヘッド用IC
2 充電側コントローラ
3 放電側コントローラ
4 充電基準電圧回路
5 放電基準電圧回路
6 電圧制御回路
11,12,13,14 制御論理
15,16 制御論理
61 充電側電圧制御回路
62 放電側電圧制御回路
CL1,CL2 圧電素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load driving technique, and further to a technique for reducing power loss in a circuit for driving a capacitive load, for example, a technique effective when applied to a piezoelectric element driving circuit in an inkjet head.
[0002]
[Prior art]
In an ink jet head using a piezoelectric element (piezo element), a voltage is applied to the piezoelectric element to distort the piezoelectric element toward the pressure generating chamber, and ink is ejected from the nozzle hole by the pressing force.
[0003]
Piezoelectric elements are capacitive loads, and charge and discharge are repeated as many times as ink is ejected. However, the energy conversion efficiency of ejection is not necessarily high, and almost the same amount of energy may be lost as heat in one ejection. There is a forced rise in the package temperature.
[0004]
As a method of suppressing heat generation, energy recovery (power recovery) and loss energy suppression (power loss reduction) can be considered.
[0005]
In the power recovery, when the electric charge stored in the capacitive load is discharged, the electric charge is transferred to another capacitor (capacitor), and this electric charge is reused at the next charging time. Examples of documents describing this system include “Latest Plasma Display Technology” (published in 1996, published by ED Research, pages 107 to 111) and JP-A-11-170529.
[0006]
On the other hand, as a method for reducing power loss, in a printer head driving device using a piezo element, the back electromotive force of a coil is used to reduce the voltage applied to a charge or discharge switch to suppress loss energy. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-63040 is an example of a document describing this.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Piezoelectric elements are capacitive loads, and charge and discharge are repeated as many times as ink is ejected. However, the energy conversion efficiency of ejection is not necessarily high, and almost the same amount of energy may be lost as heat in one ejection. There is. For example, as shown in FIG. 2, a case is considered in which charging is performed by applying a rectangular wave voltage V to a series circuit of a capacitance C that is a capacitance of a piezoelectric element and a switch M formed by a p-channel MOS transistor. The value of the switch M using a p-channel MOS transistor varies depending on the gate voltage, but can be approximated by a resistor R as shown in FIG. In this specification, when multiplication is indicated by “*”, the energy stored in the capacity C during charging is (1/2) * C * V. 2 However, the energy consumed by the resistor R is the same amount (1/2) * C * V 2 It is. Even when the applied voltage V is set to the ground level and the capacitor C is discharged after charging the capacitor C, the energy consumed by the resistor R is (1/2) * C * V 2 Therefore, the energy consumed by the resistor R through charging / discharging is not related to the resistance value but CV 2 And lost as heat.
[0008]
As a means for suppressing this loss energy, there is power recovery used in a plasma display (PDP) that can be regarded as a capacitive load in the same way as a piezoelectric element of a printer. In a PDP adopting a system called AC type, it is necessary to charge and discharge a capacitor C that is regarded as a capacitance of the panel from 0 to Vo volts within a time period called a sustain period. At that time, power is collected. That is, a capacitor Css and an inductance L are provided separately from the capacitor C, the capacitor Css is charged in advance to a voltage of (1/2) * Vo, and the charge of the capacitor Css is obtained by using the natural vibration of the inductance L and the capacitor C. The charge is transferred from the capacitor C to the capacitor Css when the charge is transferred to the capacitor C and discharged. In this method, power recovery for reusing electric charges and power loss reduction using natural vibration are performed. By utilizing the natural vibration, the terminal voltage of the capacitor Css can be set to (1/2) Vo which is half of the voltage Vo to be applied to the capacitor C. Therefore, the current flowing through the line from the capacitor Css to the capacitor C through the inductance L can be obtained. The power loss can be reduced by the resistance component.
[0009]
As another means for suppressing the loss energy, there is a method of reducing the voltage across the resistor including the switch by using the back electromotive force of the inductance. Considering the case where the inductance L is inserted between the resistor R and the capacitor C as shown in FIG. 4, a back electromotive force is generated in the inductance L immediately after the start of charging, and the voltage across the resistor R is divided by the back electromotive force. Can only be made smaller. As a result, the loss energy, which is the time integral value of the product of the current flowing through the resistor R and the voltage applied to both ends, can be reduced. The power loss reduction in the power recovery described above is a special case of this method.
[0010]
The power recovery, the method for reducing power loss using natural vibration, and the method for reducing power loss using back electromotive force of inductance need to implement the inductance L, but manufacture an appropriate inductance inside the IC. Is difficult and needs to be provided outside. When the inductance L is externally mounted, if the number of channels of the print head is large, many mounting parts are required and it is difficult to realize the mounting. In addition, if the line resistance including the switch is large, the inductance L must be a large value, which increases the mounting component price.
[0011]
Further, in the power recovery, the power recovery capacity Css is approximately twice the capacity C (C * Vo = (1/2) * Css * Vo, ∴Css = 2C considering the movement of electric charge during discharge). When used for an inkjet head, about 2000 pF per channel is required. Even if a power recovery circuit can be realized by collecting a large number of channels and having one power recovery capacity ΣCss, the capacity ΣCss is placed outside the IC. When the charge is transferred from the external capacitor ΣCss to the capacitor C through the IC when necessary, the IC causes a power loss, which does not reduce the IC power loss.
[0012]
Furthermore, when the inventors of the present application have studied a load driving circuit that drives a capacitive load such as a piezoelectric element, when a voltage fluctuation occurs in the power supply line, noise is generated at the terminal of the capacitive load that is being driven. It has been found that capacitive loading results in an undesirable state. For example, in an ink jet printer using a piezoelectric element, if the terminal voltage of the piezoelectric element fluctuates while the piezoelectric element is being driven, the ink was suddenly changed to an ink-sucking state even though it was in an ink-discharging state until then. In such a case, the printing accuracy may be deteriorated.
[0013]
An object of the present invention is to provide a technique for reducing power loss.
[0014]
Another object of the present invention is to provide a technique for avoiding an undesired state caused by a power supply voltage fluctuation of a capacitive load.
[0015]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0017]
That is, the operation is enabled by supplying the power supply voltage, and the drive element for driving the capacitive load according to the input signal is compared with the terminal voltage of the capacitive load and the power supply voltage. A load driving circuit is configured to include a control logic for detecting fluctuations in the power supply voltage and controlling the driving element in a non-conducting state in accordance with the detection result.
[0018]
The drive of the capacitive load is stopped when the drive element is turned off through the control logic. This avoids undesired conditions due to power supply voltage fluctuations of the capacitive load.
[0019]
At this time, in order to reduce the power loss in the driving element, from the change curve of the terminal voltage of the capacitive load when a rectangular voltage waveform is applied to the series connection circuit of the capacitive load and the driving element. Voltage control means for controlling the power supply voltage waveform of the drive element when charging the capacitive load and the power supply voltage waveform of the drive element when discharging from the capacitive load. By providing, the power loss of the driving element, for example, the charging or discharging transistor is reduced as follows.
[0020]
In a series circuit of a capacitive load and a resistor, when charging a capacitor with a rectangular wave of voltage V, the loss energy of a resistor R (including a switch and a line resistor) connected in series to the capacitor C is (1 / 2) * C * V 2 It is. If the charging voltage is divided into two voltage levels, a rectangular wave of 0 to (1/2) * V and a rectangular wave of (1/2) * V to V, the loss energy of the resistance is ( 1/2) * C * (1/2 * V) 2 + (1/2) * C * (1/2 * V) 2 = (1/4) * C * V 2 And half of the previous. Further, when the applied voltage is divided into three stages, the energy loss is 1/3, and when the applied voltage is divided into four stages, it becomes 1/4. This reduction in power loss is obtained by reducing the current that flows when the applied voltage value is divided. In other words, it is obtained by reducing the voltage across the resistor.
