EP0216684A2 - Dispositif et procédé d'alimentation de tête d'impression thermique - Google Patents

Dispositif et procédé d'alimentation de tête d'impression thermique Download PDF

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EP0216684A2
EP0216684A2 EP86401921A EP86401921A EP0216684A2 EP 0216684 A2 EP0216684 A2 EP 0216684A2 EP 86401921 A EP86401921 A EP 86401921A EP 86401921 A EP86401921 A EP 86401921A EP 0216684 A2 EP0216684 A2 EP 0216684A2
Authority
EP
European Patent Office
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terminal
potential
current
heating elements
transformer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86401921A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0216684A3 (fr
Inventor
Alain Caillol
Bernard Mouchet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SCHLUMBERGER INDUSTRIES
Original Assignee
Schlumberger SA
Enertec SA
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Filing date
Publication date
Priority claimed from FR8513000A external-priority patent/FR2586615B1/fr
Application filed by Schlumberger SA, Enertec SA filed Critical Schlumberger SA
Publication of EP0216684A2 publication Critical patent/EP0216684A2/fr
Publication of EP0216684A3 publication Critical patent/EP0216684A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/35—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads providing current or voltage to the thermal head
    • B41J2/355—Control circuits for heating-element selection

Definitions

  • the present invention relates in particular to a supply device for a thermal printing head composed of juxtaposed pairs of heating elements, in which the first and second heating elements of each pair are connected to respective first and second conductors capable of being brought, in this order or in the reverse order, to first and second potentials, and in which any heating element is capable of being connected to a third potential, so as to undergo a relatively significant, or relatively weak, heating, according to whether or not it is directly connected between the first and third potentials.
  • the supply circuits traditionally include filtering and regulating means intended to deliver a constant electrical power to the head over time.
  • the aim of the present invention is to propose a device and a method for feeding a thermal head which, unlike known techniques, lead to a very simple structure.
  • the device thus performs the heating control of the heating elements synchronously with the alternating voltage supplied to the transformer.
  • the first and second potentials are fixed at the same value.
  • the transformer comprises, in addition to the main output terminals, on the one hand the first and second auxiliary output terminals, respectively arranged on the secondary winding between said midpoint and said first and second main output terminals and respectively connected to the second and first conductors, and on the other hand third and fourth current rectifying members respectively interposed between said second and first auxiliary terminals and said first and second conductors .
  • Each current absorption circuit then preferably comprises a voltage follower intended to maintain the potential of the conductor, to which it is connected, at substantially the same value as the natural potential of the auxiliary terminal to which this conductor is connected, as well as an active element capable of being controlled to adopt either an electrically conductive state or a non-conductive state, this element being suitable, depending on its state, for authorizing or prohibiting said absorption of the current.
  • the device of the invention further comprises a control member, such as a microprocessor, capable of connecting at least some of said heating elements to the third potential, and a detector for zero crossing of the alternating voltage capable of providing a time base signal to said control body.
  • a control member such as a microprocessor
  • control member can control the active element in order to authorize the absorption of current when the number of heating elements controlled is less than a quarter of the total number d heating elements of the head.
  • the output terminal of each absorption circuit is connected to ground.
  • the output terminal of the first (respectively second) current absorption circuit is connected to the secondary of the transformer, between the second (respectively first) main terminal and the mass.
  • the forcing is always ensured, during absorption, of the conductors corresponding to the second potential, in a simple manner, without voltage follower.
  • the output terminal of the absorption circuit is connected to the secondary, instead of being connected to ground as in the first and second modes mentioned above, the potential difference across the terminals of this circuit is reduced .
  • the transformer thus operates with increased efficiency since it must supply a lower current.
  • the output terminal of the first (respectively of the second) current absorption circuit is connected to the secondary winding of the transformer at a point located near the second (respectively first) auxiliary terminal.
  • the output terminal of the first (respectively second) absorption circuit is connected to the second (respectively first) auxiliary terminal of the secondary.
  • the first (respectively the second) current absorption circuit comprises an input terminal current connected to the first (respectively second) conductor, a control terminal, an output terminal, and a voltage tap terminal connected to a potential of value substantially greater than the potential of the second (respectively first) auxiliary terminal of the secondary of the transformer.
  • the voltage tap terminal of the first (respectively second) absorption circuit is connected at a point of the transformer secondary located between the second (respectively first) auxiliary terminal and the second (respectively first) main terminal.
  • said point located on the secondary corresponds to a potential greater than that of the corresponding auxiliary terminal, of a value between 5 to 50 percent of the latter, preferably between 20 and 30 percent.
  • the voltage tap terminal of the first (respectively second) current absorption circuit is connected to the second (respectively first) main terminal of the secondary.
  • FIG. 1 represents a thermal head with two commons, that is to say comprising two conductors 1 and 2 for supplying current, this head being designated generically by the reference 3.
  • This head comprises heating elements such as 3a, 3b constituted by resistors arranged in pairs on either side of control switches, such as 4a, themselves constituted by transistors.
  • the first heating element, such as 3a, of each pair, such as 3a, 3b, is connected to the first conductor 1 while the other, such as 3b, is connected to the second conductor 2.
  • the first and second conductors are capable of being brought, in this order or in the reverse order, to first and second potentials V 1 , V 2 .
  • any heating element can, through a control switch such as 4a, be connected to a third potential V 3 (that of the ground in Figures 1 and 2).
  • V 1 -V 3 and V 2 -V 3 are chosen with values such that a heating element does not undergo sufficient heating to enable it to print heat-sensitive paper, or perform thermal transfer printing, that if it is connected directly between the potentials V l and V 3 .
  • the second potential V 2 is chosen to be equal to the potential of the mass, so that the difference V 2 -V 3 is zero.
  • the device of FIG. 1 comprises an input transformer 5 comprising a primary winding 5a, directly connected to an alternating voltage source, and a secondary winding 5b.
  • the midpoint 5m of the secondary winding 5b is connected to ground.
  • the extreme output terminals 5c, 5d of the secondary winding 5b are connected to the respective conductors 1 and 2 by means of current rectifying members such as diodes 6a, 6b.
  • First and second current absorption circuits 7a, 7b are respectively connected to the first and second conductors 1 and 2 beyond the diodes 6a, 6b relative to the transformer 5.
  • these current absorption circuits adopt the form of transistors 72 capable, under the influence of signals OD 1 and OD 2 respectively, of connecting the first and second conductors 1 and 2 to the ground potential constituting the second potential V 2 .
  • the device of FIG. 1 also comprises a detector 8 detecting the zero crossings of the alternating voltage supplying the transformer 5; the role of this detector 8 will be explained in detail with reference to FIG. 3.
  • FIG. 1 The operation of the device in FIG. 1 will be better understood in FIG. 2 corresponding to the electrical diagram of the head 3.
  • This figure represents the heating elements 3a to 3n of the head, the conductors 1 and 2, the potentials V 1 to V 3 , the control switches 4a, 4b and the current absorption circuit 7b which, in this case, is reduced to transistor 72 schematically represented in the form of a switch (the block in dotted lines 76 is therefore assumed not to be interposed on the conductor connecting V 2 to V 3 through 7 2 ).
  • FIG. 2 corresponds to an alternation of the alternating voltage for which the conductor brought to a strictly positive potential V 1 is the first conductor 1 and in the case where only the elements 3a and 3c are controlled in order to impress the thermosensitive support of impression.
  • the Joule effect developed in a heating element being proportional to the square of the potential difference across this element, the heating of elements 3e to 3n is four times lower than that of elements 3a and 3c.
  • the potentials V 1 , V 2 and V 3 are chosen such that only the controlled elements 3a, 3c can impress the heat-sensitive support.
  • the transistor 72 constituting (according to the first embodiment) the current absorption circuit 7 b, is in the on state (case shown in FIG. 2), the transistor constituting the absorption circuit of current 7a (fig. 1) is blocked.
  • the second conductor 2 is brought to the first potential V 1 , the transistor 72 of the circuit 7a is in the on state to absorb the current coming from the second conductor, and the transistor 72 of the circuit 7b is blocked.
  • the absorption concerns the current flowing on the conductor brought to V 2 and coming from the conductor raised to V 1 .
  • the alternating absorption by each circuit follows the principle according to which the heating orders of the heating elements are synchronized on the AC voltage.
  • FIG. 3 represents a second, more complete embodiment of the invention.
  • This figure shows the conductors 1 and 2, the head 3 with several heating elements such as 3a, control switches such as 4a for connecting these heating elements to a third potential V 3 (which in this case is the potential of the ground), the transformer 5 whose secondary winding 5b has a midpoint 5m connected to ground and two main output terminals 5c, 5d, current rectifying diodes 6a, 6b respectively interposed between the terminals 5c, 5d and conductors 1 and 2, the current absorption circuits 7a, 7b connected respectively to conductors 1 and 2, and the zero-crossing detector 8.
