用于壓電式換能器的再生驅(qū)動(dòng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年9月10日提交的美國(guó)申請(qǐng)No. 14/022,669的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi) 容通過(guò)引用被結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于壓電式換能器的再生驅(qū)動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 壓電式換能器常常被采用在液滴噴射器并且尤其是使用壓電式按需滴落(D0D)技 術(shù)的噴墨打印機(jī)的設(shè)計(jì)中。這種類型的噴墨打印機(jī)使用多個(gè)打印噴嘴，每個(gè)噴嘴具有壓電 元件位于其中的充墨室。向壓電元件施加電壓使元件變形。壓電元件的變形造成充墨室內(nèi) 的壓力脈沖，從而迫使墨滴從打印噴嘴排出。向壓電元件施加不同類型的電壓波形可以改 變從打印噴嘴排出的墨水的量和模式。
[0005] 在常規(guī)的噴墨打印機(jī)中，壓電元件通常利用電阻類驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，諸如呈現(xiàn)出功 耗的線性放大器或軌到軌脈沖發(fā)生器，其中驅(qū)動(dòng)器消耗的功率的大約10%被輸送到壓電元 件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個(gè)總的方面，用于一個(gè)或多個(gè)換能器的再生驅(qū)動(dòng)的方法包括，對(duì)于多個(gè)驅(qū)動(dòng) 循環(huán)中的每一個(gè)，使得多個(gè)換能器中的一個(gè)或多個(gè)用于驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致多個(gè)被啟用的換能 器，基于多個(gè)被啟用的換能器和期望的總電容配置可配置電容性能量存儲(chǔ)元件，將預(yù)定量 的能量從電源傳送到第一電感性能量傳送元件，向可配置電容性能量存儲(chǔ)元件并向多個(gè)電 容性能量存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件分配來(lái)自第一電感性能量傳送元 件的預(yù)定量的能量，多個(gè)能量存儲(chǔ)元件中的每個(gè)能量存儲(chǔ)元件都耦合到關(guān)聯(lián)的換能器，將 來(lái)自一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件和來(lái)自可配置電容性能量存儲(chǔ)元件的能量傳送到第 二電感性能量傳送元件，以及將來(lái)自第二電感性能量傳送元件的能量傳送到電源。
[0007] 各方面可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0008] 從電源向第一電感性能量傳送元件傳送預(yù)定量的能量可以包括向第一變壓器的 初級(jí)繞組傳送預(yù)定量的能量，將來(lái)自第一電感性能量傳送元件的預(yù)定量的能量分配到可配 置電容性能量存儲(chǔ)元件和一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件可以包括經(jīng)由第一變壓器的次 級(jí)繞組分配來(lái)自第一變壓器的初級(jí)繞組的預(yù)定量的能量，向第二電感性能量傳送元件傳送 來(lái)自一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件和來(lái)自可配置電容性能量存儲(chǔ)元件的能量可以包括 經(jīng)由第二變壓器的初級(jí)繞組傳送來(lái)自一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件和來(lái)自可配置電容 性能量存儲(chǔ)元件的能量，以及從第二電感性能量存儲(chǔ)元件向電源傳送能量可以包括經(jīng)由第 二變壓器的次級(jí)繞組從第二變壓器的初級(jí)繞組向電源傳送能量。
[0009] 第一電感性能量傳送元件和第二感應(yīng)能量傳輸元件可以是同一個(gè)元件?？膳渲秒?容器網(wǎng)絡(luò)可以包括多個(gè)可選擇的電容器并且配置可配置電容性能量存儲(chǔ)元件可以包括基 于一組配置位來(lái)選擇多個(gè)可選擇的電容器中的某些電容器。該方法還可以包括基于要施加 到多個(gè)被啟用的換能器的期望電壓來(lái)確定預(yù)定量的能量。