[0021]
Furthermore, the voltage to be applied is divided innumerably into a linear voltage (when the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage), the voltage rises diagonally from 0 to V volts and then maintains V volts. In some cases, significant loss energy loss can be expected. When a voltage is applied in a straight line, the approximate expression integrating the loss energy at the resistor R up to infinite time is (1/2) * C * V 2 -(1/6) * V 2 * (T / R) + O (T 2 ). Here, T is the time until the linear voltage reaches 0 V to V volts, and the third term is T 2 This is the approximate error term. As is apparent from this approximate expression, as the linear voltage time T is increased and R is decreased, the loss energy decreases. When T = 3 * R * C, the first term and the second term are offset, and the error term. The loss energy becomes very small. When T exceeds 3 * R * C, the sum of the first and second terms becomes negative, is subtracted from the error term, and approaches zero as much as possible. The current when this linear voltage is applied is (1 / T) * C * V * [1-exp (−t / (R * C))], and reaches a maximum value at t = T. That is, the resistance R does not exist in the coefficient representing the maximum value of current. This is because, by applying a gentle voltage with a slow rise from the charging curve of the capacity C when a rectangular wave is applied to the series circuit of R and C, the capacity is relatively increased (with respect to a gradual voltage rise). Is charged instantaneously, the voltage applied to both ends of the resistor becomes minute, and it is considered that the resistor R does not exist in the coefficient representing the maximum value of the current. Therefore, the reduction in power loss is caused by the decrease in current value, and the decrease in current value is considered to be caused by the decrease in voltage across the resistor R.
[0022]
What is required in the circuit according to the present invention is to gently increase the voltage applied to the series circuit of the capacitor C and the resistor R. Specifically, as described above, when the voltage waveform is applied in a rectangular shape to the series connection circuit of the capacitive load and its drive element, it becomes more gradual than the change curve of the terminal voltage of the capacitive load. Controlling the power supply voltage waveform of the drive element when charging the capacitive load and the power supply voltage waveform of the drive element when discharging from the capacitive load. If such a circuit is used, the power consumption of the IC can be reduced, and the heat radiation design of the printer head mounted with the IC, which has been required in the past, becomes easy. Since the motor output for operating the head can be reduced, the cost of the system can be reduced.
[0023]
Further, it is possible to provide a transistor capable of supplying the capacitive load with a voltage before being voltage-controlled by the voltage control means during a period when the driving element is non-conductive.
[0024]
Further, the power supply voltage is supplied to enable operation, and a drive element for driving a capacitive load according to an input signal and a series connection circuit of the capacitive load and the drive element have a rectangular voltage. A waveform of the power supply voltage of the drive element when charging the capacitive load and a discharge from the capacitive load so as to be gentler than the change curve of the terminal voltage of the capacitive load when the waveform is given. When the load drive circuit is configured to include a voltage control means for controlling the power supply voltage waveform of the drive element, the drive element can be a bipolar transistor. Since the bipolar transistor can be made non-conductive due to fluctuations, as in the case where the control logic is provided, undesired due to fluctuations in the power supply voltage of the capacitive load. To avoid the state, to achieve the object of the present invention that.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 5 shows a circuit to be compared with the load drive circuit according to the present invention.
[0026]
This circuit is configured to perform load driving for two piezoelectric elements in the printer head, and is not particularly limited. However, the printer print head IC 1 and a voltage control circuit 6 for controlling the voltage supplied to the printer print head IC 1 are provided. including.
[0027]
The printer printhead IC 1 includes load charging p-channel MOS transistors M1 and M3, a charge-side controller 2 for controlling the operation thereof, load discharge n-channel MOS transistors M2 and M4, and an operation thereof. And a discharge-side controller 3 for controlling. The MOS transistors M1 to M4 are examples of driving elements for driving the capacitive loads (CL1, CL2).
[0028]
A p-channel MOS transistor M1 and an n-channel MOS transistor M2 are connected in series, and the series connection node is coupled to the piezoelectric element CL1. A p-channel MOS transistor M3 and an n-channel MOS transistor M4 are connected in series, and the series connection node is coupled to the piezoelectric element CL2.
[0029]
The sources of the p-channel MOS transistors M1 and M3 are coupled to the input line LC3, and the high-potential power supply voltage is supplied to the p-channel MOS transistors M1 and M3 via the input line LC3. A control signal from the charging controller 2 is input to the gates of the p-channel MOS transistors M1 and M3, and the operations of the p-channel MOS transistors M1 and M3 are controlled by this control signal.
[0030]
The sources of the n-channel MOS transistors M2 and M4 are coupled to the input line LD3, and the low-potential-side power supply voltage is supplied to the n-channel MOS transistors M2 and M4 via the input line LD3. A control signal from the discharge-side controller 3 is input to the gates of the n-channel MOS transistors M2 and M4, and the operations of the n-channel MOS transistors M2 and M4 are controlled by this control signal.
[0031]
The voltage control circuit 6 includes a charge side voltage control circuit 61, a discharge side voltage control circuit 62, and a potential determining resistor Ra.
[0032]
The charging-side voltage control circuit 61 includes a charging reference voltage circuit 4 for forming a charging reference voltage, and an operational amplifier A1 for comparing the charging reference voltage formed by the charging reference voltage circuit 4 with the voltage of the line LC3. And a p-channel MOS transistor M9 controlled by the output of the operational amplifier A1. Power supply Vdd2 is coupled to line LC3 via p-channel MOS transistor M9. The output voltage of the charging reference voltage circuit 4 is transmitted to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier A1 via the line LC2. When the output voltage of the charging reference voltage circuit 4 is changed so as to gradually increase with time, the on-resistance of the p-channel MOS transistor M9 is changed in accordance with the output signal of the operational amplifier A1, thereby causing the line The voltage level of the LC 3 is also gradually raised in response to the change with time of the output voltage of the charging reference voltage circuit 4.
[0033]
The discharge side voltage control circuit 62 includes a discharge reference voltage circuit 5 for forming a discharge reference voltage, and an operational amplifier A2 for comparing the discharge reference voltage formed by the discharge reference voltage circuit 5 with the voltage of the line LD3. And an n-channel MOS transistor M10 controlled by the output of the operational amplifier A2. The ground GND (low potential side power supply voltage) is coupled to the line LD3 via the n-channel MOS transistor M10. The output voltage of the discharge reference voltage circuit 5 is transmitted to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier A2 via the line LD2. When the output voltage of the discharge reference voltage circuit 5 is changed so as to gradually decrease with time, the on-resistance of the n-channel MOS transistor M10 is changed in accordance with the output signal of the operational amplifier A2, whereby the line The voltage level of the LD 3 is also gradually lowered in response to the change with time of the output voltage of the discharge reference voltage circuit 5.
[0034]
By disposing a charging MOS switch in parallel with the MOS transistors M1 and M3 and disposing a discharging MOS switch in parallel with the MOS transistors M2 and M4 (both not shown), it is possible to drive a piezoelectric element exceeding two channels. It is possible.
[0035]
The voltage level of the power supply Vdd2 is not particularly limited, but is about 30V. In FIG. 5, a single power source of Vdd2 is used, but a configuration in which Vdd2 is the highest potential and the ground GND potential in the drawing is the lowest potential as two power sources is also conceivable.