  • the secondary 5b of the transformer 5 comprises two auxiliary output terminals 5e, 5f disposed respectively between the midpoint 5m and the main output terminals 5c, 5d of this transformer; third and fourth diodes 6c, 6d are respectively interposed between the second and first auxiliary terminals 5f, 5e and the first and second conductors 1 and 2; finally, the device of FIG. 3 comprises a control member, such as a microprocessor 9.
  • the absorption circuits 7a, 7b of FIG. 3 do not adopt the same embodiment as those of FIG. 1.
  • FIG. 4 represents a possible embodiment of the current absorption circuits 7a, 7b of FIG. 3.
  • circuits being preferably identical, a single circuit will be described and the references used will be valid for these two circuits.
  • Each circuit comprises: a tap terminal voltage of 0 to 7 connected to the second auxiliary outlet 5f of the transformer 5 for circuit 7a, and the first auxiliary output for the fifth circuit 7b; a current input terminal 70b connected to the first conductor 1 for the circuit 7a and to the second conductor 2 for the circuit 7b; a control terminal 70c; and an output terminal 70d connected in this case to the ground potential.
  • Each circuit 7a, 7b of FIG. 3 comprises a voltage follower, such as an operational amplifier 71 whose output 7la is looped back to the negative input 71b of this amplifier 71 by a feedback link 71c connected to the terminal of current input 70b.
  • a voltage follower such as an operational amplifier 71 whose output 7la is looped back to the negative input 71b of this amplifier 71 by a feedback link 71c connected to the terminal of current input 70b.
  • the amplifier 71 associated with resistors 71d, 71e, 71f receives on its positive input 71g the voltage of the terminal auxiliary 5f or 5e to which it is connected via a 71h diode.
  • Each current absorption circuit 7a, 7b further comprises a controlled active element constituted by a transistor 72 connecting the terminals 70b and 70d through a resistor 72a.
  • the base of the transistor 72 is connected on the one hand to the emitter of a transistor 73, the collector of which is connected to the terminal 70b, and on the other hand to the current output terminal 70d through a resistor 73a.
  • the base of transistor 73 is itself connected on the one hand to the collector of a transistor 74, the emitter of which is connected to the current output terminal 70d, and on the other hand to a source of constant potential + U through a resistor 74a.
  • the base of transistor 73 is also connected to output 71a of amplifier 71 by a diode 75 polarized in the transistor 73 - amplifier 71 direction.
  • the base of transistor 74 is connected to control terminal 70c through a resistor 74b and to the output terminal 70d through another resistor 74c.
  • FIG. 5A represents, as a function of time t, the amplitude of the alternating voltage across the terminals of the primary winding 5a of the transformer 5.
  • FIGS. 5B and 5C represent, as a function of time, the respective values of the potentials of the conductors 1 and 2 with respect to the mass.
  • the auxiliary output terminals 5e and 5f are each arranged approximately one third of the secondary winding between the ground and the corresponding main output terminal 5c, 5d, so that the potential V 2 is approximately equal to one third of the potential V 1 .
  • the diode 6a allows the potential V 1 to be established
  • the diode 6d allows the potential V 2 to settle close to V l / 3, the diodes 6b and 6c, biased against the direction, being blocked.
  • the diode 6b allows the potential V 1 to be established
  • the diode 6c allows the potential V 2 close to V l / 3 to be established, the diodes 6a and 6d then being blocked.
  • FIGS. 5D and 5E respectively represent the signals OE 1 and OE 2 applied to the respective control inputs 70c of the current absorption circuits 7a and 7b by the microprocessor 9.
  • the transistor 73 is then blocked, and with it the transistor 72. No current absorption by bypass towards the terminal 70d can then occur.
  • the transistor 7 4 When, on the other hand, the signal OE 1 applied to the control input 70c of the circuit 7a is at the low level, the transistor 7 4 is blocked.
  • the base of transistor 73 is biased by the voltage + U and transistor 73 is in the on state.
  • the current flowing through resistor 73a polarizes the base of transistor 72 which also starts to conduct.
  • the transistor 72 then connects the current input 70b and current output 70d terminals, which causes current absorption by bypass to terminal 70d.
  • the output 71a of the amplifier 71 is looped back to the input 71b of the latter through the transistor 73; amplifier 71 then operates as a voltage follower and maintains terminal 70b, that is to say the conductor 1 in this case, at the potential of terminal 70a, that is to say, as shown in the FIGS. 5D and 5B, at the potential V 2 close to V l / 3.
  • the transistor 72 fulfills the same function as the transistor 72 of the circuit 7a of FIG. 1, consisting in authorizing the absorption of the current flowing on the first conductor 1.
  • circuit 7b in FIG. 3 is the same as that of circuit 7a which has just been described, the current absorption phases being simply offset, with respect to those of circuit 7a, by a half-period of the alternating voltage shown in Figure 5A.
  • the block 76 generically and functionally designates the absorption circuit of FIG. 4, except for the transistor 72 which is shown separately in the form of a switch.
  • the potential of one of the conductors is fixed by the potential of terminal 5c or of terminal 5d of the secondary of transformer 5, but the potential of the other conductor is forced to the value of ground potential, to which this other conductor is connected by transistor 72 in the on state. If the transistor 72 did not provide this function for diverting the current to ground, for example if it remained blocked, and if the number of heating elements controlled was small compared to the total number of heating elements (less than a quarter for example), the floating potential V 2 would approach the potential V 1 and the heating elements such as 3b, associated with the controlled heating elements such as 3a, would be the seat of excessive heating, leading to an undesirable impression of the heat-sensitive paper by these associated elements.
  • the transistor 72 ensures in all cases a function for diverting the current to ground.
  • the potentials of the two conductors 1 and 2 are a priori fixed by the potentials available at the main and auxiliary terminals of the secondary 5b of the transformer 5 and none of these potentials is therefore floating.
  • the diodes 6c and 6d which prevent a return of the current from the conductors 1 and 2 to the transformer, do not allow the potential of these conductors to be fixed at a predetermined value when these conductors have to supply current. It is therefore up to the current absorption circuits 7a 7b to ensure current absorption in the latter case.
  • each current absorption circuit of FIG. 4 need only be controlled, in order to absorb the current, if the number of heating elements controlled is less than a quarter of the total number of elements; to recall this difference, the control signals are designated by OD 1 and OD 2 in FIG. 1 and by OE 1 and OE 2 in FIG. 3.
  • FIGS. 1 and 3 Another difference between the devices in FIGS. 1 and 3 is that, in the first, the uncontrolled heating elements are subjected to a potential difference (V 1 -V 2 ) / 4, that is to say V l / 4 since V 2 is zero, whereas in the second, these uncontrolled elements are only subject to a potential difference (V l -V 2 ) / 4, equal to V l / 6 since V 2 is equal to V 1 / 3.
  • FIG. 1 A first (FIG. 1) and a second (FIG. 3) embodiments of the device have been described above, in which the output terminal 70d of each current absorption circuit is connected to ground.
  • FIG. 6 shows a third embodiment, according to which each absorption circuit 7a, 7b includes an output terminal 70d connected, _no longer to ground, but to the transformer secondary.
  • FIG. 7 represents one of the current absorption circuits, associated with the device of FIG. 6. These absorption circuits being preferably identical, only one circuit will be described (with reference to FIG. 7) and the references used will be valid for these two circuits.
  • Each absorption circuit comprises: a voltage tap terminal 70a connected, according to the example described, to the second main terminal 5d of the transformer 5 for the circuit 7a, and to the first main terminal 5c for the circuit 7b; a current input terminal 70b connected to the first conductor 1 for the circuit 7a and to the second conductor 2 for the circuit 7b; a control terminal 70c; and a current output terminal 70d connected, according to this third embodiment, to the secondary of the transformer, and more precisely to the second auxiliary terminal 5f for the circuit 7a and to the first auxiliary terminal 5e for the circuit 7b.
  • Each current absorption circuit 7a, 7b further comprises a controlled active element, constituted by a transistor 7 2 , connecting the current input 70b and output 70d terminals.
  • the base of transistor 72 is connected on the one hand to the collector of a PNP type transistor 73, by a resistor 72a whose emitter is connected to terminal 70a, by a diode 75 polarized in the direction terminal 70a - transistor 73, and on the other hand to the current output terminal 70d through a resistor 73a.
  • the base of transistor 73 is itself connected on the one hand by a resistor 76 to the collector of a transistor 74 by a resistor 76, the emitter of which is connected to ground, and on the other hand, through a resistor 74a, to line 77 connecting the emitter of transistor 73 and the voltage tap terminal 70a.
  • the base of transistor 74 is connected to the control terminal 70c through a resistor 74b and to ground through another resistor 74c.