[0010]確定預(yù)定量的能量和配置可配置電容性能量存儲(chǔ)元件可以基于要施加到多個(gè)被 啟用的換能器的期望電壓的期望變化率。確定預(yù)定量的能量可以包括考慮施加到多個(gè)被啟 用的換能器的之前的電壓的歷史。第一變壓器和第二變壓器可以是在不連續(xù)傳導(dǎo)模式下操 作的回掃變壓器。
[0011]從電源向第一電感性能量傳送元件傳送預(yù)定量的能量可以包括向第一雙端電感 器傳送預(yù)定量的能量并且從第二電感性能量傳送元件向電源傳送能量可以包括從第二雙 端電感器向電源傳送能量。第一雙端電感器和第二雙端電感器可以是同一個(gè)雙端電感器。 多個(gè)換能器中的每一個(gè)都包括壓電元件。
[0012] 在另一個(gè)總的方面，用于再生驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)換能器的系統(tǒng)包括多個(gè)換能器、可 配置電容性能量存儲(chǔ)元件、第一電感性能量傳送元件、第二電感性能量傳送元件，以及用于 通過(guò)多個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)操作系統(tǒng)的控制器。控制器被配置為，對(duì)于多個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的每一個(gè)，使 得多個(gè)換能器中的一個(gè)或多個(gè)用于驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致多個(gè)被啟用的換能器，基于多個(gè)被啟用 的換能器和期望的總電容配置可配置電容性能量存儲(chǔ)元件，將預(yù)定量的能量從電源傳送到 第一電感性能量傳送元件，向可配置電容性能量存儲(chǔ)元件并向多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件中 的一個(gè)或多個(gè)電容性能量存儲(chǔ)元件分配來(lái)自第一電感性能量傳送元件的預(yù)定量的能量，多 個(gè)能量存儲(chǔ)元件中的每個(gè)能量存儲(chǔ)元件都耦合到關(guān)聯(lián)的換能器，將來(lái)自一個(gè)或多個(gè)電容性 能量存儲(chǔ)元件和來(lái)自可配置電容性能量存儲(chǔ)元件的能量傳送到第二電感性能量傳送元件， 以及從第二電感性能量傳送元件向電源傳送能量。
[0013] 各方面可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0014] 第一電感性能量傳送元件可以包括第一變壓器，第二電感性能量傳送元件可以包 括第二變壓器，并且控制器還可被配置為從電源向第一變壓器的初級(jí)繞組傳送預(yù)定量的能 量，經(jīng)由第一變壓器的次級(jí)繞組向可配置電容性能量存儲(chǔ)元件和一個(gè)或多個(gè)電容性能量存 儲(chǔ)元件分配來(lái)自第一變壓器的初級(jí)繞組的預(yù)定量的能量，將來(lái)自一個(gè)或多個(gè)電容性能量存 儲(chǔ)元件和來(lái)自可配置電容性能量存儲(chǔ)元件的能量傳送到第二變壓器的初級(jí)繞組，以及經(jīng)由 第二變壓器的次級(jí)繞組從第二變壓器的初級(jí)繞組向電源傳送能量。
[0015] 第一電感性能量傳送元件和第二感應(yīng)能量傳輸元件可以是同一個(gè)元件。可配置電 容器網(wǎng)絡(luò)可以包括多個(gè)可選擇的電容器并且控制器可被配置為配置可配置電容性能量存 儲(chǔ)元件，包括基于一組配置位來(lái)選擇多個(gè)可選擇的電容器中的某些電容器?？刂破骺杀慌?置為基于要施加到多個(gè)被啟用的換能器的期望電壓來(lái)確定預(yù)定量的能量?？刂破骺杀慌渲?為基于要施加到多個(gè)被啟用的換能器的期望電壓的期望變化率來(lái)確定預(yù)定量的能量并配 置可配置電容性能量存儲(chǔ)元件。
[0016] 控制器可被配置為確定預(yù)定量的能量，包括考慮施加到多個(gè)被啟用的換能器的之 前的電壓的歷史。第一變壓器和第二變壓器可以是在不連續(xù)傳導(dǎo)模式下操作的回掃變壓 器。第一電感性能量傳送元件可以包括第一雙端電感器，第二電感性能量傳送元件可以包 括第二雙端電感器，并且控制器可被配置為從電源向第一雙端電感器傳送預(yù)定量的能量并 且從第二雙端電感器向電源傳送預(yù)定量的能量。第一雙端電感器和第二雙端電感器可以是 同一個(gè)雙端電感器。多個(gè)換能器中的每一個(gè)都包括壓電元件。