[0036]
The printer print head IC 1 is controlled by a one-chip microcomputer. As input signals, there are a waveform signal of a low voltage Vdd 1 (3.3 V to 5 V) level and a waveform selection signal for each piezoelectric element (not shown). The waveform signal and the waveform selection signal for each piezoelectric element generate a charge / discharge timing control signal for each piezoelectric element as indicated by signals S1 and S2 in the figure by a logic circuit (not shown). Here, when the signals S1 and S2 change from the low level to the high level, the charging start timing is set, and when the signals S1 and S2 change from the high level to the low level, the discharge start timing is set.
[0037]
In order to reduce the number of external circuits of the IC, it is conceivable to use one external circuit for a plurality of piezoelectric elements. However, to charge n piezoelectric elements, one piezoelectric element is charged. N times the current is required. When charging, the line LC2 whose voltage is gradually boosted is directly connected to the sources of the p-channel MOS transistors M1 and M3, so that a power reduction effect can be obtained, but the operational amplifier A1 can obtain a current corresponding to a change in load. And the configuration of the p-channel type MOS transistor M9. The operational amplifier A1 and the p-channel MOS transistor M9, and the operational amplifier A2 and the n-channel MOS transistor M10 are so-called current amplification circuits.
[0038]
Focusing on the charging circuit of the piezoelectric element CL1, the drain of the p-channel MOS transistor M9 is connected to the source of the p-channel MOS transistor M1 intended to reduce power loss, and the drain of the MOS transistor M1 is connected to the piezoelectric element. By connecting to CL1, power loss in the p-channel MOS transistor M1 is reduced. Focusing on the discharge circuit, the drain of the MOS transistor M10 is connected to the source of the n-channel MOS transistor M2 intended to reduce power loss, and the drain of the MOS transistor M2 is connected to the piezoelectric element CL1. As a result, the power loss of the MOS transistor M2 can be reduced.
[0039]
By configuring the charging circuit and discharging circuit of the piezoelectric element CL2 in the same manner as described above, the power loss of the p-channel MOS transistor M3 and the n-channel MOS transistor M4 can be reduced.
[0040]
FIG. 6 shows the operation timing of the main part in the circuit shown in FIG.
[0041]
When the signals S1 and S2 change from the low level to the high level at time t1 in FIG. 6, the charging-side controller 2 changes the line LC1 signal from the high level to the low level, and also charges the p-channel MOS transistor for charging the piezoelectric element CL1. The p-channel MOS transistor M3 for charging M1 and the piezoelectric element CL2 is turned on. The discharge-side controller 3 changes the line LD1 from high level to low level and turns off the discharge n-channel MOS transistor M2 of the piezoelectric element CL1 and the discharge n-channel MOS transistor M4 of the piezoelectric element CL2.
[0042]
The charging reference voltage circuit 4 rises the voltage of the line LC2 in a straight line in response to the change of the signal of the line LC1. Here, assuming that the rise time of the line LC2 from 0 to 0.9 * Vdd2 volts is T, there is a relationship of T ≧ 3 * R * CL. Here, R is a resistance value obtained by converting the on state of the charging p-channel MOS transistor M1 or the p-channel MOS transistor M3, and CL is a capacitance value of the piezoelectric element CL1 or CL2. When M1 and M3 are simultaneously turned on as described here, R is a parallel combined resistance value of resistances obtained by converting the on states of the two MOSs, and CL is the piezoelectric element CL1 and the piezoelectric element CL2. Although it is a parallel composite capacity value, the value of 3 * R * CL is the same as when only M1 is turned on.
[0043]
The discharge reference voltage circuit 5 sets the line LD2 to high level in response to the line LD1 becoming low level. When the line LD2 becomes high level, the potential of the line LD2 becomes higher than the potential of the line LD3, so the output of the operational amplifier A2 decreases, the line LD3 also becomes high level, and M10 is turned off.
[0044]
When the line LC2 starts to rise linearly, the potential of the LC2 is higher than the potential of the line LC3, so the output of the operational amplifier A1 falls and the M9 is turned on, and the line LC3 rises linearly so as to have the same potential as the line LC2. Here, due to the response speed of the operational amplifier A1 and the presence of Vth of the p-channel MOS transistor M9, the voltage rise start of the line LC3 is delayed from that of the line LC2, and immediately rises to the voltage of the LC2 immediately after the M9 is turned on. Thereafter, it rises linearly following the trajectory of the line LC2.
[0045]
When the voltage of the line LC3 rises linearly, the piezoelectric element CL1 and the piezoelectric element CL2 are charged, and between the time t1 and the time t2, the p-channel MOS transistor M1 for charging the piezoelectric element CL1 and the piezoelectric element as described above. The power loss of the charging p-channel MOS transistor M3 for CL2 can be reduced.
[0046]
When the signals S1 and S2 change from the high level to the low level at time t2, the charging side controller 2 changes the line LC1 from the low level to the high level and turns off the p-channel MOS transistors M1 and M3. Further, the discharge-side controller 3 changes the line LD1 from the low level to the high level and turns on the n-channel MOS transistors M2 and M4.
[0047]
The charging reference voltage circuit 4 sets the line LC2 to low level in response to the line LC1 becoming high level. When the line LC2 becomes low level, the output of the operational amplifier A1 rises because the potential of LC2 is lower than the potential of line LC3, the line LC3 also becomes low level, and M9 is turned off.
[0048]
In response to the fact that the line LD1 becomes high level, the discharge reference voltage circuit 5 drops the line LD2 linearly.
[0049]
When the line LD2 falls linearly, the potential of LD2 becomes lower than the potential of LD3, the output of the operational amplifier A2 increases, M10 turns on, M2 and M4 turn on, and the piezoelectric elements CL1 and CL2 have almost the same potential. The line LD3 falls linearly so as to have the same potential as LD2. Also here, due to the response speed of the operational amplifier A2 and the presence of Vth of the p-channel MOS transistor M10, the voltage falling start of the line LD3 is delayed from that of the line LD2, and immediately falls to the voltage of the LD2 immediately after M10 is turned on. Thereafter, it falls linearly following the locus of the line LD2.
[0050]
When the voltage of the line LD3 falls, the piezoelectric elements CL1 and CL2 are discharged, and the power loss of M2 and M4 can be reduced as described above from time t2 to time t3.
[0051]
At time t3, the signals S1 and S2 change from low level to high level, and the same operation as at time t1 is performed.
[0052]
In the circuit configuration shown in FIG. 5, regardless of whether the piezoelectric elements CL1 and CL2 are charged or discharged at the same timing, when the piezoelectric elements CL1 and CL2 are charged or discharged at different timings, Fluctuation of the power supply voltage of the printer print head IC 1 is likely to occur, and if this occurs, noise is generated at the terminal of the piezoelectric element being driven, which may cause the piezoelectric element to be in an undesired state. For example, in FIG. 7, between time t1 and time t2, the piezoelectric elements CL1 and CL2 are charged or discharged at the same timing, and in such a case, normal operation is performed as in the case shown in FIG. However, after time t2 in FIG. 7, the timing at which the signals S1 and S2 rise from the low level to the high level is different, and the MOS transistor M1 is turned on faster than the MOS transistor M3, so that the piezoelectric element CL1. When the charging of the piezoelectric element CL2 starts thereafter, the operational amplifier A1 and the MOS transistor M9 cannot fully respond to such a load change, and the voltage level of the line LC1 is temporarily Noise is generated by being lowered. This phenomenon is called “charge sharing”. Such charge sharing, for example, causes an undesired state of sucking ink when the piezoelectric element is in a state of ejecting ink in an ink jet printer, and the ink dot diameter when performing gradation printing. The printing accuracy is deteriorated by affecting the print quality.
[0053]
Therefore, in order to prevent the charge sharing from occurring, the printer print head IC 1 is configured as follows.
[0054]
FIG. 1 shows a configuration example of a load driving circuit according to the present invention.
