KR100492106B1 - 고전압 노이즈를 억제하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치 - Google Patents

고전압 노이즈를 억제하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린터의 헤드구동장치가 개시된다. 본 잉크젯 프린터의 헤드구동장치는, 잉크를 토출하는 헤드, 헤드와 고압전원 사이의 통전을 제어하는 스위칭부, 스위칭부를 제어하여 헤드에서 잉크가 선택적으로 토출되도록 제어하는 제어부, 및 고압전원과 접지전압 사이에 구비되며, 헤드에서 잉크를 토출시, 헤드의 주변에 분포하는 커패시턴스와 인덕턴스에 의해 발생되는 고전압 노이즈를 클램핑하고, 클램핑된 전압을 접지전압으로 방전하여 고전압 노이즈가 고압전원의 전위를 변경시키는 것을 제한하는 노이즈 제어부를 구비한다. 이러한 잉크젯 프린터의 헤드구동장치에 의하면, 잉크젯 프린터의 헤드에 구비되는 가열소자와, 가열소자를 구동하기 위한 스위칭소자의 주변에 형성되는 임피던스 성분에 의해 스위칭소자 가 온-오프시 발생하는 고전압 노이즈가 고압전원의 전위레벨을 변동시키는 것을 방지함으로서 잉크젯 프린터를 구성하는 논리회로의 오동작을 방지하며, 헤드에 구비되는 가열소자의 동작을 안정화시킨다.

Description

고전압 노이즈를 억제하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치{Head driving device of ink jet printer with reducing high voltage noise}
본 발명은 잉크젯 프린터의 헤드구동장치에 관한 것으로, 특히, 인쇄헤드에 형성된 다수의 노즐을 통해 잉크를 분사하기 위해 가열소자를 구동시 발생하는 고전압 노이즈 성분을 최소화 할 수 있는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린터는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템으로부터 인쇄데이터를 인가받아 이를 기록용지에 형성하기 위한 헤드를 가지며, 헤드는 잉크를 분사하기 위한 다수개의 노즐, 및 잉크를 가열하기 위한 다수개의 가열소자를 갖는다. 각각의 노즐은 고압전원이 통전시 잉크통에 저장된 잉크를 가열하여 잉크를 분사하는 열전사 방식에 의해 구동되며, 기계적으로 구동하는 부분이 적어 신뢰성이 높은것이 특징이다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린터의 헤드구동장치를 설명하기 위한 블록개념도를 나타낸다.
도시된 헤드구동장치는, 디코더부(10), 래치부(20), 게이트어레이(30), 레벨쉬프터(40), 스위칭부(50) 및 가열소자부(60)를 갖는다.
디코더부(10)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템으로부터 인코딩된 데이터를 인가받아 이를 디코딩한다. 래치부(20)는 래치신호(LATCH)에 응답하여 동일한 타이밍에 디코딩된 데이터를 게이트어레이(30)로 출력한다.
게이트어레이(30)는 다수개의 논리곱게이트의 집합체로 이루어지며, 소정시간 간격으로 인가되는 스트로브신호(STRB)신호에 응답하여 래치부(20)에 래치된 데이터를 레벨쉬프터(40)로 출력한다.
레벨쉬프터(40)는 게이트어레이(30)에서 출력된 데이터의 전위레벨을 상승시킨다. 통상 게이트어레이(30)와 같은 논리소자가 0V ∼ 5V의 입출력 전위레벨을 가지나, 레벨쉬프터는 스위칭부(50)를 구동하기 위해 이보다 높은 전위레벨(예컨데 5V ∼ 15V)로 변환한다.
스위칭부(50)는 레벨쉬프터(40)의 출력신호에 응답하여 선택된 노즐에 구비되는 가열소자(60a ∼ 60n)에 인가되는 전원을 온-오프한다.
