TWI516379B - 開關切換驅動方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種開關切換驅動方法，尤指一種藉由開關電路之高速開關動作，以達成產生任意驅動波形之開關切換驅動方法。
隨著半導體技術與材料科學的發展，工業用印刷技術逐漸成為先進製程技術研發重點之一，例如三維噴蠟機、印刷電路板打樣噴墨機、薄膜電晶體噴墨、太陽能電池電極製作、生醫晶片酵素噴印製程等。
以設計原理來說明，通常多會利用數位/類比轉換器搭配放大器作為噴墨頭驅動訊號產生器之設計與實現的方式。然而此種方式可透過放大器或驅動積體電路雖可達到較佳的線性效果，但對於長時間操作於高頻環境下，易生成高溫與廢熱，且當運用在多變化的應用中，可能同時有多組負載需要一種或多種驅動訊號來達成功能，不僅需搭配散熱系統或額外的降溫裝置，體積大、單價高因素等都是實現多通道負載驅動電路時的必定遭遇的困難與挑戰。
參考美國第7891752號專利，其揭露一種噴墨裝置及其校正方法，該技術透過驅動單元產生驅動訊號，以類比/數位轉換器進行電壓大小偵測，並透過影像辨識單元，對墨滴大小進行電壓回饋調變控制。又，參考美國第6499820號專利，係儲存波型資料於暫存區，並透過波型選擇單元
切選擇波型，此波型透過數位/類比轉換器與信號放大器產生驅動波型，藉此驅動噴墨頭。
傳統之工業用噴墨頭為使驅動訊號有較佳線性度，經常使用小訊號搭配高壓放大器或直接使用驅動積體電路作為驅動訊號產生單元，此類驅動設計雖有較佳的線性度，卻無法獨立提供每個通道獨立之驅動訊號。
因此，對工業用印刷技術而言，如何改善噴墨製程的精準度與均勻性，以改善噴墨製程的精準度與均勻性將為一重要課題。
鑑於上述先前技術之缺失，本發明提供一種開關切換驅動方法，其由解析度高又具自由度的調變波型方式，補償噴墨頭中各噴孔間的變異性，以提高噴墨製程的精準度與均勻性。
本發明係採用開關電路搭配開關策略，藉此改變開關電路的驅動方式而達成產生任意波形之目的，並降低開關所造成之損失。
本發明提供一種開關切換驅動方法，其係適用於一驅動系統，其包含一控制單元、一開關策略解調單元、一記憶單元、一移位單元以及一計數單元，其中，控制單元係連接記憶單元，開關策略解調單元係連接於控制單元與該記憶單元之間，記憶單元係連接移位單元，移位單元係連接於控制單元與記憶單元，開關切換驅動方法步驟包含：(a)控制單元接收具有一驅動波型之一驅動訊號，並分
割驅動訊號為n個區段；(b)控制單元解析驅動訊號之一驅動電壓為2n次開關數，以於一預定時段內開關2n次；(c)開關策略解調單元依據驅動訊號之驅動電壓，且驅動電壓將驅動波型轉換為一開關訊號，開關訊號係組成一開關訊號陣列；(d)儲存開關訊號於記憶單元；(e)移位單元係複製該記憶單元之開關訊號，開始播放開關訊號至一驅動單元；(f)計數單元係累積移位單元移動次數達2n次時，計數單元係傳送一結束指令至控制單元；以及(g)控制單元接收結束指令後，係根據需求進行調整。
本發明之開關切換驅動方法中，移位單元移動次數達2n次時，驅動系統係產生一次噴墨頭驅動波型。
本發明之開關切換驅動方法中，控制單元係分解驅動波型為複數個區段，並傳送一狀態播放指令至移位單元，控制單元係接收計數單元之一結束指令與一開關狀態更新訊號。記憶單元係記憶控制單元所傳送之開關狀態更新訊號，並依據計數單元以更新開關訊號。
本發明之開關切換驅動方法中，移位單元係接收記憶單元之內容，並根據記憶單元之長度，進行長度之移位動作，計數單元係依據記憶單元之長度，以比對移位單元之移位次數，當移位單元作一特定數目之移位次數，則計數單元傳送開關狀態更新訊號至控制單元。
本發明之開關切換驅動方法中，控制單元包括：模糊控制器、比例、微分、積分控制器、倒傳遞網路、或神經網路控制器之一者。控制單元分割驅動訊號為n個區段時係產生一分割資訊，分割資訊係傳送至開關策略解調單元。
本發明之開關切換驅動方法中，開關策略解調單元對該驅動波型之各波段進行開關責任周期解調，以隨機運算方式排列成開關訊號，並儲存於記憶單元。開關策略解調單元藉由神經網路控制器、傳遞網路控制器、比例控制器、模糊控制器、或隨機控制器其中之一控制器所組成之轉換元。
本發明之開關切換驅動方法中，更包含：執行初始化設定，以設定任意驅動波型，或接收外部所設定之任意波型資料。執行轉換程序，以將驅動波型轉換為開關訊號。於執行轉換程序時，由記憶單元讀出該驅動波型，並於控制單元進行開關訊號之轉換程序，寫入結果於記憶單元。