  • the signals OE 1 and OE 2 have the effect of authorizing or prohibiting the absorption of current from the circuits 7a, 7b, as may be understood with reference to FIG. 7 which will be assumed to represent the circuit 7a.
  • the transistor 74 When, on the other hand, the signal OE 1 applied to the control input 70c of the circuit 7a is at the low level, the transistor 74 is blocked and the voltage V BE of the transistor 73 is negative, allowing the transistor to drive. The current flowing in the resistor 73a polarizes the base of the transistor 72 which also starts to conduct.
  • the transistor 72 then connects the current input terminals 70b and the current output terminals 70d, which causes current absorption by bypass to terminal 70d.
  • the transistor 72 authorizes the absorption of the current flowing on the first conductor l.
  • each absorption circuit will have to play; in fact, the potentials of the two conductors 1 and 2 are fixed by the potentials available at the main and auxiliary terminals of the secondary, if the latter delivers a current on the conductors 1 and 2; or the diodes 6c and 6d, which prevent a return of the current from the conductors 1 and 2 to the transformer, do not allow the potential of these conductors to be fixed at a predetermined value when these conductors have to deliver current.
  • each current absorption circuit need only be controlled, in order to absorb current, for a given ratio between the number of heating elements controlled and the total number of elements.
  • the Joule effect developed in a heating element being proportional to the square of the potential difference across this element, the heating of elements 3e to 3n and elements 3b to 3d is nine times lower than that of elements 3a and 3c .
  • the voltage tap terminal 70a of each absorption circuit is connected to the corresponding main terminal (5c, 5d) of the secondary.
  • This terminal could alternatively be connected to an auxiliary source of voltage U, greater than V 2 , for example at any point of the secondary located between the secondary terminal and the main terminal.
  • U the voltage U
  • V 2 the voltage V 2
  • terminal 70a could thus advantageously be connected to a potential slightly greater than V 2 ; for V, - 24 volts for example (V 2 m 8 volts), a voltage U of approximately 10 volts would be advantageous.
  • each absorption circuit (represented in FIG. 7) is of simple design, requiring no voltage follower, since the second conductor voltage is forced precisely to the value of V 2 in derivation of the diodes 6c and 6d to pass the current to the auxiliary terminals.
  • the detector 8 for zero crossing of the alternating voltage can be constituted by any device, well known to those skilled in the art, receiving either directly the alternating voltage supplying the primary 5a of the transformer 5, or the potential of one at least conductors 1 and 2.
  • this detector 8 is an analog digital converter connected to the potential of the conductor 1 and periodically providing the microprocessor 9 with a digital indication of this potential.
  • t designates a time variable supplied by a permanently operating clock capable of being reset to zero (RESET) at any chosen time;
  • Has a variable intended to represent the peak amplitude of the potential measured by the converter 8;
  • W the last known peak value of the potential V 1 ;
  • V MAX the theoretical peak value of the potential V 1 ;
  • S a threshold value very close to zero and for example arbitrarily fixed at V MAX / 100;
  • V the instantaneous potential measured by the converter 8;
  • F a function linking the peak value W to the time during which the heating of the heating elements must be controlled;
  • C a logic variable whose value "one” represents an authorization to heat the heating elements and the value "zero" a prohibition;
  • N c the number of heating elements the heating of which is controlled at the instant considered, this number depending in a known manner on the message M received by the microprocessor 9; and
  • N is the total number of heating elements of head 3.
  • the microprocessor chooses two branches according to whether Nc is less than N / 4 or not; in the second case, (Nc greater than or equal to N / 4), the microprocessor prohibits current absorption by setting OE 1 and OE 2 to 1; it also gives W the value of the variable A if the latter is at least greater than V MAX / 2, indicating that the past half-period corresponds to the presence of the potential V I on the conductor 1; in the other case, that is to say if Nc is less than N / 4, the microprocessor authorizes the absorption of current in the circuits 7a or 7b depending on whether the half past period corresponded to the presence of the potential V 1 on conductor 1 or on conductor 2; it also gives W the value of the variable A in the first of these two cases.
  • the converter 8 only forms a zero crossing detector in its association with the microprocessor 9; in fact, the final zero crossing detection signal is the internal logic signal of the microprocessor which corresponds to the state of the latter when the condition "V less than S" is verified. However, it is the converter 8 which delivers the information V to the microprocessor when this condition is verified and this information V is in itself zero-crossing information. For this reason, the qualifier of zero crossing detector will be assumed to apply to converter 8.
  • FIG. 9 illustrates a fourth device implementing the invention.
  • the method of the invention which consists in using an alternating voltage source to supply, without filtering, a thermal head, can be used with thermal heads of all types, that is to say not only with heads with two commons as described so far, but also with, for example, thermal heads with one common as illustrated in FIG. 9 .
  • the device of FIG. 9 comprises a transformer 5, associated with a diode rectifier bridge 60 whose rectified current terminals 60a and 60b are connected to conductors 1 and 2.
  • the second conductor 2 is connected to ground.
  • the thermal head 30 comprises heating elements such as 30a, 30b, directly connected to the first conductor 1 and connected to the second conductor 2 through control transistors such as 40a, 40b.
  • a zero-crossing detector 8 allows a control member such as a microprocessor 9 to synchronize the heating of the heating elements with the periods of the rectified voltage.
  • the method of the invention comprises the operations consisting in rectifying the alternating voltage, in detecting the zero crossings of the alternating voltage or of the rectified voltage, in supplying a detection signal, and in synchronizing with this detection signal the heating of specific heating elements (see also figure 8).
  • An essential advantage of the invention lies in the fact that, the supply devices described being free of regulating filters traditionally designed to ensure significant temporary energy storage, the thermal power to be dissipated is very low. The absence of power electronic components working at a high temperature increases the reliability of the assembly. In addition, no step-down element is used to power the head, which eliminates the risk of an overvoltage by failure of such an element, which can lead to the destruction of the head.

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

Procédé et dispositif pour alimenter, à partir d'une source de tension alternative (en 5a ou 5b), une tête thermique 3 comprenant une pluralité d'éléments chauffants (3a, 3b). Le dispositif comprend des moyens (6a à 6d) pour obtenir une tension redressée, des moyens (8) pour détecter les instants de passage à zéro de la tension alternative ou de la tension redressée, et produire un signal de détection, des moyens (9) pour synchroniser avec ce signal de détection la chauffe d'éléments chauffants déterminés, et des moyens (7a, 7b) d'absorption de courant.

Description

  • La présente invention concerne notamment un dispositif d'alimentation pour une tète d'impression thermique composée de paires juxtaposées d'éléments chauffants, dans laquelle les premier et second éléments chauffants de chaque paire sont reliés à des premier et second conducteurs respectifs susceptibles d'être portés, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, à des premiers et second potentiels, et dans laquelle tout élément chauffant est susceptible d'être relié à un troisième potentiel, de manière à subir un échauffement relativement important, ou relativement faible, selon qu'il est, ou non, directement branché entre les premier et troisième potentiels.
  • Les tètes d'impression de ce type, dites "tètes interdigitées à deux communs" sont bien connues de l'homme de l'art.
  • Alors que l'utilisation de deux conducteurs d'arrivée de courant (les deux "communs") permet une simplification dans la réalisation de ces têtes thermiques, l'alimentation électrique de ces dernières exige jusqu'à présent le recours à des circuits relativement complexes et couteux, qui freinent notablement le développement de ce type de têtes.
  • En particulier, lorsque l'alimentation est assurée à partir d'une source de tension alternative, les circuits d'alimentation comprennent traditionnellement des moyens de filtrage et de régulation destinés à délivrer à la tête une puissance électrique constante dans le temps.
  • Le but de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'alimentation d'une tète thermique qui, contrairement aux techniques connues, conduisent à une structure très simple.
  • A cette fin, le dispositif de l'invention, destiné à être raccordé à une source de tension alternative, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur d'entrée qui est destiné à recevoir la tension alternative et qui comporte d'une part un enroulement secondaire présentant un point milieu relié à la masse, et d'autre part au moins des première et seconde bornes principales de sortie, disposées sur l'enroulement secondaire de part et d'autre du point milieu et respectivement reliées aux premier et second conducteurs,
    • des premier et second organes de redressement de courant respectivement interposés entre les première et seconde bornes de sortie du transformateur et les premier et second conducteurs, et
    • des premier et second circuits d'absorption de courant, respectivement reliés aux premier et second conducteurs et propres à absorber une partie au moins du courant circulant respectivement dans les second et premier conducteurs.
  • Le dispositif réalise ainsi la commande de chauffe des éléments chauffants de façon synchrone avec la tension alternative fournie au transformateur.
  • Selon un premier mode de réalisation, les premier et second potentiels sont fixés à une même valeur.