가열소자부(60)는 스위칭부(50)에 의해 선택적으로 온-오프되는 다수개의 가열소자(60a ∼ 60n)로 이루어지며, 고압전원(Vph)과 통전된 가열소자는 잉크를 가열하여 이를 종이와 같은 인쇄매체에 분사하게 된다.
도 2는 잉크젯 프린터의 가열소자부(60)와, 가열소자부(60)를 구동하기 위한 스위칭부(50)사이에 위치하는 FPC(Flexible Printed Cable) 케이블이 고압전원(Vph)에 미치는 영향을 설명하기 위한 등가회로(equivalent circuit)를 도시한 것이다.
잘 알려진바와 같이, 잉크젯 프린터는 잉크를 분사하기 위한 노즐, 및 가열소자를 구비하는 헤드와, 헤드를 종이와 같은 인쇄매체 위의 특정 영역으로 이동시키기 위한 모터를 구비한다. 따라서, 잉크젯 프린터는 인쇄매체 위를 이동하는 헤드의 가열소자부(60)와 회로기판에 고정되는 스위칭부(50)를 전기적으로 연결하기 위한 연성 케이블을 필요로 하며, 이를 통상 FPC 케이블이라 한다. 이하, 가열소자부(60)의 가열소자(60a), 스위칭부(50)의 스위치(50a) 및 가열소자(60a)와 스위치(50a)를 연결하는 FPC 케이블을 예로들어 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, FPC 케이블(70)은 인덕턴스(71, 72) 성분과 저항(73, 74)을 가지며, 가열소자(60a)는 저항(62, 64) 및 커패시턴스 성분(63)을 갖는다. 여기서, 참조부호 61과 65는 가열소자(60a)와 FPC 케이블(70)을 연결하기 위한 본딩패드(bonding pad)를 나타내며, 참조부호 75와 76은 FPC 케이블(70)과 스위치(50a)를 전기적으로 연결하기 위한 본딩패드를 나타낸다. 커패시턴스 성분(63)은 가열소자(60a)가 갖는 구조적 특성에 의해 부가된다. 가열소자(60a)는 양(+)전압을 인가하는 전극과 음(-)전압을 인가하는 전극이 마주보는 잉크통에 고압전원(Vph)을 가할시, 잉크를 가열되어 분사되므로 잉크가 분사되지 않을때는 저항(62)과 저항(64)사이에 커패시턴스 성분(63)이 분포하게 된다.
이와 같은 특성을 갖는 가열소자(60a)가 FET 스위치(50a)에 의해 턴-온시, 본딩패드(61)과 본딩패드(65)사이에는 전류패스가 형성된다. 이때, FET 스위치(50a)에 의해 가열소자와 FPC 케이블(70)은 RL직렬회로와 같이 동작하며, 커패시턴스 성분(63)에는 소정의 전하가 축적된다.
한편, FET 스위치(50a)가 턴-오프되는 시점에서 FET 스위치(50a)의 드레인단과 소스단은 하이 임피던스(high impedence)상태가 된다. 이에 따라, 소정의 전하를 축적한 커패시턴스 성분(63)과 인덕턴스 성분(71, 72)이 직렬로 연결되며, LC 직렬 공진회로를 구성하게 된다. 따라서, FET 스위치(50a)가 턴-오프시 본딩패드(75, 76)에는 고압의 발진전압이 발생하게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 등가회로에 따른 고압전원(Vph)의 전압파형과, 가열소자(예컨데 60a)의 전류파형을 도시한 파형도를 나타낸다.