相較於習知技術，由於本發明之開關切換驅動方法中，將欲設定之任意驅動波形轉換為開關訊號陣列，並將其傳送至開關電路，藉由開關電路高速之開關動作，以達成產生任意驅動波型之目標。
本發明之實施例中該等圖式與流程圖均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件與方法，其所顯示之元件與方法非為實際實施時之態樣，其實際實施時之方法與元件數目、形狀等比例為一選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。
請參閱第1圖為本發明一較佳實施例之驅動系統示意圖。並同時參閱第2圖為本發明一較佳實施例之開關切換驅動方法流程圖。
於第1圖中所示，噴墨裝置之驅動系統100包含：控制單元102、開關策略解調單元104、記憶單元106、移位單元108、計數單元110、驅動單元112以及感測單元114。其中，控制單元102係連接記憶單元106。開關策略解調單元104係連接於控制單元102與記憶單元106之間。記憶單元106係連接移位單元108。移位單元108係連接於控制單元102與記憶單元106。
又於第1圖中所示，使用者透過使用者介面(未圖示)，且驅動波型之設定資訊係傳送至控制單元102。控制單元102接收具有驅動訊號S1，其中，驅動訊號S1具有驅動波型，如第3圖所示。
第3圖為本發明一較佳實施例之使用者設定後之驅動波型示意圖。其顯示一驅動波型被分割成t1~tn個時段。開關策略解調單元104轉換驅動波型為一開關狀態(即開關訊號S5)。記憶單元106係記憶該控制單元102所傳送之開關狀態更新訊號S4，並依據計數單元110以更新開關狀態。
仍於第1圖中所示，移位單元108係接收記憶單元106之內容，並根據記憶單元106之長度(n bit)，執行上述長度(n bit)之移位動作。
於第1圖中所示，計數單元110係依據記憶單元106之長度(n bit)，以比對移位單元108之移位次數。當移位單元108作一n次之移位次數，則計數單元108傳送開關狀態更新訊號S4至控制單元102。
又請參考第2圖，首先進行步驟202，控制單元102
係分解驅動波型成為具有n個區段(即包含1~n個區段)。控制單元102並傳送一狀態播放指令S2至移位單元108。控制單元102係接收計數單元110之結束指令S3。
如第1圖所示，控制單元102係接開關狀態更新訊號S4，且傳送開關狀態更新訊號S4至記憶單元106，並根據計數單元110用以更新開關訊號S5。於第1圖中所示本發明中，控制單元102包括：模糊控制器、比例、微分、積分控制器、倒傳遞網路、或神經網路控制器之一者。
如第2圖所示之步驟204，控制單元102解析驅動訊號S1之最大噴墨驅動電壓為2n開關次數，即為於一預定時段t1內開關啟動2n次，即可達最大噴墨驅動電壓，請參考第4圖，其為本發明根據第3圖中之一預定時段開關訊號示意圖。此外，控制單元102分割該驅動訊號為n個區段時係產生一分割資訊，且該分割資訊係傳送至開關策略解調單元104。
如第2圖所示之步驟206，開關策略解調單元104依據驅動訊號S1波段之驅動電壓，且該驅動電壓將驅動波型轉換為一開關訊號，其中如第4圖所示，開關訊號係組成一開關訊號陣列。
請參考第5圖，為本發明一較佳實施例之電壓時間圖。其中，開關策略解調單元104對驅動波型之各波段進行開關責任周期解調，以隨機運算方式排列成開關訊號S5，並儲存於記憶單元106。需說明的是，本實施例之開關策略解調單元104係為藉由神經網路控制器、傳遞網路控制器、比例控制器、模糊控制器、或隨機控制器其中之
一控制器所組成之轉換元。
於第5圖之a、b、a1、b1、a2、b2等區間，開關責任週期100%可獲得最大驅動電壓為最大驅動電壓，當驅動電壓欲輸出40%驅動電壓，可藉由a、b、a1、b1等開關策略進行開關控制，由於a、b、a1、b1等區間開關責任週期皆為40%，故輸出平均電壓皆為40%驅動電壓，除上述四種組合外可切換出40%的驅動電壓外，其開關策略共有2 n -1種組合，在有限開關策略組合中，可透過隨機組合方式取得開關狀態。