  • Selon un second mode de réalisation, le transformateur comporte, en plus des bornes principales de sortie, d'une part des première et seconde bornes auxiliaires de sortie, respectivement disposées sur l'enroulement secondaire entre ledit point milieu et lesdites première et seconde bornes principales de sortie et respectivement reliées aux second et premier conducteurs,et d'autre part des troisième et quatrième organes de redressement de courant respectivement interposés entre lesdites seconde et première bornes auxiliaires et lesdits premier et second conducteurs.
  • Chaque circuit d'absorption de courant comprend alors de préférence un suiveur de tension destiné à maintenir le potentiel du conducteur, auquel il est relié, sensiblement à la méme valeur que le potentiel propre de la borne auxiliaire à laquelle ce conducteur est relié, ainsi qu'un élément actif susceptible d'être commandé pour adopter soit un état électriquement conducteur, soit un état non conducteur, cet élément étant propre, suivant son état, à autoriser ou interdire ladite absorption du courant.
  • Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend en outre un organe de contrôle, tel qu'un microprocesseur, propre à relier certains au moins desdits éléments chauffants au troisième potentiel, et un détecteur de passage à zéro de la tension alternative propre à fournir un signal de base de temps audit organe de contrôle.
  • Dans le second mode de réalisation du dispositif de l'invention, l'organe de contrôle peut commander l'élément actif en vue d'autoriser l'absorption de courant lorsque le nombre d'éléments chauffants commandés est inférieur au quart du nombre total d'éléments chauffants de la tête.
  • Selon les deux premiers modes de réalisation visés précédemment, la borne de sortie de chaque circuit d'absorption est reliée à la masse.
  • Selon un troisième mode de réalisation, permettant de réaliser l'absorption de courant de manière encore plus avantageuse sur le plan de la simplicité de réalisation des circuits et de l'efficacité, la borne de sortie du premier (respectivement second) circuit d'absorption de courant est reliée au secondaire du transformateur, entre la seconde (respectivement première) borne principale et la masse.
  • On assure toujours ainsi le forçage, lors de l'absorption, des conducteurs correspondants au second potentiel, de façon simple, sans suiveur de tension.
  • Grâce au fait que la borne de sortie du circuit d'absorption est reliée au secondaire, au lieu d'être reliée à la masse comme dans les premier et second modes mentionnés ci-dessus, la différence de potentiel aux bornes de ce circuit est réduite. Ceci limite la puissance dissipée dans le circuit et évite donc de faire appel à des composants pourvus de protection thermique, avec les avantages liés à la diminution de coût et d'encombrement qui en découlent.
  • Par ailleurs, le transformateur fonctionne ainsi avec un rendement accru du fait qu'il doit fournir un courant moindre.
  • Plus particulièrement, selon ce troisième mode, la borne de sortie du premier (respectivement du second) circuit d'absorption de courant est reliée à l'enroulement secondaire du transformateur en un point situé à proximité de la seconde (respectivement première) borne auxiliaire.
  • De préférence, la borne de sortie du premier (respectivement second) circuit d'absorption est reliée à la seconde (respectivement première) borne auxiliaire du secondaire.
  • Avantageusementr, le premier (respectivement le second) circuit d'absorption de courant comprend une borne d'entrée de courant reliée au premier (respectivement au second) conducteur, une borne de commande, une borne de sortie, et une borne de prise de tension reliée à un potentiel de valeur sensiblement supérieure au potentiel de la seconde (respectivement première) borne auxiliaire du secondaire du transformateur.
  • De préférence, la borne de prise de tension du premier (respectivement second) circuit d'absorption est reliée en un point du secondaire du transformateur situé entre la seconde (respectivement première) borne auxiliaire et la seconde (respectivement première) borne principale.
  • Selon une réalisation avantageuse, ledit point situé sur le secondaire correspond à un potentiel supérieur à celui de la borne auxiliaire correspondante, d'une valeur comprise entre 5 à 50 pour cent de ce dernier, de préférence entre 20 et 30 pour cent.
  • Afin de permettre une forme de réalisation simple, la borne de prise de tension du premier (respectivement second) circuit d'absorption de courant est reliée à la seconde (respectivement première) borne principale du secondaire.
  • L'invention concerne également un procédé destiné à permettre l'alimentation à partir d'une source de tension alternative d'une tête thermique comprenant une pluralité d'éléments chauffants, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à :
    • - redresser ladite tension alternative et en obtenir une tension redressée, à
    • - détecter les instants de passage à zéro de la tension alternative ou de la tension redressée et produire un signal de détection correspondant, et à
    • - synchroniser sur ce signal de détection la chauffe d'éléments chauffants déterminés.
  • L'invention sera bien comprise à la lumière des dessins annexés, dans lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention ;
    • - la figure 2 est un schéma électrique équivalent de la tète thermique et des circuits associés ;
    • - la figure 3 est un schéma d'un second mode de réalisation du dispositif de l'invention ;
    • - la figure 4 est un schéma d'un des circuits d'absorption de courant utilisé dans le dispositif de la figure 3 ;
    • - la figure 5, constituée des figures 5A à 5E, représente différents signaux associés au dispositif des figures 3 et 6;
    • - la figure 6 est un schéma d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention;
    • - la figure 7 est un schéma d'une variante d'un des circuits d'absorption de courant utilisé dans le dispositif de la figure 6;
    • - la figure 8 est un organigramme expliquant les fonctions mises en oeuvre dans l'organe de contrôle utilisé dans le dispositif des figures 3 et 6; et
    • - la figure 9 illustre un quatrième dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention.
  • Dans la mesure du possible, les éléments assurant des fonctions équivalentes ou voisines sont désignés par des références identiques, ou ne différant que par une lettre.
  • La figure 1 représente une tète thermique à deux communs, c'est-à-dire comportant deux conducteurs 1 et 2 d'amenée de courant, cette tète étant désignée de façon générique par la référence 3.
  • Cette tète comporte des éléments chauffants tels que 3a, 3b constitués par des résistances disposées en paires de part et d'autre d'interrupteurs de commande, tels que 4a, eux-memes constitués par des transistors.
  • Le premier élément chauffant, tel que 3a, de chaque paire, telle que 3a, 3b, est relié au premier conducteur 1 tandis que l'autre, tel que 3b, est relié au second conducteur 2.
  • Les premier et second conducteurs sont susceptibles d'être portés, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, à des premier et second potentiels V1, V2. D'autre part, tout élément chauffant peut, à travers un interrupteur de commande tel que 4a, être relié à un troisième potentiel V3 (celui de la masse sur les figures 1 et 2).
  • Les différences de potentiel V1-V3 et V2-V3 sont choisies avec des valeurs telles qu'un élément chauffant ne subit un échauffement suffisant pour lui permettre d'imprimer un papier thermosensible, ou effectuer une impression par transfert thermique, que s'il est connecté directement entre les potentiels Vl et V3.
  • Dans le premier mode de réalisation du dispositif montré sur la figure 1, le second potentiel V2 est choisi comme étant égal au potentiel de la masse, de sorte que la différence V 2-V3 est nulle.
  • Le dispositif de la figure 1 comprend un transformateur d'entrée 5 comportant un enroulement primaire 5a, directement raccordé à une source de tension alternative, et un enroulement secondaire 5b. Le point milieu 5m de l'enroulement secondaire 5b est relié à la masse. Les bornes extrémes de sortie 5c, 5d de l'enroulement secondaire 5b sont reliées aux conducteurs respectifs 1 et 2 par l'intermédiaire d'organes de redressement de courant tels que des diodes 6a, 6b.
  • Des premier et second circuits d'absorption de courant 7a, 7b, sont respectivement connectés aux premier et second conducteurs 1 et 2 au delà des diodes 6a, 6b par rapport au transformateur 5.
  • Dans le dispositf de la figure 1 ces circuits d'absorption de courant adoptent la forme de transistors 72 susceptibles, sous l'influence de signaux OD1 et OD2 respectifs, de relier les premier et second conducteurs 1 et 2 au potentiel de masse constituant le second potentiel V2.
  • Le dispositif de la figure 1 comporte par ailleurs un détecteur 8 détectant les passages à zéro de la tension alternative alimentant le transformateur 5 ; le rôle de ce détecteur 8 sera expliqué en détail en référence à la figure 3.
  • Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 sera mieux compris sur la figure 2 correspondant au schéma électrique de la tète 3.
  • Cette figure représente les éléments chauffants 3a à 3n de la tête, les conducteurs 1 et 2, les potentiels V1 à V3, les interrupteurs de commande 4a, 4b et le circuit d'absorption de courant 7b qui, en l'occurrence, se réduit au transistor 72 schématiquement représenté sous la forme d'un interrupteur (le bloc en traits pointillés 76 est donc supposé ne pas être interposé sur le conducteur reliant V2 à V3 à travers 72).