[0055]
The load driving circuit shown in FIG. 1 is greatly different from that shown in FIG. 5 in that control logic 11, 12, 13, 14 is provided in the printer print head IC1. The control logic 11, 12, 13, 14 compares the terminal voltage of the piezoelectric elements CL1, CL2, which is an example of a capacitive load, with the power supply voltage to the printer print head IC 1 (the voltages of the lines LC3, LD3). Thus, the fluctuation of the power supply voltage is detected, and the corresponding MOS transistors M1 to M4 are controlled to be in a non-conductive state according to the detection result.
[0056]
The control logic 11 is not particularly limited, but the comparator CO1 for comparing the terminal voltage of the piezoelectric element CL1 and the voltage of the line LC3, the output signal of the comparator CO1 and the signal from the charging controller 2 (in FIG. 5) OR gate OR1 for obtaining an OR logic with respect to the driving signal of M1).
[0057]
The control logic 12 is not particularly limited, but includes a comparator CO2 for comparing the terminal voltage of the piezoelectric element CL1 and the voltage of the line LD3, an inverter I1 for inverting the logic of the output signal of the comparator CO2, and this And an AND gate AN1 for obtaining an AND logic between the output signal of the inverter I1 and the signal from the charging controller 3 (corresponding to the drive signal of M2 in FIG. 5).
[0058]
The control logic 13 is not particularly limited, but the comparator CO3 for comparing the terminal voltage of the piezoelectric element CL2 and the voltage of the line LC3, the output signal of the comparator CO3, and the signal from the charging side controller 2 (in FIG. 5) OR gate OR2 for obtaining an OR logic with respect to the drive signal of M3).
[0059]
The control logic 14 is not particularly limited, but includes a comparator CO4 for comparing the terminal voltage of the piezoelectric element CL2 and the voltage of the line LD3, an inverter I2 for inverting the logic of the output signal of the comparator CO4, And an AND gate AN1 for obtaining an AND logic between the output signal of the inverter I2 and the signal from the charging controller 3 (corresponding to the drive signal of M4 in FIG. 5).
[0060]
The comparators CO1 to CO4 output a high level when the input potential of the non-inverting input terminal (+) is higher than the input potential of the inverting input terminal (−), on the contrary, the input of the non-inverting input terminal (+). A low level is output when the potential is lower than the input potential of the inverting input terminal (−) and when the input potentials of both input terminals are equal to each other. Accordingly, the MOS transistors M1 and M3 are turned on when the line from the charge side control 2 to the OR gates OR1 and OR2 is at a low level and the potential of the line LC3 exceeds the potential of the piezoelectric elements CL1 and CL2. The MOS transistors M2 and M4 are turned on when the line from the discharge side control 3 to the AND gates AN1 and AN2 is at a high level and the potential of the line LD3 is lower than the potentials of the piezoelectric elements CL1 and CL2.
[0061]
The operation of the above configuration will be described.
[0062]
First, the operation on the charging side will be described.
[0063]
The piezoelectric elements CL1 and CL2 are both discharged. When the potential of the line LC3 in FIG. 1 starts to rise, the output of the comparator CO1 becomes low level, and if the line from the charging controller 2 to the OR gate OR1 is low level, the MOS transistor M1 is turned on. If the line from the charge-side controller 2 to the OR gate OR2 is at a high level, the MOS transistor M3 is turned off. In this state, charging of the piezoelectric element CL1 is started, and the potential of the line LC3 is higher than the potential of the piezoelectric element CL1.
[0064]
During the charging of the piezoelectric element CL1, when the line from the charging controller 2 to the OR gate OR2 becomes low level, the MOS transistor M3 is turned on, and the charging of the line CL2 is started, the voltage of the line LC3 is changed to the MOS transistor M1, The piezoelectric elements CL1 and CL2 are supplied to the piezoelectric elements CL1 and CL2 through M3, so that they are charged. However, the operational amplifier A1 and the MOS transistor M9 cannot immediately respond to the increase in load, and therefore, the line The potential of LC3 is temporarily lowered.
[0065]
On the other hand, before the MOS transistor M3 is turned on, the electric charge stored in the piezoelectric element CL1 tends to move to CL2 via the MOS transistor M1, the line LC3, and the MOS transistor M3. In this case, the relationship among the potentials of the piezoelectric element CL1, the line LC3, and the piezoelectric element CL2 is as follows.
CL1 potential> Line LC3 potential> CL2 potential
[0066]
At this time, since the potential of the non-inverting input terminal of the comparator CO1 exceeds the potential of the inverting input terminal, the output of the comparator CO1 becomes high level and the MOS transistor M1 is turned off. Thereby, charging to the piezoelectric element CL1 is stopped. The piezoelectric element CL2 continues to be charged.
[0067]
When the potential of the line LC3 exceeds the potential of the piezoelectric element CL1, that is, when the terminal voltages of the piezoelectric elements CL1 and CL2 are substantially the same, the potentials of both input terminals of the comparator CO1 are the same. The output of the comparator CO1 becomes low level, the MOS transistor M1 is turned on, and charging of the piezoelectric element CL1 is resumed.
[0068]
Next, the operation on the discharge side will be described.
[0069]
The piezoelectric elements CL1 and CL2 are both charged. When the potential of the line LD3 starts to fall in this state, the output of the comparator CO2 becomes low level, and the MOS transistor M2 is turned on if the line from the discharge side controller 3 to the AND gate AN1 is high level. If the line from the discharge-side controller 3 to the AND gate AN2 is at a low level, the MOS transistor M4 is turned off. In this state, the discharge of the piezoelectric element CL1 is started, and the potential of the line LD3 becomes lower than the potential of the piezoelectric element CL1.
[0070]
During the discharge of the piezoelectric element CL1, the line from the discharge-side controller 3 to the AND gate AN2 is set to the high level to turn on the MOS transistor M4, and when the discharge of the piezoelectric element CL2 is started, the MOS transistor M2 and M4 are passed through. As a result, the accumulated charge in the piezoelectric elements CL1 and CL2 tends to be discharged to the line LD3. However, the operational amplifier A2 and the MOS transistor M10 cannot immediately respond to the increase in load, and the potential of the line LD3 is temporarily raised. .
[0071]
On the other hand, there is a potential difference between the piezoelectric elements CL1 and CL2, and the electric charge of the piezoelectric element CL2 tends to move to the piezoelectric element CL1 via the MOS transistor M4, the line LD3, and the MOS transistor M2. At this time, the relationship among the potentials of the piezoelectric element CL1, the line LD3, and the piezoelectric element CL2 is as follows.
CL1 potential <line LD3 potential <CL2 potential
[0072]
At this time, since the potential of the inverting input terminal of the input of the comparator CO2 is lower than the potential of the non-inverting input terminal, the output of the comparator CO2 becomes high level and the MOS transistor M2 is turned off. Thereby, the discharge from the piezoelectric element CL1 is stopped. The piezoelectric element CL2 continues to be discharged.
[0073]
When the potential of the line LD3 falls below the potential of the piezoelectric element CL1, that is, when the terminal voltages of the piezoelectric elements CL1 and CL2 become substantially the same potential, both input terminals of the comparator CO2 have the same potential, so that the comparator CO2 output Becomes low level, the MOS transistor M2 is turned on, and the discharge from the piezoelectric element CL1 is resumed.
[0074]
As a result of this operation, when the potentials of the lines LC3 and LD3 become undesired levels, the corresponding MOS transistors M1 to M4 are made non-conductive by the control logics 11 to 14, whereby the piezoelectric element CL1. , CL2 charging or discharging is temporarily stopped, for example, in an inkjet printer using a piezoelectric element, when the terminal voltage of the piezoelectric element is fluctuated during driving of the piezoelectric element Thus, it is possible to avoid an undesirable state of the piezoelectric elements CL1 and CL2, such as sudden ink suction state, which has been in the ink ejection state until then.
