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爱普生LQ-2520型彩色打印机的工作原理

来源:-- 作者:-- 浏览:1192

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摘要:   EPSON(爱普生)LQ-2520型彩色打印机电源系统的电路如下图所示。    如图1所示。该打印机的电源板与EPSoN(爱普生)LQ-2500K型彩色打印机的电源电路大体类同,由220V市电电源直接整流、滤波成300V直流高压,分别馈送到自激式开关电源和以TL594脉宽调制组件为核心所构成的他激式开关电源中的功放MOS管的漏极输入端上。其中的自激式开关电源是主控直流电源

 

  EPSON(爱普生)LQ-2520型彩色打印机电源系统的电路如下图所示。
  
  如图1所示。该打印机的电源板与EPSoN(爱普生)LQ-2500K型彩色打印机的电源电路大体类同,由220V市电电源直接整流、滤波成300V直流高压,分别馈送到自激式开关电源和以TL594脉宽调制组件为核心所构成的他激式开关电源中的功放MOS管的漏极输入端上。其中的自激式开关电源是主控直流电源,它不仅负责向外提供±12V和5V直流电源,而且还为TL594脉宽调制组件提供12V和5V电源,以确保他激式开关电源供电系统能维持正常运行。这是因为只有在这样的条件下,我们才能从他激式开关电源的输出端分别得到12V和35V电源。基于这样的电路设计方案,我们可以把以TL594组件为核心所构成的他激式开关电源看成是受控型的直流电源。也就是说,由自激式开关电源和他激式开关电源共同组成一对主从调控型的直流电源供电系统。整个电源系统共输出+5V、+12V、-12V、+24V和+35V五组电压。为了方便读者理解电路原理,特将下图的电路图绘成如右图所示结构方框图。

爱普生LQ-2520型彩色打印机电源系统的电路

 

  现从维修角度出发,将其各单元电路的结构原理与工作过程介绍如下。
  
  1.主开关振荡电路的工作原理与过程
  
  该电源的主开关振荡电路主要由Q2和开关变压器T2等构成,具体电路如下图所示。
  
  见前图所示。220 V市电电源经由电容C1、C2、C3和C4以及电感L1所组成的低通滤波器后;被送到由BR1整流桥和C6所构成的整流、滤波器后,产生一个幅值为300 V的直流高压。该直流高压经由高频变压器T2的原边绕组n1和振荡启动基流电阻R4和R9被送到  以主控晶体管Q2(2SC3446)为核心所构成的自激式开关电源上。当Q2的基极收到来自R4和R9的基极激励电流后,就会在变压器T2绕组n1中产生一个随着时间线性增大的感性电流。与此同时,由于出现在T2变压器的反馈绕组n2中的感应电动势对晶体管Q2的基极提供的是具有正极性的正反馈信号,从而迫使这个自激式开关电源立即进入自激振荡工作状态。一旦这个振荡器开始振荡,我们就在T2变压器的各个副边绕组中分别得到如下的直流电源:
  
  (1)从T2变压器的n3绕组上所感应的交变电压,经由二极管D8、电容C17及R24所组成的整流、滤波电路而向外提供12V(0.2A)的直流电源;(2)从T2变压器的n4绕组上所感应的交变电压,经由二极管D2、电容C16及R25所组成的整流、滤波电路而向外提供-12V(0.2A)的直流电源;(3)从T2变压器的n5绕组上所感应交变电压,经由具有共阴极的肖特基二极管DB2、电容C18和C19、电感L2以及C20所组成的整流、滤波电路而向外提供5V(1.5A)直流电源。具体工作过程如下。
  
  如下图所示。当接通电源开机后,300V电压经电阻R4和R9加至A点,产生偏置电流Ib通过A点流向开关三极管Q2基极,使Q2导通。于是Q2产生集电极电流IC,流过开关变压器T2初级绕组(10)~(8)端,因此便在开关变压器T2的反馈绕组(7)~(6)端中产生感应电流。该电流的流向与Ib相同,致使Q2更加导通。由于感应作用,T2的(10)~(8)端绕组中的电流不断增加,于是在T2的次级(2)~(3)、(3)~(4)端中感应出电动势,每个绕组中电流方向如下图中箭头D所示。随着振荡过程的进行,从绕组(10)~(8)端流向Q2的集电极电流的Ic(即Il)趋于极限并开始回落。(7)~(6)端绕组上产生一个反向电压使Q2立即截止。当Q2截止时,T2次级绕组(2)~(3)、(3)~(4)、(3)~(5)端中的能量反向释放,产生正向电流,分别流过D10、D8和D33,于是T2的次级端得到输出电压。随着时间的推移,所释放的能量逐渐减少,当能量释放完毕后,次级各个绕组中电压为零。上述工作过程结束后又重复开始的工作过程,即300V电压(Uin)经电阻R4和R9后,产生偏置电流Ib,Ib通过A点流向开关管Q2基极,使Q2导通。如此周而复始重复上述过程。
  