  • La figure 2 correspond à une alternance de la tension alternative pour laquelle le conducteur porté à un potentiel strictement positif V1 est le premier conducteur 1 et au cas où seuls les éléments 3a et 3c sont commandés en vue d'impressionner le support thermosensible d'impression.
  • Le potentiel V2, qui est donc appliqué au second conducteur 2, est rendu égal au potentiel de la masse V3 par la commande du transistor 72 à l'état passant, symbolisé par un interrupteur fermé ; les éléments chauffants 3b, 3d sont soumis à une différence de potentiel nulle V2-V3, les éléments chauffants 3e à 3n groupés en paires entre les conducteurs 1 et 2 sont individuellement soumis à une différence de potentiel (V1 - V2)/2, et les élements commandés 3a et 3c sont chacun soumis à une différence de potentiel V1 - V 3 = V1-V2.
  • L'effet Joule développé dans un élément chauffant étant proportionnel au carré de la différence de potentiel aux bornes de cet élément, l'échauffement des éléments 3e à 3n est quatre fois plus faible que celui des éléments 3a et 3c. Les potentiels V1, V2 et V3 sont choisis tels que seuls les éléments commandés 3a, 3c puissent impressionner le support thermosensible.
  • Au moment où le transistor 72, constituant (selon le premier mode de réalisation) le circuit d'absorption de courant 7b, est à l'état passant (cas représenté sur le figure 2), le transistor constituant le circuit d'absorption de courant 7a (fig. 1) est bloqué. A l'alternance suivante, le second conducteur 2 est porté au premier potentiel V1, le transistor 72 du circuit 7a est à l'état passant pour absorber le courant en provenance du second conducteur, et le transistor 72 du circuit 7b est bloqué. Ainsi, dans le cas où elle doit avoir lieu (par exemple lorsque le nombre d'éléments chauffants commandés est inférieur au quart du nombre total d'éléments), l'absorption concerne le courant circulant sur le conducteur porté à V2 et provenant du conducteur porté à V1.
  • L'absorption alternée par chaque circuit suit le principe selon lequel les ordres de chauffe des éléments chauffants sont synchronisés sur la tension alternative.
  • La figure 3 représente un second mode de réalisation plus complet de l'invention. On retrouve sur cette figure les conducteurs 1 et 2, la tète 3 avec plusieurs éléments chauffants tels que 3a, des interrupteurs de commande tels que 4a pour relier ces éléments chauffants à un troisième potentiel V3 (qui est en l'occurence le potentiel de la masse), le transformateur 5 dont l'enroulement secondaire 5b a un point milieu 5m relié à la masse et deux bornes principales de sortie 5c, 5d, des diodes de redressement de courant 6a, 6b respectivement interposées entre les bornes 5c, 5d et les conducteurs 1 et 2, les circuits d'absorption de courant 7a, 7b reliés respectivement aux conducteurs 1 et 2, et le détecteur de passage à zéro 8.
  • Les éléments qui, n'apparaissant pas sur la figure 1, sont représentés pour la première fois sur la figure 3, sont les suivants.
  • Le secondaire 5b du transformateur 5 comporte deux bornes auxiliaires de sortie 5e, 5f disposées respectivement entre le point milieu 5m et les bornes principales de sortie 5c, 5d de ce transformateur ; des troisième et quatrième diodes 6c, 6d sont respectivement interposées entre les seconde et première bornes auxiliaires 5f, 5e et les premier et second conducteurs 1 et 2 ; enfin le dispositif de la figure 3 comporte un organe de contrôle, tel qu'un microprocesseur 9.
  • Par ailleurs, bien que remplissant globalement la même fonction première, les circuits d'absorption 7a, 7b de la figure 3 n'adoptent pas la même forme de réalisation que ceux de la figure 1.
  • La figure 4 représente une forme de réalisation possible des circuits d'absorption de courant 7a, 7b de la figure 3.
  • Ces circuits étant de préférence identiques, un seul circuit sera décrit et les références utilisées seront valables pour ces deux circuits.
  • Chaque circuit comporte : une borne de prise de tension 70a reliée à la seconde sortie auxiliaire 5f du transformateur 5 pour le circuit 7a, et à la première sortie auxiliaire 5e pour le circuit 7b ; une borne d'entrée de courant 70b reliée au premier conducteur 1 pour le circuit 7a et au second conducteur 2 pour le circuit 7b ; une borne de commande 70c ; et une borne de sortie 70d reliée en l'occurence au potentiel de la masse.
  • Chaque circuit 7a, 7b de la figure 3 comporte un suiveur de tension, tel qu'un amplificateur opérationnel 71 dont la sortie 7la est rebouclée sur l'entrée négative 71b de cet amplificateur 71 par une liaison de rétroaction 71c reliée à la borne d'entrée de courant 70b.
  • L'amplificateur 71, associé à des résistances 71d, 71e, 71f reçoit sur son entrée positive 71g la tension de la borne auxiliaire 5f ou 5e à laquelle il est relié par l'intermédiaire d'une diode 71h.
  • Chaque circuit d'absorption de courant 7a, 7b comporte en outre un élément actif commandé constitué par un transistor 72 reliant les bornes 70b et 70d à travers une résistance 72a. La base du transistor 72 est reliée d'une part à l'émetteur d'un transistor 73, dont le collecteur est relié à la borne 70b, et d'autre part à la borne de sortie de courant 70d à travers une résistance 73a. La base du transistor 73 est elle-méme reliée d'une part au collecteur d'un transistor 74, dont l'émetteur est relié à la borne de sortie de courant 70d, et d'autre part à une source de potentiel constant + U à travers une résistance 74a. La base du transistor 73 est en outre reliée à la sortie 71a de l'amplificateur 71 par une diode 75 polarisée dans le sens transistor 73 - amplificateur 71. La base du transistor 74 est reliée à la borne de commande 70c à travers une résistance 74b et à la borne de sortie 70d à travers une autre résistance 74c.
  • Le fonctionnement du circuit d'absorption de la figure 4 est illustré par les signaux représentés à la figure 5.
  • La figure 5A représente, en fonction du temps t, l'amplitude de la tension alternative aux bornes de l'enroulement primaire 5a du transformateur 5.
  • Les figures 5B et 5C représentent, en fonction du temps, les valeurs respectives des potentiels des conducteurs 1 et 2 par rapport à la masse.
  • Ces figures montrent que les conducteurs sont à tout instant à des potentiels différents V1 et V2 et que chaque conducteur est alternativement au potentiel V1 et au potentiel V2.
  • De préférence, les bornes auxiliaires de sortie 5e et 5f sont disposées chacune environ au tiers de l'enroulement secondaire entre la masse et la borne principale de sortie correspondante 5c, 5d, de sorte que le potentiel V2 est environ égal au tiers du potentiel V1. En effet, lorsque la diode 6a laisse s'établir le potentiel V1, la diode 6d laisse s'établir le potentiel V2 voisin de Vl/3, les diodes 6b et 6c, sollicitées à contre-sens, étant bloquées. De même, lorsque la diode 6b laisse s'établir le potentiel V1, la diode 6c laisse s'établir le potentiel V2 voisin de Vl/3, les diodes 6a et 6d étant alors bloquées.
  • Les figures 5D et 5E représentent respectivement les signaux OEl et OE2 appliqués sur les entrées de commande respectives 70c des circuits d'absorption de courant 7a et 7b par le microprocesseur 9.
  • Ces signaux OE1 et OE2 ont pour effet d'autoriser ou d'interdire l'absorption de courant dans les circuits 7a, 7b, comme cela peut-étre compris en référence à la figure 4, qui sera supposée représenter le circuit 7a.
  • Lorsque le signal OE1 appliqué sur l'entrée de commande 70c de ce circuit est au niveau haut, le transistor 74 est à l'état passant et ramène sur la base du transistor 73 le potentiel de la masse présent sur la borne de sortie 70d.
  • Le transistor 73 est alors bloqué, et avec lui le transistor 72. Aucune absorption de courant par dérivation vers la borne 70d ne peut alors se produire.
  • Lorsque par contre le signal OE1 appliqué sur l'entrée de commande 70c du circuit 7a est au niveau bas, le transistor 74 est bloqué. La base du transistor 73 est polarisée par la tension + U et le transistor 73 est à l'état passant. Le courant circulant dans la résistance 73a polarise la base du transistor 72 qui se met également à conduire.
  • Le transistor 72 relie alors les bornes d'entrée de courant 70b et de sortie de courant 70d, ce qui provoque une absorption de courant par dérivation vers la borne 70d. D'autre part, la sortie 71a de l'amplificateur 71 se reboucle sur l'entrée 71b de ce dernier à travers le transistor 73 ; l'amplificateur 71 fonctionne alors en suiveur de tension et maintient la borne 70b, c'est-à-dire le conducteur 1 en l'occurrence, au potentiel de la borne 70a, c'est-à-dire, comme le montrent les figures 5D et 5B, au potentiel V2 voisin de Vl/3.