於第5圖之a2區間的開關訊號責任週期為20%+10%，在時間a2的輸出電壓平均電壓為30%驅動電壓，與目標電壓40%驅動電壓並不相等，而時間開關訊號為10%+60%，與目標電壓所需之70%驅動電壓並不相等；而a2與b2之平均電壓為(0.4*驅動電壓+0.6*驅動電壓)/2=0.5*驅動電壓，a2與b2的開關責任週期為((30+70)%)/2=50%如此即可提供50%驅動電壓，在得知波段開關責任週期後，透過隨機組合方式取得開關狀態。
如第2圖所示之步驟208，儲存開關訊號S5於記憶單元106中。需說明的是，本發明所述之開關訊號S5即為開關狀態。本實施例中，記憶單元106係儲存驅動波型、開關訊號、讀取波形狀態、讀取開關訊號。
如第2圖所示之步驟210，移位單元108複製記憶單元106中之開關訊號S5(即開關狀態)，並開始播放開關訊號S5至驅動單元112。
如第2圖所示之步驟212，當計數單元110係累積移
位單元108之移動次數達到2n次時，則計數單元110傳送結束指令S3至控制單元102。需說明的是，移位單元110移動次數達2n次時，驅動系統100係產生一次噴墨頭驅動波型。
如第2圖所示之步驟214，控制單元102接收結束指令S3後，係根據噴印品質狀態或使用者需求進行調整。
請參考第3圖，移位單元108係接收記憶單元106之內容，並根據記憶單元106之長度(n bit)，進行長度之移位動作。計數單元110係依據記憶單元106之長度(nbit)，以比對移位單元108之移位次數。當移位單元108作一特定數目之移位次數，則計數單元110傳送開關狀態更新訊號S4至控制單元102。
如第1圖所示，本實施例之開關切換驅動方法更包含執行初始化設定步驟，以設定任意驅動波型，或接收外部所設定之任意波型資料。並執行轉換程序步驟，以將驅動波型轉換為開關訊號S5。於執行轉換程序時，由記憶單元106讀出驅動波型，並於控制單元102進行開關訊號S5之轉換程序，並寫入結果於記憶單元106。驅動訊號之總諧波失真率、信號雜訊比、頻率響應、頻譜參數，係被回饋與修正，以改善該驅動波型。依據一感測單元之一參數，進行開關切換變更。依據該驅動波型總諧波失真率進行開關切換變更。依據一負載單元之驅動狀態，進行開關切換變更。依據一感測單元之一參數，進行開關切換變更。
如第1圖所示，需說明的是，在最小充、放電時間內，驅動訊號S1之最小電壓值係決定於開關訊號S5之開關次
數。且，在最小充電時間內，係以有限解析度，組成最小電壓值的充電效應，或組成最小電壓值的放電效應。
如第1圖所示，本實施例之感測單元114包含電荷耦合元件、類比/數位轉換器、或數位訊號處理器。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧驅動系統
102‧‧‧控制單元
104‧‧‧開關策略解調單元
106‧‧‧記憶單元
108‧‧‧移位單元
110‧‧‧計數單元
112‧‧‧驅動單元
114‧‧‧感測單元
S1‧‧‧驅動訊號
S2‧‧‧狀態播放指令
S3‧‧‧結束指令
S4‧‧‧開關狀態更新訊號
S5‧‧‧開關訊號
202、204、206、208、210、212、214‧‧‧方法
t1、t2、t3、t4、t5….tn‧‧‧時段
第1圖為本發明一較佳實施例之驅動系統示意圖；第2圖為本發明一較佳實施例之開關切換驅動方法流程圖；第3圖為本發明一較佳實施例之使用者設定後之驅動波型示意圖；第4圖為本發明根據第3圖中之一預定時段開關訊號示意圖；以及第5圖為本發明一較佳實施例之電壓時間圖。
202、204、206、208、210、212、214‧‧‧方法
Claims (17)
- 一種藉由調變波型之開關切換驅動方法，其係適用於一驅動系統，該驅動系統包含一控制單元、一開關策略解調單元、一記憶單元、一移位單元以及一計數單元，其中該控制單元係連接該記憶單元，該開關策略解調單元係連接於該控制單元與該記憶單元之間，該記憶單元係連接該移位單元，該移位單元係連接於該控制單元與該記憶單元，該開關切換驅動方法步驟包含：該控制單元接收具有一驅動波型之一驅動訊號，並分割該驅動訊號為n個區段，其中該移位單元移動次數達2n次時，該驅動系統係產生一次噴墨頭驅動波型，該控制單元係分解該驅動波型為複數個區段，並傳送一狀態播放指令至該移位單元，該控制單元係接收該計數單元之一結束指令與一開關狀態更新訊號；該控制單元解析該驅動訊號之一驅動電壓為2n次開關數，以於一預定時段內開關2n次；該開關策略解調單元依據該驅動訊號之該驅動電壓，且該驅動電壓將該驅動波型轉換為一開關訊號，該開關訊號係組成一開關訊號陣列；儲存該開關訊號於該記憶單元；該移位單元係複製該記憶單元之該開關訊號，開始播放該開關訊號至一驅動單元；該計數單元係累積該移位單元移動次數達2n次時，該計數單元係傳送一結束指令至該控制單元；該控制單元接收該結束指令後，係根據需求進行調 