  在开关管Q2导通时,开关变压器T2的初级储存能量,当开关管Q2截止时,通过其次级绕组释放能量,即在开关变压器的次级绕组输出高频脉冲电压,这些脉冲电压经高频二极管和滤波电容等构成的脉冲整流、滤波电路,分别向主机板输出+5V和+12V及-12V电压。
  
  与此同时,主开关振荡电路(二)接受+5V和+12V电压之后,也开始振荡工作,具体过程同上述的主开关振荡电路(一)。于是由主开关振荡电路的次级输出高频脉冲电压,再经整流和滤波后输出+35V电压。+35V电压通过二次稳压后再输出+24V电压。

 
  2.自动稳压控制电路的工作原理与过程
  
  为保证自激式开关电源能向外提供具有自动稳压调控功能的直流电源,该电源具有如下两条自动稳压控制电路。
  
  第一条稳压控制电路是:连接在5V直流电源输出端的由R26和R27所组成的电阻分压器得到的输出电压采样信号,馈送到精密可调稳压器Q5(TL431)的控制极R端上,其中TM431组件的K极连接到光电耦合器PC2(TLP521)中的发光二极管的负极上,发光二极管的正极经电阻R21被连接到5V电源的输出端上。当打印机电源在运行中因故使得它的5V电源的输出电压偏高时,就会使得出现在TL431的R端上的控制电平升高。如我们所知,这种变化必将会带来如下连锁反应:流过TL431的K、A极间的电流增大一流过PC2内发光二极管的电流增大一光电耦合器中的光敏三极管的管压降减小。此时由于从T2变压器的n2绕组中所产生的感应电压经由D4和C10所组成的整流、滤波后被送到光电耦合器中的光敏三极管的集电极上的电压是基本维待不变的。所以,在此条件下,就使得注入到晶体管Q4(2SC2655)的基极电流增大,从而造成晶体管Q4对由变压器T2的n2绕组所提供的正反馈电流的分流作用加强,从而迫使主控晶体管Q2提前进入截止状态。这样的调控作用的最终效果是使得出现在5V直流电源输出端的偏高的电压有所回落,从而达到负反馈自动稳压输出的目的。
  
  第二条稳压控制电路是:由NJM2903电压比较器及其周围电路所构成的控制电路是为防止打印机电源中的5V“缺相”输出而设置的保护电路。当打印机电源正常工作时,5V电源经由R35和R36所组成的电阻分压器在比较器的同相端(3)脚建立起约O.3V的参考电平。此时应从该比较器的输出端(1)脚向外输出高电平控制信号。因此,位于光电耦合器PC1中的发光二极管是处于熄灭状态的,从而导致位于光电耦合器PC1中的光敏三极管处于截止状态。因此该保护电路的存在不会影响其他电路的正常运行。然而,如果因故使得打印机电源中的5V直流电源消失(例如DB2整流二极管开路),就会在NJM2903组件的(1)脚上出现0V或-12V低电平控制信号。显然,一旦出现这种局面,就会使得流过光电耦合器PC1中发光二极管的电流急剧增大,从而导致位于PC1中的光敏三极管的管压降急剧减小,并使得晶体管Q4饱和导通和晶体管Q2进入截止状态。这样一来,位于LQ-2520型彩色打印机中的各路直流电源将全部进入自动关机状态。
  
  在该电源系统中,还利用了一块专用的脉宽调制直流稳压块STR2124组件来把35V直流电源经过DC/DC变换处理而产生另一路24V直流稳压电源。
  
  由于STR2124组件的工作原理与一般打印机中所用过的sTR2005组件的控制原理是完全相同的,所以在此就不再重述了。在这里,35V电源被送到STR2124组件的电源输入端(5)脚上,通过连接在它的输出端(1)脚上的由L4和c13所构成的滤波器电路,将从sTR2124的(1)脚送出的脉宽调制交变电源变成直流电源。为了保证这路24V直流电源具有良好的稳压输出特性,将24V输出电压信号反馈送回到STR2124组件的反馈调控输入端(4)脚,从而构成负反馈闭环调控系统。
  
  3.过流保护电路的工作原理与过程
  
  自激式开关电源的过流保护电路是由串接在主控晶体管Q2的发射极上的输出电流取样电阻R5(0.56Q)和晶体管Q4组成的。当这台开关电源因故而出现过流输出或短路故障时,流过T2变压器的原边绕组n1和晶体管Q2的c—e极的电流将会增大到使出现在R5上的压降上升到足以使晶体管Q4进入饱和导通状态。如图l所示(图见上期)。一旦Q4饱和导通,就会把从T2变压器的正反馈绕组n2经R8送到Q4的基极驱动电流全部短路入地,从而迫使主控晶体管Q2进入截止状态。从本开关电源的设计参数可知,它的过流输出保护阈值电流约为1.25A左右。位于主变压器T1的n3绕组中的二极管D3起着续流的作用。由于D3的存在,可以有效地抑制在MOS管Q3截止期间可能出现在Q3的漏极(1)极)上的瞬态尖峰电压,从而大大地提高Q3管的工作可靠性。
  