  • Dans ce second état de fonctionnement, correspondant au niveau bas du signal de commande OE1, le transistor 72 remplit la même fonction que le transistor 72 du circuit 7a de la figure 1, consistant à autoriser l'absorption du courant circulant sur le premier conducteur 1.
  • Le fonctionnement du circuit 7b de la figure 3 est le méme que celui du circuit 7a qui vient d'être décrit, les phases d'absorption de courant étant simplement décalées, par rapport à celles du circuit 7a, d'une demi-période de la tension alternative représentée sur la figure 5A.
  • La description faite jusqu'à présent a surtout montré les ressemblances entre les dispositifs des figures 1 et 3. Cependant, une différence importante, qui sera expliquée essentiellement en référence à la figure 2, existe entre ces dispositifs. Sur cette figure, le bloc 76 désigne de façon générique et fonctionnelle le circuit d'absorption de la figure 4, à l'exeption du transistor 72 qui est représenté séparément sous forme d'un interrupteur.
  • Dans le dispositif de la figure 1, le potentiel de l'un des conducteurs est fixé par le potentiel de la borne 5c ou de la borne 5d du secondaire du transformateur 5, mais le potentiel de l'autre conducteur est forcé à la valeur du potentiel de la masse, à laquelle cet autre conducteur est relié par le transistor 72 à l'état passant. Si le transistor 72 n'assurait pas cette fonction de dérivation du courant vers la masse, par exemple s'il restait bloqué, et si le nombre d'éléments chauffants commandés était faible par rapport au nombre total d'éléments chauffants (inférieur au quart par exemple), le potentiel flottant V2 se rapprocherait du potentiel V1 et les éléments chauffants tels que 3b, associés aux éléments chauffants commandés tels que 3a, seraient le siège d'un échauffement excessif, conduisant à une impression indésirable du papier thermosensible par ces éléments associés.
  • Si, toujours dans l'hypothèse où le transistor 72 resterait bloqué, le nombre d'éléments chauffants commandés était important par rapport au nombre total d'éléments chauffants (proche de la moitié par exemple), le potentiel flottant V2 se rapprocherait du potentiel V3, de sorte que les éléments chauffants non commandés seraient soumis à une différence de potentiel importante, conduisant à un fonctionnement parasite de ces éléments.
  • Il est donc nécessaire, dans le dispositif de la figure 1, que le transistor 72 assure dans tous les cas une fonction de dérivation du courant vers la masse.
  • Au contraire, dans le dispositif de la figure 3, les potentiels des deux conducteurs 1 et 2 sont a priori fixés par les potentiels disponibles aux bornes principales et auxiliaires du secondaire 5b du transformateur 5 et aucun de ces potentiels n'est donc flottant.
  • En réalité cependant, ceci n'est exact que si le secondaire du transformateur débite un courant sur les conducteurs 1 et 2.
  • En effet, les diodes 6c et 6d, qui empêchent un retour du courant des conducteurs 1 et 2 vers le transformateur, ne permettent pas la fixation du potentiel de ces conducteurs à une valeur prédéterminée lorsque ces conducteurs doivent débiter du courant. Il appartient donc aux circuits d'absorption de courant 7a 7b d'assurer l'absorption de courant dans ce dernier cas.
  • Un calcul montre que chaque circuit d'absorption de courant de la figure 4 n'a besoin d'être commandé, en vue d'absorber le courant, que si le nombre d'éléments chauffants commandés est inférieur au quart du nombre total d'éléments ; pour rappeler cette différence, les signaux de commande sont désignés par OD1 et OD2 sur la figure 1 et par OE1 et OE2 sur la figure 3.
  • Une autre différence entre les dispositifs des figures 1 et 3 est que, dans le premier, les éléments chauffants non commandés sont soumis à une différence de potentiel (V1-V2)/4 c'est-à-dire Vl/4 puisque V2 est nul, alors que dans le second, ces éléments non commandés ne sont soumis qu'à une différence de potentiel (Vl-V2)/4, égale à Vl/6 puisque V2 est égal à V1/3.
  • Il a été décrit précédemment un premier (figure 1) et un second (figure 3) modes de réalisation du dispositif dans lesquels la borne de sortie 70d de chaque circuit d'absorption de courant est reliée à la masse.
  • Sur la figure 6 est représenté un troisième mode de réalisation, selon lequel chaque circuit d'absorption 7a, 7b comprend une borne de sortie 70d reliée, _non plus à la masse, mais au secondaire du transformateur..
  • Les éléments identiques, ou jouant le même rôle, respectivement des figures 3 et 4 d'une part, et des figures 6 et 7 d'autre part, portent des références identiques. Les seules différences entre les dispositifs respectifs des figures 3 et 6 portent sur les connexions des bornes de chaque circuit d'absorption 7a, 7b et sont explicitées ci-dessous.
  • La figure 7 représente un des circuits d'absorption de courant, associé au dispositif de la figure 6. Ces circuits d'absorption étant de préférence identiques, un seul circuit sera décrit (en référence à la figure 7) et les références utilisées seront valables pour ces deux circuits.
  • Chaque circuit d'absorption comporte : une borne de prise de tension 70a reliée, suivant l'exemple décrit, à la seconde borne principale 5d du transformateur 5 pour le circuit 7a, et à la première borne principale 5c pour le circuit 7b; une borne d'entrée de courant 70b reliée au premier conducteur 1 pour le circuit 7a et au second conducteur 2 pour le circuit 7b; une borne de commande 70c; et une borne de sortie de courant 70d reliée, selon ce troisième mode de réalisation, au secondaire du transformateur, et plus précisément à la seconde borne auxiliaire 5f pour le circuit 7a et à la première borne auxiliaire 5e pour le circuit 7b.
  • Chaque circuit d'absorption de courant 7a, 7b comporte en outre un élément actif commandé, constitué par un transistor 72, reliant les bornes d'entrée de courant 70 b et de sortie 70d. La base du transistor 72 est reliée d'une part au collecteur d'un transistor 73 du type PNP, par une résistance 72a dont l'émetteur est relié à la borne 70a, par une diode 75 polarisée dans le sens borne 70a - transistor 73, et d'autre part à la borne de sortie de courant 70d à travers une résistance 73a. La base du transistor 73 est elle-méme reliée d'une part par une résistance 76 au collecteur d'un transistor 74 par une résistance 76, dont l'émetteur est relié à la masse, et d'autre part, à travers une résistance 74a, à la ligne 77 reliant l'émetteur du transistor 73 et la borne de prise de tension 70a. La base du transistor 74 est reliée à la borne de commande 70c à travers une résistance 74 b et à la masse à travers une autre résistance 74c.
  • Le fonctionnement du circuit d'absorption de courant de la figure 7 est illustré par les signaux représentés à la figure 5 dont la signification a été donnée précédemment.
  • Les signaux OE1 et OE2 ont pour effet d'autoriser ou d'interdire l'absorption de courant des circuits 7a, 7b, comme cela peut-étre compris en référence à la figure 7 qui sera supposée représenter le circuit 7a.
  • Lorsque le signal OE1 appliqué sur l'entrée de commande 70c de ce circuit est à un potential positif suffisant (appelé niveau haut), le transistor 74 est à l'état passant et ramène sur la base du transistor 73 un potentiel tel que la tension VBE du transistor 73 soit positive, plaçant le transistor 73 dans son état bloqué. Le transistor 72 est alors lui aussi bloqué. L'absorption de courant par dérivation vers la borne 70d ne peut alors se produire.
  • Lorsque par contre le signal OE1 appliqué sur l'entrée de commande 70c du circuit 7a est au niveau bas, le transistor 74 est bloqué et la tension VBE du transistor 73 est négative, autorisant le transistor à conduire. Le courant circulant dans la résistance 73a polarise la base du transistor 72 qui se met également à conduire.
  • Le transistor 72 relie alors les bornes d'entrée de courant 70b et de sortie du courant 70d, ce qui provoque une absorption de courant par dérivation vers la borne 70d. Dans ce second état de fonctionnement, correspondant au niveau bas du signal de commande OEl, le transistor 72 autorise l'absorption du courant circulant sur le premier conducteur l. Ceci correspond bien au rôle que devra jouer chaque circuit d'absorption; en effet, les potentiels des deux conducteurs 1 et 2 sont fixés par les potentiels disponibles aux bornes principales et auxiliaires du secondaire, si celui-ci débite un courant sur les conducteurs 1 et 2; or les diodes 6c et 6d, qui empêchent un retour du courant des conducteurs 1 et 2 vers le transformateur, ne permettent pas la fixation du potentiel de ces conducteurs à une valeur prédéterminée lorsque ces conducteurs doivent débiter du courant.