[0075]
FIG. 8 shows a configuration example of the charging reference voltage circuit 4.
[0076]
Since the p-channel MOS transistor MC1 and the resistor RC1 are a bias circuit, and the p-channel MOS transistor MC2 has the same gate potential as the p-channel MOS transistor MC1, the p-channel MOS transistor MC3 is turned on and n When the channel type MOS transistor MC4 is turned off, the same current as the p channel type MOS transistor MC1 flows through the p channel type MOS transistor MC2. First, when the input line LC1 is set to the high level, the p-channel MOS transistor MC3 is turned off, the n-channel MOS transistor MC4 is turned on to set the initial voltage of the capacitor CC1 to zero, and the input line LC1 becomes low level. The p-channel MOS transistor MC3 is turned on, the n-channel MOS transistor MC4 is turned off, and the capacitor CC1 is charged. The terminal voltage of the capacitor CC1 and the output line LC2 are boosted linearly from 0 volt to Vdd2.
[0077]
FIG. 9 shows a configuration example of the discharge reference voltage circuit 5.
[0078]
When a constant current circuit is formed by the n-channel MOS transistor MD1, the n-channel MOS transistor MD2, and the resistor RD1, the n-channel MOS transistor MD4 is turned on and the p-channel MOS transistor MD3 is turned off. The same current as that of the n-channel MOS transistor MD1 flows through MD2. First, the input line LD1 is set to low level, the n-channel type MOS transistor MD4 is turned off, the p-channel type MOS transistor MD3 is turned on to charge the capacitor CD1 to the power supply voltage Vdd2, and the input line LD1 becomes high level. At this time, the n-channel MOS transistor MD4 is turned on, the p-channel MOS transistor MD3 is turned off, and the capacitor CD1 is discharged. The terminal voltage of the capacitor CD1 and the output line LD2 are dropped linearly from Vdd2 to 0 volts.
[0079]
Next, another configuration example will be described.
[0080]
10 and 11 show another configuration example of the charging reference voltage circuit 4.
[0081]
If the output LC2 of the charging reference voltage circuit 4 generates a gentle curve from the charging voltage curve when a rectangular wave is input to the series circuit of the charging MOS and the piezoelectric element, the power loss reduction effect can be obtained. Therefore, the circuit shown in FIG. 10 is formed by combining the p-channel MOS transistor MC5, the n-channel MOS transistor MC6, the resistor RC2, and the capacitor CC2. An RC series circuit in which the capacitor CC2 is the same as the equivalent capacitance values of the piezoelectric elements CL1 and CL2, and the resistor RC2 is equal to or greater than the on-resistance value of the charging MOS transistor M1. The line LC1 is set to a high level in advance to turn on the n-channel MOS transistor MC6 and the capacitor CC2 is discharged. When the line LC1 goes to a low level, the p-channel MOS transistor MC5 is turned on and the capacitor CC2 is charged. A voltage is output from the line LC2.
[0082]
The circuit shown in FIG. 11 includes a p-channel MOS transistor MC6, n-channel MOS transistors MC7 and MC8, resistors RC3 and RC4, and capacitors CC3 and CC4. By charging the series circuit of the resistor RC4 and the capacitor CC4 with the voltage at the connection point between the resistor RC3 and the capacitor CC3, the RC2 stage circuit is used in order to bring it closer to a linear voltage as compared with the series circuit of the resistor RC. Yes. The capacitance CC4 is the same as the equivalent capacitance value of the piezoelectric element, the capacitance CC3 is equal to or greater than the equivalent capacitance value, and the combined resistance of the resistor RC3 and the resistor RC4 is equal to or greater than the on-resistance value of the charging MOS transistor M1 and approaches a linear voltage. . When the input LC1 is set to the high level in advance, the n-channel MOS transistor MC7 and the n-channel MOS transistor MC8 are turned on, the capacitors CC3 and CC4 are discharged, and when the line LC1 becomes the low level, the p-channel MOS The transistor MC6 turns on, charges the capacitors CC3 and CC4, and outputs a voltage from the line LC2.
[0083]
12 and 13 show another configuration example of the discharge reference voltage circuit 5.
[0084]
In FIG. 12, an RC series circuit is used, and in FIG. 13, an RC two-stage circuit is used. The capacitance value and resistance value are the same as those shown in FIGS.
[0085]
The configuration shown in FIG. 12 includes a p-channel MOS transistor MD5, an n-channel MOS transistor MD6, a resistor RD2, and a capacitor CD2. When the input line LD1 is set to a low level in advance, the p-channel MOS transistor MD5 is turned on to charge the capacitor CD2, and when the input line LD1 becomes a high level, the n-channel MOS transistor MD6 is turned on and the capacitor CD2 is turned on. The voltage at that time is discharged, and the voltage at that time is output from line LD2.
[0086]
The configuration shown in FIG. 12 includes p-channel MOS transistors MD7 and MD8, an n-channel MOS transistor MD6, resistors RD3 and RD4, and capacitors CD3 and CD4. When the input line LD1 is set to a low level in advance, the p-channel MOS transistor MD7 and the p-channel MOS transistor MD8 are turned on, the capacitors CD3 and CD4 are charged, and when the input line LD1 becomes a high level, n Channel type MOS transistor MD6 is turned on, capacitors CD3 and CD4 are discharged, and the voltage at that time is output from line LD2.
[0087]
In the circuit configuration shown in FIG. 1, when the on-timing of the MOS transistor M3 at the time of charging is just before the end of the charging period, the potentials of the piezoelectric elements CL1 and CL2 may not reach the voltage level of the power supply Vdd2. is there. This is also true for discharge.
[0088]
FIG. 14 shows a circuit configuration in which the potentials of the piezoelectric elements CL1 and CL2 reach the voltage level of the power supply Vdd2.
[0089]
The printer print head IC 1 shown in FIG. 14 differs greatly from that shown in FIG. 1 in that it includes a p-channel MOS transistor M 5, an n-channel MOS transistor M 6, and control logic 15 and 16. .
[0090]
The p-channel MOS transistor M5 has a source coupled to the power supply Vdd2, a drain coupled to the terminal of the piezoelectric element CL1, and a gate coupled to the control logic 15.
[0091]
The n-channel MOS transistor M6 has a drain coupled to the terminal of the piezoelectric element CL1, a source coupled to the ground GND, and a gate coupled to the control logic 16.
[0092]
The control logic 15 includes inverters N1 and N2 for inverting the output signal from the charge-side controller 2, an AND gate for obtaining an AND logic between the output signal of the OR gate OR1 and the inverter N1, and the output signal and the inverter N2. A combination gate ANR1 with a NOR gate that obtains a NOR logic with the output signal. The operation of the MOS transistor M5 is controlled by the output signal of the combination gate ANR1.
[0093]
The control logic 16 includes an inverter N3 for inverting the output signal of the AND gate AN1, an AND gate for obtaining an AND logic of the output signal of the inverter N3 and the output signal from the discharge controller 3, and the AND It includes a combination gate ANR2 of a NOR gate that obtains a NOR logic of the gate and the output signal from the discharge side controller 3, and an inverter N4 for inverting the output signal. The operation of the MOS transistor M6 is controlled by the output signal of the inverter N4.
[0094]
In FIG. 14, only the piezoelectric element CL1 is shown for convenience of explanation, but the piezoelectric element CL2 can be similarly realized.
[0095]
Next, the operation of the above configuration will be described.
[0096]
FIG. 15 shows the operation timing of the main part in FIG.