[0017] 在另一方面，一般而言，控制壓電噴墨打印頭的陣列的方法使用能量傳送方法，其 中，在一系列激勵(lì)循環(huán)中的每一個(gè)中，能量首先從電源傳送到電感器，然后在電感器與打印 頭壓電致動(dòng)器元件的選定子集和可配置電容器的組合之間傳送，其中可配置電容器根據(jù)致 動(dòng)器的選定子集可配置，可選地還根據(jù)那些致動(dòng)器在能量傳送之前的狀態(tài)可配置。在一些 例子中，通過(guò)將電容器和致動(dòng)器中的能量傳送到電感器（例如，相同的電感器或另一電感 器)然后從電感器傳送回電源，致動(dòng)器和可配置電容器中的能量在激勵(lì)循環(huán)結(jié)束時(shí)被恢復(fù)。
[0018] 選定的致動(dòng)器和可配置電容的組合電容、致動(dòng)器上的任何初始電壓和/或電荷、電 感器的電感和當(dāng)其充電時(shí)在電感器上感應(yīng)出的電流確定在能量被傳送之后致動(dòng)器上的電 壓以及當(dāng)能量從電感器傳送到電容器和致動(dòng)器時(shí)過(guò)渡期間電壓和/或電荷的變化率(例如， 時(shí)間常數(shù)）。在一些例子中，電容器被配置為使得致動(dòng)器和可配置電容器的組合為不同數(shù)量 的致動(dòng)器提供相同的組合電容。在電感器上感應(yīng)出的電流被控制(例如，通過(guò)改變供電電壓 跨電感器施加的時(shí)間和/或選擇要激勵(lì)的并聯(lián)電感器的個(gè)數(shù)），以確定在能量從電感器釋放 到電容器和選定的致動(dòng)器之后所達(dá)到的電壓。
[0019] 在一些例子中，各個(gè)致動(dòng)器或者物理上本地組中的打印頭的電容被估計(jì)(例如，在 制造時(shí)或者在操作期間以自適應(yīng)的方式），使得選定的一組致動(dòng)器的電容可以被更準(zhǔn)確地 知道，并且因此電容器可以根據(jù)所選的致動(dòng)器的估計(jì)電容之和來(lái)配置。
[0020] 在一些例子中，致動(dòng)器的非線性電容特性和/或磁滯特性在配置電容以產(chǎn)生可配 置電容器和所選的致動(dòng)器的期望有效電容中被考慮。
[0021] 在另一方面，一般而言，控制壓電致動(dòng)器的陣列（例如，壓電噴墨打印頭中的致動(dòng) 器的陣列）的方法使用能量傳送方法，其中，在一系列激勵(lì)循環(huán)中的每一個(gè)中，能量首先從 電源傳送到第一能量存儲(chǔ)元件上，然后在第一能量存儲(chǔ)設(shè)備與致動(dòng)器的選定的子集和第二 能量存儲(chǔ)元件的組合之間傳送。第二能量存儲(chǔ)元件根據(jù)致動(dòng)器的選定子集可配置，可選地 還根據(jù)那些致動(dòng)器在能量傳送之前的狀態(tài)可配置。
[0022] 在一些例子中，第一存儲(chǔ)元件包括電感器(或者更一般而言，電感器的網(wǎng)絡(luò)，或者 甚至更一般而言，在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量的元件）。第二存儲(chǔ)元件是可配置電容器，例如，數(shù)字可 控的電容器陣列。
[0023] 在一些例子中，壓電致動(dòng)器具有電容性特性。更具體而言，在一些例子中，壓電致 動(dòng)器呈現(xiàn)了非線性電容性特性和/或磁滯特性。
[0024] 能量在第一能量存儲(chǔ)元件與選定的致動(dòng)器和第二能量存儲(chǔ)元件的組合之間的傳 送導(dǎo)致致動(dòng)器中能量的變化和第二存儲(chǔ)元件中能量的變化。在一些例子中，選定的致動(dòng)器 的期望狀態(tài)變化與致動(dòng)器的期望能量變化相關(guān)聯(lián)。第二存儲(chǔ)元件是根據(jù)第二存儲(chǔ)元件的能 量存儲(chǔ)容量配置的，使得第一存儲(chǔ)元件中的基本上所有能量都被傳送到經(jīng)配置的第二存儲(chǔ) 元件和選定的致動(dòng)器的組合，使得選定的致動(dòng)器到達(dá)它們的最終狀態(tài)。在一些例子中，這個(gè) 期望的最終狀態(tài)特征在于跨選定的壓電致動(dòng)器的期望的最終電壓。
[0025] 在一些例子中，每個(gè)選定的致動(dòng)器的初始狀態(tài)和/或最終狀態(tài)依賴于致動(dòng)器上的 電壓和/或電荷。在一些例子中，初始狀態(tài)還依賴于電壓和/或電荷的之前歷史，例如，根據(jù) 電壓和/或電荷的變化率的符號(hào)。
[0026] 在一些例子中，致動(dòng)器的期望狀態(tài)變化是通過(guò)(a)控制在傳送到