  • L'absorption de courant doit être réalisée dans ce dernier cas. Comme indiqué précédemment, chaque circuit d'absorption de courant n'a besoin d'être commandé, en vue d'absorber le courant, que pour un rapport donné entre le nombre d'éléments chauffants commandés et le nombre total d'éléments.
  • Le fonctionnement du circuit d'absorption 7b de la figure 6 est le même que celui du circuit 7a qui vient d'être décrit, les phases d'absorption de courant étant simplement décalées, par rapport à celles du circuit 7a, d'une demi-période de la tension alternative représentée sur la figure 5A.
  • Si l'on suppose, à titre d'exemple, que doivent être commandés à l'impression les éléments 3a et 3c, lorsque le potentiel V2 est appliqué au second conducteur 2, les éléments chauffants 3b, 3d sont soumis à une différence de potentiel V2 égal à Vl/3, tandis que les éléments chauffants 3e à 3n, groupés en paires entre les conducteurs 1 et 2, sont individuellement soumis à une différence de potentiel (Vl-V2)/2, égal à Vl/3, et les éléments commandés 3a et 3c sont chacun soumis à une différence de potentiel V1-V3=V1 (car V3 est relié à la masse). L'effet Joule développé dans un élément chauffant étant proportionnel au carré de la différence de potentiel aux bornes de cet élément, l'échauffement des éléments 3e à 3n et des éléments 3b à 3d est neuf fois plus faible que celui des éléments 3a et 3c.
  • Le troisième mode de réalisation décrit ci-dessus en référence aux figures 6 et 7, selon lequel la borne de sortie 70d de chaque circuit d'absorption 7a, 7b est reliée à la borne auxiliaire correspondante du secondaire du transformateur, n'est qu'un exemple préféré de réalisation; en variante, ladite borne 70d peut être reliée en tout point du secondaire entre le point milieu 5m (masse) et la borne principale correspondante (5c, 5d).
  • Cependant, le fait de relier la borne de sortie 70d à la borne auxiliaire correspondante du transformateur présente des avantages particuliers.
  • En premier lieu, la puissance absorbée par chaque circuit 7a, 7b est réduite au minimum; en effet, celle-ci a pour valeur P = v x I, où v ne vaut en l'espèce qu'une fraction de volt (correspondant au potentiel de saturation du transistor 72 de chaque circuit 7a, 7b); alors que, selon les premier et second modes de réalisation montrés respectivement sur les figures 1 et 3 où la borne de sortie 70d est reliée à la masse, cette puissance dissipée, étant proportionnelle à V2, atteint des valeurs 10 à 20 fois plus grande, compte tenu des valeurs usuelles de V1, de l'ordre par exemple de 24 volts, (V2 valant alors environ 8 volts).
  • En second lieu, en reliant la borne de sortie 70d de chaque circuit d'absorption 7a, 7b à la borne auxiliaire du secondaire, c'est-à-dire au potentiel V2 qui est justement le potentiel auquel le conducteur correspondant doit être forcé lors de l'absorption, la puissance dissipée des éléments chauffants qui ne doivent pas être commandés pour l'impression, s'établit à une valeur contrôlée donnée, égale en l'occurence à 1/9 de la puissance dissipée par les éléments chauffants commandés. Si la borne de sortie 70d était reliée au secondaire du transformateur en un point tel que le potentiel soit sensiblement supérieur à V2, certains éléments chauffants non commandés pourraient se trouver alimentés à un potentiel tel que la puissance dissipée soit indéterminée, et en toute hypothèse sensiblement supérieure à P/9.
  • Par ailleurs, selon la forme de réalisation montrée sur la figure 6, la borne de prise de tension 70a de chaque circuit d'absorption est reliée à la borne principale correspondante (5c, 5d) du secondaire. Le fait de relier cette borne 70a à une borne existante du secondaire (à savoir la borne principale), simplifie la réalisation du dispositif. Cette borne pourrait être, en variante, reliée à une source auxiliaire de tension U, supérieure à V2, par exemple en tout point du secondaire situé entre la borne secondaire et la borne principale. En particulier, afin de rendre le bilan énergétique optimal, elle pourrait être reliée au point du secondaire tel que la tension U soit légèrement supérieure, de quelques volts par exemple, à la tension V2; en effet, dans chaque circuit d'absorption, la puissance p dissipée par le passage du courant de base IB du transistor 72 est p = IB. (Uo-Vl/3), où Uo est la tension à la base du transistor, puisque 70d est reliée à V2 - Vl/3; pour tenir compte de la chute de tension entre la borne 70a et la base du transistor 72, la borne 70a pourrait ainsi avantageusement être reliée à un potentiel légèrement supérieur à V2; pour V, - 24 volts par exemple (V2 m 8 volts), une tension U d'environ 10 volts serait avantageuse.
  • En outre, on note que chaque circuit d'absorption (représenté sur la figure 7) est de conception simple, ne nécessitant pas de suiveur de tension, puisque on force la tension du second conducteur justement à la valeur de V2 en dérivation des diodes 6c et 6d pour faire passer le courant vers les bornes auxiliaires.
  • Le détecteur 8 de passage à zéro de la tension alternative peut être constitué par tout dispositif, bien connu de l'homme de l'art, recevant soit directement la tension alternative alimentant le primaire 5a du transformateur 5, soit le potentiel de l'un au moins des conducteurs 1 et 2.
  • On supposera, en référence aux figures 3 et 6, que ce détecteur 8 est un convertisseur analogique numérique relié au potentiel du conducteur 1 et fournissant périodiquement au microprocesseur 9 une indication numérique de ce potentiel.
  • Le microprocesseur 9, qui reçoit le message M à imprimer pour commander en conséquence, selon des techniques connues, la fermeture sélective des interrupteurs tels que 4a destinés à autoriser l'échauffement des éléments tels que 3a, effectue par ailleurs les opérations décrites en référence à la figure 8; ces opérations sont susceptibles de nombreuses variantes dans leur forme, comme cela apparaitra à l'homme de l'art, mais elles sont fonctionnellement liées au dispositif de l'invention dans la mesure où les ordres de chauffe des éléments chauffants tels que 3a doivent, pour une bonne impression, être synchronisés avec la tension alternative fournie au transformateur 5.
  • Sur la figure 8; t désigne une variable de temps fournie par une horloge à fonctionnement permanent susceptible d'être remise à zéro (RAZ) à tout instant choisi ; A une variable destinée à représenter l'amplitude de créte du potentiel mesuré par le convertisseur 8 ; W la dernière valeur de crete connue du potentiel V1 ; VMAX la valeur de crete théorique du potentiel V1 ; S une valeur de seuil très proche de zéro et par exemple arbitrairement fixée à VMAX/100 ; V le potentiel instantané mesuré par le convertisseur 8 ; F une fonction liant la valeur de crete W au temps pendant lequel la chauffe des éléments chauffants doit être commandée ; C une variable logique dont la valeur "un" représente une autorisation de chauffe des éléments chauffants et la valeur "zéro" une interdiction ; Nc le nombre d'éléments chauffants dont la chauffe est commandée à l'instant considéré, ce nombre dépendant de façon connue du message M reçu par le microprocesseur 9 ; et N est le nombre total d'éléments chauffants de la tête 3.
  • Une phase d'initialisation consiste à remettre les variables t et A à zéro et à définir W et S ; l'opération ACQ V consiste à obtenir du convertisseur 8 l'information numérique représentative de V, la variable A étant rendue égale à V si elle se trouvait inférieure à cette dernière; l'opération ACQ t consiste à obtenir de l'horloge à fonctionnement permanent l'information de temps t ; aussi longtemps que la variable de temps t n'est pas égale ou supérieure au temps nécessaire à la chauffe, compte tenu de la valeur de crete W du potentiel V1, la chauffe est autorisée (C = 1) et le cycle précédemment décrit est parcouru à nouveau : en effet, plus W est faible et plus le temps de chauffe doit être grand pour que l'impression soit uniforme en dépit des variations de la tension d'alimentation ; si le temps de chauffe est dépassé (C= 0), le microprocesseur surveille le prochain passage à zéro de la tension VI en comparant le potentiel instantané V avec le seuil S ; aussi longtemps que V reste supérieur ou égal à S, le cycle précédent est décrit à nouveau.
  • Si la condition "V inférieur à S" est remplie, indiquant le passage de VI à zéro, le microprocesseur choisit deux branches selon que Nc est ou non inférieur à N/4 ; dans le second cas, (Nc supérieur ou égal à N/4), le microprocesseur interdit l'absorption de courant en fixant OEl et OE2 à 1 ; il donne en outre à W la valeur de la variable A si celle-ci est au moins supérieure à VMAX/2, indiquant que la demi-période écoulée correspond à la présence du potentiel VI sur le conducteur 1 ; dans l'autre cas, c'est-à-dire si Nc est inférieur à N/4, le microprocesseur autorise l'absorption de courant dans les circuits 7a ou 7b selon que la demie période écoulée correspondait à la présence du potentiel V1 sur le conducteur 1 ou sur le conducteur 2 ; il donne en outre à W la valeur de la variable A dans le premier de ces deux cas.