[0097]
When charging of the piezoelectric element CL2 is started during the charging of the piezoelectric element CL1, the input terminal of the inverter N1 is set to the low level, the input terminal of the inverter N2 is set to the high level, and the output signal of the OR gate OR1 turns off the MOS transistor M1. High level while doing. Only when the output signal of the OR gate OR1 is at a high level, the output signal of the combination gate ANR1 is at a low level, thereby turning on the MOS transistor M5.
[0098]
Next, when the charge-side controller 2 sets the input terminal of the inverter N1 to the high level and the input terminal of the inverter N2 to the low level, the MOS transistor M1 is turned off and the output signal of the combination gate ANR1 is set to the low level. As a result, the MOS transistor M5 is turned on. Thereby, the power supply voltage Vdd2 before voltage control by the charging side voltage control circuit 61 can be supplied to the piezoelectric element CL1.
[0099]
Similarly, when the discharge of the piezoelectric element CL2 is started during the discharge of the piezoelectric element CL1, the signal input from the discharge-side controller 3 to the AND gate of the combination gate ANR2 is high level, and the combination from the discharge-side controller 3 is the same. The signal input to the NOR gate of the gate ANR2 is set to the low level, and the output of the AND gate AN1 is set to the low level while the MOS transistor M2 is turned off. Only when the output signal of the AND gate AN1 is at the low level, the output of the combination gate ANR2 is at the low level, and the MOS transistor M6 is turned on.
[0100]
Next, when the signal input from the discharge-side controller 3 to the AND gate of the combination gate ANR2 is set to low level and the signal input from the discharge-side controller 3 to the NOR gate of the combination gate ANR2 is set to high level, the MOS transistor M2 is turned off, the output of the combination gate ANR2 is set to low level, and the MOS transistor M6 is turned on. Thereby, the power supply voltage (GND level) before the voltage control by the discharge side voltage control circuit 62 can be supplied to the piezoelectric element CL1.
[0101]
Since the MOS transistor M5 is thus conducted, the terminal potential of the piezoelectric element CL1 is made to reach the voltage level of the power supply Vdd2 even when the on-timing of the MOS transistor M3 is just before the end of the charging period during charging. Can do. Similarly, since the MOS transistor M6 is turned on, the terminal potential of the piezoelectric element CL1 can reach the ground GND level even when the on-timing of the MOS transistor M4 is just before the end of the charging period during discharging. it can.
[0102]
FIG. 16 shows another configuration example of the printer print head IC 1.
[0103]
The printer printhead IC 1 shown in FIG. 16 is largely different from that shown in FIG. 5 in that a p-channel MOS transistor M11 and an npn-type bipolar transistor coupled thereto are used instead of the p-channel MOS transistor M1. T1 is provided; instead of the n-channel MOS transistor M2, an n-channel MOS transistor M12 and a pnp bipolar transistor T2 coupled thereto are provided; instead of the p-channel MOS transistor M3, p A channel-type MOS transistor M13 and an npn-type bipolar transistor T3 coupled thereto are provided. Instead of the n-channel type MOS transistor M4, an n-channel-type MOS transistor M14 and a pnp-type bipolar transistor T4 coupled thereto are provided. Point A.
[0104]
By interposing the bipolar transistor in this way, even when the potential of the line LC3 is temporarily lowered during charging, no current flows from the piezoelectric element to the LC3, and charge sharing does not occur.
[0105]
When charging the piezoelectric element CL1, the MOS transistor M11 is turned on when the line from the charging controller 2 to the MOS transistor M11 is set to a low level. The relationship of the potential at this time is as follows.
LC3 potential> T1 base potential> CL1 potential
[0106]
As a result, the base current of the bipolar transistor T1 flows from the line LC3. As a result, the bipolar transistor T1 is turned on and the piezoelectric element CL1 is charged.
[0107]
When the potential of the line LC3 is temporarily lowered during this charging, the potential relationship is as follows.
LC3 potential = base potential of T1 <CL1 potential
[0108]
Because of this relationship, since the base current of the bipolar transistor does not flow, the bipolar transistor T1 is turned off, and therefore charge sharing between the piezoelectric elements CL1 and CL2 can be avoided.
[0109]
Further, the discharge operates as follows.
[0110]
When the line from the discharge-side controller 3 to the MOS transistor M12 is set to the high level, the MOS transistor M12 is turned on. The relationship of the potential at this time is as follows.
LD3 potential <T2 base potential <CL1 potential
[0111]
Accordingly, the base current of the bipolar transistor T2 flows from the piezoelectric element CL1, and as a result, the bipolar transistor T2 is turned on and the piezoelectric element CL1 is discharged. When the potential of the line LD3 rises temporarily during the discharge, the potential relationship is as follows.
LD3 potential = base potential of T2> CL1 potential
[0112]
Thereby, since the base current of the bipolar transistor does not flow, the bipolar transistor T2 is turned off, and charge sharing between the piezoelectric elements CL1 and CL2 is avoided.
[0113]
FIG. 17 shows another configuration example of the voltage control circuit 6.
[0114]
In the configuration example shown in FIG. 17, in the voltage control circuit 6, the power supply voltage supplied to the printer print head IC 1 is changed stepwise.
[0115]
From each tap of the voltage dividing resistor 18 formed by connecting a plurality of resistors R1 to Rn in series, a voltage obtained by dividing the voltage Vdd2 according to the resistance ratio is obtained. By sequentially selecting the tap voltage by the selection circuit 17, the voltage on the line LC3 can be changed so as to increase stepwise. Operation control of the selection circuit 17 is performed by a control circuit 19. In addition, the discharge side circuit can also be configured to sequentially decrease the voltage of the line LD3 stepwise by configuring as shown in FIG. Even if it does in this way, the effect similar to said example can be acquired.
[0116]
According to the above example, the following effects can be obtained.
[0117]
(1) When the output voltage of the charging reference voltage circuit 4 is changed so as to gradually increase with time, the on-resistance of the p-channel MOS transistor M9 is changed according to the output signal of the operational amplifier A1. Thus, the voltage level of the line LC3 is also gradually increased in response to the change with time of the output voltage of the charging reference voltage circuit 4. Further, when the output voltage of the discharge reference voltage circuit 5 is changed so as to gradually decrease with time, the on-resistance of the n-channel MOS transistor M10 is changed according to the output signal of the operational amplifier A2. The voltage level of the line LD3 is also gradually lowered in response to a change with time of the output voltage of the discharge reference voltage circuit 5. Since the voltage levels of the lines LC3 and LD3 are gradually changed in this way, it is possible to reduce the energy loss due to the resistance component connected in series with the capacitive load, thereby enabling the load drive circuit to Power loss can be reduced.
[0118]
(2) By detecting the fluctuation of the power supply voltage by comparing the terminal voltage of the piezoelectric elements CL1 and CL2 with the power supply voltage, and controlling the MOS transistors M1 to M4 to be in a non-conductive state according to the detection result, The driving of the piezoelectric elements CL1 and CL2 is stopped. Thereby, it is possible to avoid an undesired state caused by fluctuations in the power supply voltage of the piezoelectric elements CL1 and CL2.
[0119]
(3) By providing the MOS transistor M5 and making it conductive, the terminal potential of the piezoelectric element CL1 can reach the voltage level of the power supply Vdd2. Similarly, by providing the MOS transistor M6 and making it conductive, the terminal potential of the piezoelectric element CL1 can reach the ground GND level.
[0120]
Although the invention made by the present inventor has been specifically described above, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
[0121]
In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to the inkjet head which is the field of use behind the invention has been described. However, the present invention is not limited to this and is widely applied as a load driving circuit. can do.
[0122]
The present invention can be applied on condition that at least a drive element for driving a capacitive load is included.
[0123]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0124]
That is, when the power supply voltage is fluctuated, the drive of the capacitive load is stopped by turning the drive element into a non-conducting state, thereby avoiding an undesired state caused by the fluctuation of the power supply voltage of the capacitive load. Can do.