도시된 바와 같이, FET 스위치(50a)가 턴-온시, 고압전원(Vph)의 전위레벨이 소정량 감소되며, FET 스위치(50a)가 턴-오프시, 가열소자(60a)의 전류파형은 LC 공진이 발생됨을 볼 수 있다. 이와 같은 공진은 고압전원(Vph)의 전위레벨을 불안정화시키게 된다. 한편, 헤드에 구비되는 가열소자(60a ∼ 60n)는 고압전원(Vph)과 병렬로 연결된다. 따라서, 헤드에 구비되는 가열소자(60a ∼ 60n)의 갯수가 증가할수록 본딩패드(61)의 전압파형은 도시된 것보다 더 긴 시간 동안 발진하게 되며, 고압전원(Vph)의 전위레벨도 그만큼 더 불안정하게 된다. 이에 따라, 불안정한 고압전원(Vph)에 의해 가열소자의 동작이 불안정해지고, 가열소자를 구동하기 위한 스위칭부 및 기타 로직회로들의 오동작을 유발하며, 전원선으로 고전압 노이즈가 유입됨에 따라 EMI(ElectroMagnetic Interference) 특성을 열화시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가열소자와, 가열소자를 구동하기 위한 스위칭소자의 주변에 형성되는 임피던스 성분에 의해 발생하는 고전압 노이즈를 감소시키는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치를 제공함에 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 잉크를 토출하는 헤드, 상기 헤드와 고압전원 사이의 통전을 제어하는 스위칭부, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 헤드에서 상기 잉크가 선택적으로 토출되도록 제어하는 제어부, 및 상기 고압전원과 접지전압 사이에 구비되며, 상기 헤드에서 상기 잉크를 토출시, 상기 헤드의 주변에 분포하는 커패시턴스와 인덕턴스에 의해 발생되는 고전압 노이즈를 클램핑하고, 클램핑된 전압을 상기 접지전압으로 방전하여 상기 고전압 노이즈가 상기 고압전원의 전위를 변경시키는 것을 제한하는 노이즈 제어부에 의해 달성된다.
노이즈 제어부는, 고압전원의 전압이 고전압 노이즈에 의해 상승시, 고압전원과의 전압차를 산출하는 노이즈 산출부, 및 노이즈 산출부에서 산출된 전압차 만큼 고압전원을 방전시키는 전압방전부를 포함하는 것이 바람직하다.
노이즈 산출부는, 일측은 고압전원에 접속되는 제1저항, 일측은 제1저항의 타측에 접속되는 커패시터, 및 애노드단은 커패시터의 타측에 접속되는 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다.
전압방전부는, 게이트단은 다이오드의 캐소드단과 접속되고 소스단은 접지되며, 드레인단은 고압전원에 접속되는 NMOS 트랜지스터, 및 일측은 NMOS 트랜지스터의 게이트단에 접속되고 타측은 접지되는 제2저항을 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크젯 프린터의 헤드구동장치의 블록개념도를 나타낸다.
도시된 잉크젯 프린터의 헤드구동장치는, 디코더부(210), 래치부(220), 게이트어레이(230), 레벨쉬프터(240), 스위칭부(250), 헤드(260) 및 노이즈 제어부(300)를 갖는다.
디코더부(210)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템으로부터 인코딩된 데이터(DATA)를 인가받아 이를 디코딩한다. 래치부(220)는 래치신호(LATCH)에 응답하여 동일한 타이밍에 디코딩된 데이터를 게이트어레이(230)로 출력한다.
게이트어레이(230)는 다수개의 논리곱게이트의 집합체로 이루어지며, 소정시간 간격으로 인가되는 스트로브신호(STRB)신호에 응답하여 래치부(220)에 래치된 데이터를 레벨쉬프터(240)로 출력한다.
레벨쉬프터(240)는 게이트어레이(230)에서 출력된 데이터의 전위레벨을 상승시킨다. 통상 게이트어레이(230)와 같은 논리소자가 0V ∼ 5V의 입출력 전위레벨을 가지나, 레벨쉬프터는 스위칭부(250)를 구동하기 위해 이보다 높은 전위레벨(예컨데 5V ∼ 15V)로 변환한다.
스위칭부(250)는 레벨쉬프터(240)의 출력신호에 응답하여 선택된 노즐에 구비되는 가열소자(260a ∼ 260n)에 인가되는 전원을 선택적으로 온-오프한다.