  对于该打印机电源来说,只有当自激式开关电源能正确无误地运行时,位于它激式开关电源控制电路中的TL594脉宽调制组件的直流电源输入端(12)脚才有可能获得12V的辅助电源。与此同时,TL594的末级驱动输出端(8)脚才有可能经T3变压器的(2)~(3)绕组得到5V直流电源。TL594组件的(6)脚和(5)脚分别为内部锯齿波振荡器的振荡电阻R34和振荡电容C24的连接端,(1)~(2)脚和(15)~(16)脚分别为误差放大器和控制放大器的输入端,(3)和(4)脚分别为反馈控制端和死区电平控制端。(4)脚为5V基准电源输出端,在TL594组件正常运行时,利用这路5V基准电源经R30、R32和R33电阻分压器在它的死区电平控制端(4)脚建立一个幅值为1V的死区电平。从它的(8)脚和(11)脚输出两路相位相差180°的脉冲电压,该脉冲电压由T3的(2)~(3)原边绕组耦合到副边绕组。从T3的副边绕组输出的脉宽调制脉冲经由R11和R12所组成的栅极驱动电路送到MOS管Q3(2SK643)的栅极上。这样,就能在由T1变压器的原边绕组n1与MOS管的D、S极所组成的变压器功率放大电路中,得到被放大的脉宽调制型矩形电压脉冲,从而在由变压器T1的副边绕组n2、共阴极二极管DB3、L3、C11和C12所组成的高频整流、滤波电路的输出端得到35V的直流电源。这路它激式脉宽调制开关电源的自动稳压电路和输出过流保护电路的工作原理可简述如下:
  
  (1)从TL594组件5V基准电源发生器的输出端(14)脚送出的5V电源,经由R30、R32和R33所组成的电阻分压器,在它的误差放大器的反相输入端(2)脚上建立起一个幅值约为4V的参考电平。在这里,位于TL594组件内的误差放大器承担着自动稳压调控功能。
  
  当从35V直流电源输出端实际输出的电压偏高时,这时从由R17和R18所组成的输出电压采样电路得到的控制信号的幅值将会有所增大。这个幅值增大的控制信号被送到Tl|594的误差放大器的同相端(1)脚上。根据TL594脉宽调制组件的工作原理,当出现在它的误差放大器的同相端(1)脚上的控制电平相对增大时,就会使得从它的末级输出端(8)脚和(11)脚所送出的脉宽调制脉冲的宽度变窄。这种脉宽变窄的调制脉冲经由耦合变压器T3及MOS管Q3和T1变压器所组成的功放电路后,使得35V直流电源的电压幅值有所回落,这样就实现了对35V直流电源自动稳压输出的调控作用。
  
  (2)位于TL594组件中的控制放大器承担着过流输出保护电路的任务。位于TL594组件(2)脚的4V参考电平,经由R31和R29向控制放大器的反向端(15)脚送出控制信号。与此同时,从输出电流取样电阻R15和R14上所取得输出电流信号,经R20和R23也被送到控制放大器的反相端(15)脚。当TL594组件处于正常工作状态时,出现在(15)脚的控制电平约为0.01V左右。控制放大器的同相端(16)脚直接接地。当它激式开关电源的输出端不过流时,从控制放大器输出的信号幅值小于从误差放大器输出的控制信号的幅值,所以从TL594组件的(8)和(11)脚输出的脉宽调制脉冲的宽度变化将仅受控于来自误差放大器同相端的输出电压反馈信号。然而,如果因故使得它激式开关电源处于过流输出状态下时,由于出现在控制放大器反相端(15)脚的过流取样信号是向负值方向上发展的,从而造成从控制放大器的输出端所送出的调控信号的幅度会急剧增大。这样就会形成控制放大器输出的信号幅度超过误差放大器输出的信号幅度。一旦出现这种情况,从TL594脉宽调制组件的(8)和(11)脚送出的调制脉冲的宽度将只受控于控制放大器的输出(这就意味着TL594的输出仅受控于输出电流反馈信号)。此时,由于控制放大器输出的信号幅度已远远大于误差放大器所输出的信号幅度,其结果必将会使得TL594组件(8)和(11)脚输出的调制脉冲的宽度变得很窄,其最终的控制效果必将会使得35V直流电源输出电压大幅度下降,从而达到降压限流输出的目的。
  
  另外,位于BR1全波整流桥输出端由限流启动电阻R1和单向可控硅Q1及其周围元件所构成的回路,是打印机电源的启动限流输入回路。用户在刚开机时,由于自激式开关电源尚未进入自激振荡状态,在T1变压器的n4绕组中并没有感应电压存在。所以,这时在可控硅Q1的栅极上没有触发电压信号输入,可控硅处于开路状态。这样,整流器RRl只能通过限流电阻Rl对滤波电容C6进行充电,就能有效地限制启动浪涌电流的幅值。然而,当自激式开关电源和它激式开关电源都进入稳态工作状态后,出现在T1变压器的n4绕组中的感应电压,经由D1、R10和R6所构成的触发电路而使Ql处于导通状态。一旦可控硅Q1进入导通状态,它就相当于把限流电阻R1予以短路。以后整流器BR1就可以不受任何衰减地向滤波电容C6充电了。
型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67