[0125]
Further, the capacitive load is charged so as to be more gradual than the change curve of the terminal voltage of the capacitive load when a rectangular voltage waveform is applied to the series connection circuit of the capacitive load and its drive element. By controlling the power supply voltage waveform of the drive element at the time of discharge and the power supply voltage waveform of the drive element at the time of discharging from the capacitive load, the loss energy of the resistance component connected in series to the capacitive load is reduced. Reduction can be achieved, thereby reducing power loss in the load drive circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a configuration example of a load driving circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a configuration example of a capacity charging circuit using a switch.
FIG. 3 is a circuit diagram of a configuration example of a capacity charging circuit in which the switch is regarded as a resistor.
FIG. 4 is a circuit diagram of a configuration example of a capacity charging circuit using a resistor and an inductance.
FIG. 5 is a circuit diagram of a configuration example of a circuit to be compared with a load driving circuit according to the present invention.
6 is an operation timing chart of the main part of the circuit shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a timing chart showing a case where noise is generated at the terminal of the piezoelectric element being driven in the circuit configuration shown in FIG. 5;
FIG. 8 is a circuit diagram of a configuration example of a charging reference voltage circuit in the load driving circuit.
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a discharge reference voltage circuit in the load driving circuit.
FIG. 10 is a circuit diagram showing another configuration example of the charging reference voltage circuit.
FIG. 11 is a circuit diagram showing another configuration example of the charging reference voltage circuit.
FIG. 12 is a circuit diagram showing another configuration example of the discharge reference voltage circuit.
FIG. 13 is a circuit diagram showing another configuration example of the discharge reference voltage circuit.
FIG. 14 is a circuit diagram showing another configuration example of a printer print head IC in the load driving circuit.
FIG. 15 is an operation timing chart of the main part of the circuit shown in FIG. 14;
FIG. 16 is a circuit diagram showing another configuration example of the printer print head IC in the load driving circuit.
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration example of a main part in the load drive circuit.
[Explanation of symbols]
1 IC for printer print head
2 Charge-side controller
3 Discharge controller
4 Charge reference voltage circuit
5 Discharge reference voltage circuit
6 Voltage control circuit
11, 12, 13, 14 Control logic
15,16 Control logic
61 Charge side voltage control circuit
62 Discharge side voltage control circuit
CL1, CL2 Piezoelectric element

Claims (7)

電源供給ラインと容量性負荷の間に接続された第1の駆動素子と、
上記容量性負荷と電流放電ラインの間に接続された第2の駆動素子と、
入力信号に応じて上記第1及び第2の駆動素子の動作を制御する制御論理と、を含み、
上記制御論理は、充電時において上記容量性負荷の端子電圧が上記電流供給ラインの電圧より高い場合には上記第1の駆動素子を非導通状態に制御し、放電時において上記容量性負荷の端子電圧が上記電流放電ラインの電圧より低い場合には上記第2の駆動素子を非導通状態に制御するように構成されてなることを特徴とする負荷駆動回路。
A first drive element connected between the power supply line and the capacitive load;
A second drive element connected between the capacitive load and a current discharge line;
Control logic for controlling the operation of the first and second driving elements in response to an input signal,
The control logic controls the first driving element to be in a non-conductive state when the terminal voltage of the capacitive load is higher than the voltage of the current supply line during charging, and the terminal of the capacitive load during discharging. A load driving circuit configured to control the second driving element to a non-conducting state when a voltage is lower than a voltage of the current discharge line .
電流供給ラインに対し第1の直列接続回路を構成するように上記電流供給ラインと容量性負荷との間に接続された第1の駆動素子と、
電流放電ラインに対して第2の直列接続回路を構成するように上記容量性負荷と上記電流放電ラインの間に接続された第2の駆動素子と
上記電流供給ラインに供給される電流及び上記電流放電ラインから放電される電流の電圧波形をそれぞれ制御する電圧制御手段と、
入力信号に応じて上記第1及び第2の駆動素子の動作を制御する制御論理と、を含み、
上記電圧制御手段は、上記容量性負荷を充電する際には、上記第1の直列接続回路に供給される電流の電圧波形の変化カーブが矩形状よりも緩やかに増加するように上記電流供給ラインに供給される電流の電圧波形を制御し、上記容量性負荷から放電する際には、上記第2の直列接続回路から放電される電流の電圧波形の変化カーブが逆矩形状よりも緩やかに低下するように上記電流放電ラインに流れる電流の電圧波形を制御するように構成されてなり、
上記制御論理は、充電時において上記容量性負荷の端子電圧が上記電流供給ラインの電圧より高い場合には上記第1の駆動素子を非導通状態に制御し、放電時において上記容量性負荷の端子電圧が上記電流放電ラインの電圧より低い場合には上記第2の駆動素子を非導通状態に制御するように構成されてなることを特徴とする負荷駆動回路。
A first drive element connected between the current supply line and the capacitive load so as to form a first series connection circuit with respect to the current supply line ;
A second drive element connected between the capacitive load and the current discharge line so as to form a second series connection circuit with respect to the current discharge line ;
Voltage control means for respectively controlling the voltage waveform of the current supplied to the current supply line and the current discharged from the current discharge line;
Control logic for controlling the operation of the first and second driving elements in response to an input signal,
Said voltage control means, when charging the capacitive load, the first series connection circuit increases slowly than rectangular variation curve of the voltage wave form of current supplied to be so that the said current When the voltage waveform of the current supplied to the supply line is controlled and discharged from the capacitive load , the change curve of the voltage waveform of the current discharged from the second series connection circuit is more gradual than the inverted rectangular shape. Is configured to control the voltage waveform of the current flowing in the current discharge line so as to decrease to
The control logic, when the terminal voltage of the capacitive load is higher than the voltage of the current supply line controls the first drive element non-conductive at the time of charge, the capacitive load of the terminal at the time of discharge A load drive circuit configured to control the second drive element to a non-conductive state when the voltage is lower than the voltage of the current discharge line .
上記電源制御手段の入力である電源に対し第3の直列接続回路を構成するように上記電源と上記容量性負荷との間に接続された第3の駆動素子と、上記電源制御手段の入力である接地に対して第4の直列接続回路を構成するように上記容量性負荷と上記接地との間に接続された第4の駆動素子と、をさらに備え、
上記制御論理は、充電時において、上記第1の駆動素子が非導通とされる期間に、上記第3の駆動素子を導通させて上記容量性負荷の端子電圧を電源の有する所定電圧に至るように、さらに放電時において、上記第2の駆動素子が非導通とされる期間に、上記第4の駆動素子を導通させて上記容量性負荷の端子電圧を接地電位に至るように、それぞれ制御するように構成されてなることを特徴とする請求項2記載の負荷駆動回路。
A third driving element connected between the power source and the capacitive load so as to form a third series connection circuit with respect to the power source as an input of the power source control unit; and an input of the power source control unit. A fourth drive element connected between the capacitive load and the ground so as to form a fourth series connection circuit with respect to a certain ground;
The control logic is configured such that, during charging , the third drive element is turned on and the terminal voltage of the capacitive load reaches a predetermined voltage of the power supply during a period in which the first drive element is turned off. In addition, during the discharge, the fourth drive element is turned on and the terminal voltage of the capacitive load is controlled to reach the ground potential during the period in which the second drive element is turned off. The load driving circuit according to claim 2, wherein the load driving circuit is configured as described above.