  • Après une remise à zéro du temps t (RAZ t) et de la variable A, l'ensemble du processus décrit est recommencé.
  • Strictement parlant, dans les modes de réalisation particuliers des figures 3 et 6 le convertisseur 8 ne forme un détecteur de passage à zéro que dans son association avec le microprocesseur 9; en effet, le signal final de détection de passage à zéro est le signal logique interne du microprocesseur qui correspond à l'état de ce dernier lorsque la condition "V inférieur à S" est vérifiée. Néanmoins, c'est le convertisseur 8 qui délivre au microprocesseur l'information V au moment où cette condition est vérifiée et cette information V est en soi une information de passage à zéro. Pour cette raison, le qualificatif de détecteur de passage à zéro sera supposé applicable au convertisseur 8.
  • La figure 9 illustre un quatrième dispositif mettant en oeuvre l'invention. En effet, le procédé de l'invention, qui consiste à utiliser une source de tension alternative pour alimenter, sans filtrage, une tète thermique, est utilisable avec des tètes thermiques de tous types, c'est-à-dire non pas seulement avec des tètes à deux communs comme décrit jusqu'à présent, mais également avec, par exemple, des têtes thermiques à un seul commun comme illustré sur la figure 9.
  • Le dispositif de la figure 9 comprend un transformateur 5, associé à un pont redresseur à diodes 60 dont les bornes de courant redressé 60a et 60b sont reliées aux conducteurs 1 et 2. Le second conducteur 2 est relié à la masse.
  • La tête thermique 30 comprend des éléments chauffants tels que 30a, 30b, directement reliés au premier conducteur 1 et reliés au second conducteur 2 à travers des transistors de commande tels que 40a, 40b.
  • Comme dans les dispositifs des figures 1, 3 et 6, un détecteur 8 de passage à zéro permet à un organe de contrôle tel qu'un microprocesseur 9 de synchroniser la chauffe des éléments chauffants avec les périodes de la tension redressée.
  • Ainsi, le procédé de l'invention comprend les opérations consistant à redresser la tension alternative, à détecter les passages à zéro de la tension alternative ou de la tension redressée, à fournir un signal de détection, et à synchroniser sur ce signal de détection la chauffe d'éléments chauffants déterminés (voir aussi figure 8).
  • Un avantage essentiel de l'invention réside dans le fait que, les dispositifs d'alimentation décrits étant exempts de filtres de régulation traditionnellement conçus pour assurer un important stockage temporaire d'énergie, la puissance thermique à dissiper est très faible. L'absence de composants électroniques de puissance travaillant à une température élevée augmente la fiabilité de l'ensemble. De plus, aucun élément abaisseur de tension n'est utilisé pour l'alimentation de la tête, ce qui élimine le risque d'une surtension par défaillance d'un tel élément, susceptible de conduire à la destruction de la tête.

Claims (15)

1. Dispositif d'alimentation pour une tète d'impression thermique (3) composée de paires juxtaposées d'éléments chauffants, dans laquelle les premier et second éléments chauffants (3a, 3b; 3m,3n) de chaque paire sont reliés à des premier (1) et second (2) conducteurs respectifs susceptibles d'être portés, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, à des premiers (Vl) et second (V2) potentiels, et dans laquelle tout élément chauffant est susceptible d'être relié à un troisième potentiel (V3), de manière à subir un échauffement relativement important, ou relativement faible, selon qu'il est, ou non, directement branché entre les premier et troisième potentiels, caractérisé en ce que, pour permettre son raccordement à une source de tension alternative, ce dispositif comprend :
un transformateur d'entrée (5) qui est destiné à recevoir la tension alternative et qui comporte d'une part un enroulement secondaire (5b) présentant un point milieu (5m) relié à la masse, et d'autre part au moins des première (5c) et seconde (5d) bornes principales de sortie, disposées sur l'enroulement secondaire (5b) de part et d'autre du point milieu (5m) et respectivement reliées aux premier et second conducteurs (1,2),
des premier et second organes de redressement de courant (6a, 6b) respectivement interposés entre les première et seconde bornes de sortie (5c, 5d) du transformateur et les premier et second conducteurs (1,2) et
des premier et second circuits d'absorption de courant (7a, 7b),respectivement reliés aux premier et second conducteurs et propres à absorber une partie au moins du courant circulant respectivement dans les second et premier conducteurs.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur (5) comporte en outre d'une part des première (5e) et seconde (5f) bornes auxiliaires de sortie, respectivement disposées sur l'enroulement secondaire (5b) entre ledit point milieu (5m) et lesdites première et seconde bornes principales de sortie (5c, 5d) et respectivement reliées aux second et premier conducteur (1, 2), et d'autre part des troisième et quatrième organes de redressement de courant (6c, 6d) respectivement interposés entre lesdites seconde et première bornes auxiliaires (5e, 5f) et lesdits premier et second conducteurs (1, 2).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque circuit d'absorption de courant (7a,7b) comprend un suiveur de tension (71) destiné à maintenir le potentiel du conducteur (1, 2), auquel il est relié, sensiblement à la méme valeur que le potentiel propre (V2) de la borne auxiliaire (5e, 5f) à laquelle ce conducteur est relié.
4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque circuit d'absorption de courant (7a, 7b) comprend un élément actif (72) susceptible d'être commandé pour adopter soit un état électriquement conducteur, soit un état non conducteur, cet élément étant propre, suivant son état, à autoriser ou interdire ladite absorption du courant.
5. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la borne de sortie (70d) du premier (7a) respectivement second (7b) circuit d'absorption de courant est reliée au secondaire (5b) du transformateur (5), entre la seconde (5d) (respectivement première - 5c) borne principale et la masse (5m).
6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la borne de sortie (70d) du premier (respectivement du second) circuit d'absorption de courant est reliée à l'enroulement secondaire (5b) du transformateur en un point situé à proximité de la seconde (5f) (respectivement première - 5e) borne auxiliaire.
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la borne de sortie (70d) du premier (respectivement second) circuit d'absorption est reliée à la seconde (5f) (respectivement pemmière) borne auxiliaire du secondaire.
8. Dispositif selon la revendication 4 et selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le premier (respectivement le second) circuit d'absorption de courant comprend une borne d'entrée de courant (70b) reliée au premier (1) (respectivement au second - 2) conducteur, une borne de commande (70c), une borne de sortie (70d), et une borne de prise de tension (70a) reliée à un potentiel de valeur sensiblement supérieure au potentiel de la seconde (5f) (respectivement première) borne auxiliaire du secondaire du transformateur.
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qua la borne de prise de tension (70a) du premier (7a) (respectivement second) circuit d'absorption est reliée en un point du secondaire du transformateur situé entre la seconde (5f) (respectivement première) borne auxiliaire et la seconde (5d) (respectivement première) borne principale.
10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit point situé sur le secondaire correspond à un potentiel supérieur à celui de la borne auxiliaire correspondante, d'une valeur comprise entre 5 et 50 pour cent de ce dernier, de préférence entre 20 et 30 pour cent.
11. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la borne de prise de tension (70a) du premier (7a) (respectivement second) circuit d'absorption de courant est reliée à la seconde (5d) (respectivement première) borne principale du secondaire.
12 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de contrôle (9) propre à relier certains au moins desdits éléments chauffants au troisième potentiel (V3), et un détecteur de passage à zéro (8) de la tension alternative propre à fournir un signal de base de temps audit organe de contrôle (9).
13. Dispositif suivant les revendications 2, 4 et 12, caractérisé en ce que ledit organe de contrôle (9) commande ledit élément actif (72) en vue d'autoriser l'absorption de courant lorsque le nombre d'éléments chauffants commandés (Nc) est inférieur au quart du nombre total (N) d'éléments chauffants de la tête (3).
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en_ce que le second potentiel (V2) vaut entre 25 et 50%, de préférence 33%, du premier potentiel (V1), et en ce que le troisième potentiel (V3) est celui de la masse.
15. Procédé pour alimenter, à partir d'une source de tension alternative, une tète thermique (3) comprenant une pluralité d'éléments chauffants (3a, 3b; 3m, 3n), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à :
- redresser ladite tension alternative et en obtenir une tension redressée, à
- détecter les instants de passage à zéro de la tension alternative ou de la tension redressée et produire un signal de détection correspondant, et à
- synchroniser sur ce signal de détection la chauffe d'élements chauffants déterminés.
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