整；執行一初始化設定，以設定一任意驅動波型，或接收外部所設定之一任意波型資料；以及執行一轉換程序，以將該任意驅動波型轉換為一開關訊號，其中於執行該轉換程序時，由該記憶單元讀出該任意驅動波型，並於該控制單元進行該開關訊號之該轉換程序，寫入一結果於該記憶單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該記憶單元係記憶該控制單元所傳送之該開關狀態更新訊號，並依據該計數單元以更新該開關訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該移位單元係接收該記憶單元之內容，並根據該記憶單元之長度，進行長度之移位動作，該計數單元係依據該記憶單元之長度，以比對該移位單元之移位次數，當該移位單元作一特定數目之移位次數，則該計數單元傳送該開關狀態更新訊號至該控制單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制單元包括：模糊控制器、比例、微分、積分控制器、倒傳遞網路、或神經網路控制器之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制單元分割該驅動訊號為n個區段時係產生一分割資訊，該分割資訊係傳送至該開關策略解調單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該開關策略解調單元對該驅動波型之各波段進行開關責任周期解調，以隨機運算方式排列成開關訊號，並儲存於該記憶單元。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該開關策略解調單元藉由神經網路控制器、傳遞網路控制器、比例控制器、模糊控制器、或隨機控制器其中之一控制器所組成之轉換元。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該記憶單元係儲存該驅動波型、開關訊號、讀取波形狀態、讀取開關訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在最小充、放電時間內，該驅動訊號之最小電壓值係決定於該開關訊號之開關次數。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中在最小充電時間內，以有限解析度，以組成最小電壓值的充電效應。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中在最小放電時間內，以有限解析度，以組成最小電壓值的放電效應。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含以該驅動訊號之總諧波失真率、信號雜訊比、頻率響應、頻譜參數，回饋修正以改善該驅動波型。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含依據一感測單元之一參數，進行開關切換變更。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含依據該驅動波型總諧波失真率進行開關切換變更。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含依據一負載單元之驅動狀態，進行開關切換變更。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含依據一感測單元之一參數，進行開關切換變更。
- 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該感測單元包含電荷耦合元件、類比/數位轉換器、或數位訊號處理器。
Priority Applications (3)
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