力信号に応じて容量性負荷に対する充放電電流を制御する負荷駆動回路であって、
電流供給ラインに対し第1の直列接続回路を構成するように上記電流供給ラインと上記容量性負荷との間に接続されたバイポーラトランジスタを含む第1の駆動素子と、
電流放電ラインに対し第2の直列接続回路を構成するように上記容量性負荷と上記電流放電ラインとの間に接続されたバイポーラトランジスタを含む第2の駆動素子と、
上記電流供給ラインに供給される電流及び上記電流放電ラインに流れる電流の電圧波形をそれぞれ制御する電圧制御手段と、を含み、
上記電圧制御手段は、上記容量性負荷を充電する際には、上記第1の直列接続回路に供給される電流の電圧波形の変化カーブが矩形状よりも緩やかに増加するように上記電流供給ラインに供給される電流の電圧波形を制御し、上記容量性負荷から放電する際には、上記第2の直列接続回路から放電される電圧波形の変化カーブが逆矩形形状よりも緩やかに低下するように上記電流放電ラインに流れる電流の電圧波形を制御するように構成されて なることを特徴とする負荷駆動回路。
A load driving circuit for controlling the charging and discharging current for the capacitive load in response to the input signal,
A first drive element including a bipolar transistor connected between the current supply line and the capacitive load so as to form a first series connection circuit with respect to the current supply line ;
A second drive element including a bipolar transistor connected between the capacitive load and the current discharge line so as to form a second series connection circuit with respect to the current discharge line;
Voltage control means for controlling a voltage waveform of a current supplied to the current supply line and a current waveform flowing in the current discharge line, respectively,
Said voltage control means, when charging the capacitive load, the first series connection circuit increases slowly than rectangular variation curve of the voltage wave form of current supplied to be so that the said current When the voltage waveform of the current supplied to the supply line is controlled and discharged from the capacitive load , the change curve of the voltage waveform discharged from the second series connection circuit is gradually lowered than the inverted rectangular shape. load driving circuit characterized by comprising configured to control the voltage waveform of the current flowing through the current discharge line to.
容量性負荷として動作する少なくとも第1及び第2の駆動素子に対し共通の電流供給ライン及び電流放電ラインを介して行われる充放電動作を制御する負荷駆動回路であって、A load driving circuit for controlling a charge / discharge operation performed through a common current supply line and a current discharge line for at least the first and second drive elements operating as a capacitive load,
上記電流供給ラインに対しそれぞれ直列接続回路を構成するように、上記電流供給ラインと上記第1の駆動対象素子との間に接続された第1の充電用駆動素子と、上記電流供給ラインと上記第2の駆動素子との間に接続された第2の充放電用駆動素子と、A first charging drive element connected between the current supply line and the first drive target element, the current supply line, and the A second charge / discharge drive element connected between the second drive element;
上記電流放電ラインに対しそれぞれ直列接続回路を構成するように、上記電流放電ラインと上記第1の駆動対象素子との間に接続された第1の放電用駆動素子と、上記電流放電ラインと上記第2駆動対象素子との間に接続された第2の放電用駆動素子と、A first discharge driving element connected between the current discharge line and the first drive target element, the current discharge line, and the A second discharge drive element connected between the second drive target element;
上記電流供給ラインと上記電流放電ラインに流れる電流をそれぞれ制御する第1制御手段と、First control means for controlling currents flowing in the current supply line and the current discharge line, respectively;
上記駆動素子それぞれの導通状態を制御する第2制御手段と、を含み、Second control means for controlling the conduction state of each of the drive elements,
上記第1制御手段は、充電時には経時的に電位が緩やかに上昇し所定高電位に至る電位変化となるように上記電流供給ラインに供給される電流の電圧波形を制御し、放電時には経時的に電位が緩やかに低下し所定低電位に至るように上記放電電流ラインから放電される電流の電圧波形を制御するように構成されてなり、The first control means controls the voltage waveform of the current supplied to the current supply line so that the potential gradually rises over time during charging and changes to a predetermined high potential, and over time during discharging. It is configured to control the voltage waveform of the current discharged from the discharge current line so that the potential gradually decreases and reaches a predetermined low potential,
上記第2制御手段は、The second control means includes
上記第1及び第2の駆動対象の何れか一方に対する充電が先に開始され、他方の駆動対象素子に対する充電が遅れて開始される動作のとき、先に充電を開始した側の駆動対象素子の端子電圧が上記電流供給ラインの電圧より高い状態が検出されたとき先に充電を開始した側の上記充電用駆動素子を非導通状態にして先に充電を開始した上記駆動対象素子への充電を一時的にに停止し、先に充電を開始した側の駆動対象素子の端子電圧が上記電流供給ラインの電圧より低くなった状態が検出されたとき先に充電を開始した上記駆動対象素子への充電を再開するように構成されてなり、In the operation in which charging for one of the first and second driving targets is started first and charging for the other driving target element is started with delay, the driving target element on the side that has started charging first When a state in which the terminal voltage is higher than the voltage of the current supply line is detected, the charging drive element on the side that has started charging is turned off to charge the drive target element that has started charging first. When the state where the terminal voltage of the driving target element on the side that has started charging first is lower than the voltage of the current supply line is detected, the charging to the driving target element that started charging first is detected. Configured to resume charging,
上記第1及び第2の駆動対象素子のいずれか一方に対する放電が先に開始され、他方の駆動素子に対する放電が遅れて開始される動作のとき、先に放電を開始した側の駆動対象素子の端子電圧が上記電流放電ラインの電圧より低い状態が検出されたとき先に放電を開始した側の上記放電用駆動素子を非導通状態にして先に放電を開始した上記駆動対象素子からの放電を一時的に停止し、先に放電を開始した側の上記駆動対象素子の端子電圧が上記電流放電ラインの電圧より高くなった状態が検出されたとき先に放電を開始した上記駆動素子への放電を再開するように構成されてなることを特徴とする負荷駆動回路。In the operation in which the discharge to one of the first and second drive target elements is started first and the discharge to the other drive element is started with a delay, the drive target element on the side that started the discharge first When a state in which the terminal voltage is lower than the voltage of the current discharge line is detected, the discharge drive element on the side where the discharge is started first is made non-conductive, and the discharge from the drive target element that started the discharge first is performed. Discharge to the drive element that started discharge first when it is detected that the terminal voltage of the drive target element on the side that has started discharge first is higher than the voltage of the current discharge line. A load driving circuit configured to resume the operation.
上記第1及び第2の充電用駆動素子はpチャネル型MOSトランジスタで構成され、上記第1及び上記第2の放電用駆動素子はnチャネル型MOSトランジスタで構成されてなる請求項5記載の負荷駆動回路。6. The load according to claim 5, wherein the first and second charging drive elements are constituted by p-channel MOS transistors, and the first and second discharge drive elements are constituted by n-channel MOS transistors. Driving circuit. 上記第1または第2の駆動素子が非導通とされる期間は上記容量性負荷に対する充電または放電がそれぞれ一時的に停止され、During the period in which the first or second driving element is non-conductive, charging or discharging of the capacitive load is temporarily stopped,
上記制御論理は、さらに、充電時においては上記容量性負荷の端子電圧が上記電流供給ラインの電圧より低くなったとき上記第1の駆動素子を導通状態とし上記容量性負荷への充電を再開するように制御し、放電時においては上記容量性負荷の端子電圧が上記電流放電ラインの電圧より高くなったとき上記第2の駆動素子を導通状態とし上記容量性負荷からの放電を再開するように制御するように構成されてなることを特徴とする請求項1または2記載の負荷駆動回路。The control logic further turns on the first driving element to resume charging to the capacitive load when the terminal voltage of the capacitive load becomes lower than the voltage of the current supply line during charging. In the discharge, when the terminal voltage of the capacitive load becomes higher than the voltage of the current discharge line, the second drive element is turned on to resume the discharge from the capacitive load. 3. The load driving circuit according to claim 1, wherein the load driving circuit is configured to control the load driving circuit.
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