가열소자부(260)는 스위칭부(250)에 의해 선택적으로 온-오프되는 다수개의 가열소자(260a ∼ 260n)로 이루어지며, 고압전원(Vph)과 통전된 가열소자는 잉크를 가열하여 이를 종이와 같은 인쇄매체에 분사하게 된다.
노이즈 제어부(300)는 헤드(260)와, 헤드(260)와 스위칭부(250)사이에 결선되는 FPC 케이블(미도시)에 의한 저항성분, 인덕턴스성분, 및 커패시턴스성분에 의한 발진현상에 의해 고압전원(Vph)의 전위레벨이 변동되는 것을 방지한다.
바람직하게는, 노이즈 제어부(300)는 노이즈 산출부(310), 및 전압방전부(320)를 갖진다.
전압방전부(320)는 드레인단은 고압전원(Vph)과 접속되고 소스단은 접지되는 NMOS 트랜지스터(322)와 NMOS 트랜지스터(322)의 게이트단과 접지전압 사이에 접속되는 저항(321)으로 이루어진다. 노이즈 산출부(310)는 고압전원(Vph)과 NMOS 트랜지스터(322)의 게이트단 사이에 직렬 접속되는 저항(311), 커패시터(312), 및 다이오드(313)를 구비한다.
노이즈 산출부(310)는 고압전원(Vph)의 전위레벨이 고전압 노이즈에 의해 상승시, 고압전원(Vph)의 전위레벨에서 고전압 노이즈에 의해 상승된 전압의 차를 산출하며, 전압방전부(320)는 노이즈 산출부(310)에서 산출된 전압차 만큼 고압전원(Vph)을 방전시킨다. 이를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
노이즈 산출부(310)는 스위칭부(250)가 턴-오프시, FPC 케이블(미도시)과 가열소자(예컨데 260a)가 등가적으로 갖는 인덕턴스성분과 커패시턴스성분에 의해 발진하여 고압전원(Vph)으로 고전압 노이즈를 인가하는 경우, 고전압 노이즈에 의해 상승된 전압은 저항(311)을 경유하여 커패시터(312)에 인가되며, 다이오드(313)에 의해 NMOS 트랜지스터(322)의 게이트단에 인가된다. 이때, 다이오드(313)과 커패시터(312)는 고압전원(Vph)의 전위레벨 변동을 검출하기 위한 클램핑(clamping)회로로서 동작하며, 스위치(예컨데 250a)가 턴-오프시 발생하는 순간적인 고전압 노이즈중 고압전원(Vph)의 전위레벨을 상승시키는 양(+)전압 노이즈를 NMOS 트랜지스터(322)의 게이트단에 인가한다. NMOS 트랜지스터(322)는 다이오드(313)의 캐소드단으로부터 인가되는 전압에 응답하여 고압전원(Vph)과 접지전압 사이에 전류패스를 형성한다. 이때, NMOS 트랜지스터(322)는 게이트단에 인가된 전압에 따라 고압전원(Vph)이 접지전압에 인가되는 전류량이 제한된다. 즉, 게이트단에 인가되는 전압이 높을수록 고압전원(Vph)과 접지전압 사이에 전류패스를 형성시, 드레인단과 소스단 사이의 저항값이 작아지며, 게이트단에 인가되는 전압이 낮을수록 고압전원(Vph)과 접지전압 사이에 전류패스를 형성시, 드레인단과 소스단 사이의 저항값이 커진다. 이와 같은 원리에 의해 스위치(예컨데 250a)가 턴-오프시 증감하는 고압전원(Vph)의 전위레벨이 소정 레벨이상 상승하면 이를 접지전압으로 방전하게 된다. 여기서, 저항(311)과 저항(321)은 NMOS 트랜지스터(322)의 게이트단에 걸리는 전압을 조정하기 위한 전압분배 저항으로 사용되며, 저항(321)은 NMOS 트랜지스터(322)가 턴-온시, NMOS 트랜지스터(322)의 소스단과 드레인단 사이에 과전류가 흘러 고압전원(Vph)의 전위레벨이 지나치게 저하되는 것을 방지한다.
도 5는 노이즈 제어부(300)에 의해 고압전원(Vph)의 전위레벨 변동이 감소되는 것을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 스위치(예컨데 250a)에 의해 가열소자(예컨데 260a)와 고압전원(Vph)사이의 전류패스가 차단시, 노드 A에는 고전압 노이즈가 발생하나, 노이즈 산출부(310)가 고전압 노이즈의 양(+)전압을 검출하고 전압방전부(320)에서 이를 접지전압으로 방전함으로서 고압전원(Vph)의 전압파형은 종래에 비해 변동이 적음을 볼 수 있다. 즉, 잉크젯 프린터의 인쇄작업시, 스위칭부(250)의 턴-오프에 의해 발생되는 고전압 노이즈가 고압전원(Vph)의 전위레벨을 거의 변동시키지 않는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정하지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게된다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 잉크젯 프린터의 헤드에 구비되는 가열소자와, 가열소자를 구동하기 위한 스위칭소자의 주변에 형성되는 임피던스 성분에 의해 스위칭소자 가 온-오프시 발생하는 고전압 노이즈가 고압전원의 전위레벨을 변동시키는 것을 방지함으로서 잉크젯 프린터를 구성하는 논리회로의 오동작을 방지하며, 헤드에 구비되는 가열소자의 동작을 안정화시킨다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린터의 헤드구동장치를 설명하기 위한 블록개념도,
도 2는 잉크젯 프린터의 헤드와, 헤드를 구동하기 위한 스위칭부사이에 위치하는 FPC 케이블에 분포하는 임피던스 성분이 고압전원에 미치는 영향을 설명하기 위한 등가회로,
도 3은 도 2에 도시된 등가회로에 따른 고압전원과 본딩패드에 나타나는 전압 파형을 도시한 파형도,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크젯 프린터의 헤드구동장치의 블록개념도, 그리고
도 5는 노이즈 제어부에 의해 고압전원의 전위레벨 변동이 감소되는 것을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
210 : 디코더부 220 : 래치부
230 : 게이트어레이 240 : 레벨쉬프터
250 : 스위칭부 260 : 가열소자
300 : 노이즈 제어부 310 : 노이즈 산출부
320 : 전압방전부

Claims (4)

  1. 잉크를 토출하는 헤드;
    상기 헤드와 고압전원 사이의 통전을 제어하는 스위칭부;
    상기 스위칭부를 제어하여 상기 헤드에서 상기 잉크가 선택적으로 토출되도록 제어하는 제어부; 및
    상기 고압전원과 접지전압 사이에 구비되며, 상기 헤드에서 상기 잉크를 토출시, 상기 헤드의 주변에 분포하는 커패시턴스와 인덕턴스에 의해 발생되는 고전압 노이즈를 클램핑하고, 클램핑된 전압을 상기 접지전압으로 방전하여 상기 고전압 노이즈가 상기 고압전원의 전위를 변경시키는 것을 제한하는 노이즈 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 제어부는,
    상기 고압전원의 전압이 상기 고전압 노이즈에 의해 상승시, 상기 고압전원과의 전압차를 산출하는 노이즈 산출부; 및
    상기 노이즈 산출부에서 산출된 상기 전압차 만큼 상기 고압전원을 방전시키는 전압방전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노이즈 산출부는,
    일측은 상기 고압전원에 접속되는 제1저항;
    일측은 상기 제1저항의 타측에 접속되는 커패시터; 및
    애노드단은 상기 커패시터의 타측에 접속되는 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 노이즈를 억제하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압방전부는,
    게이트단은 상기 다이오드의 캐소드단과 접속되고 소스단은 접지되며, 드레인단은 상기 고압전원에 접속되는 NMOS 트랜지스터; 및
    일측은 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트단에 접속되고 타측은 접지되는 제2저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 노이즈를 억제하는 잉크젯 프린터의 헤드구동장치.
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