Схема управления печкой является той частью лазерного принтера, которая в наибольшей степени подвержена отказам, причем значительная их часть возникает из-за различных аномальных явлений в питающей сети. Наряду с этим, схема управления печкой весьма ремонтопригодна, т.к. в ее составе нет каких-либо уникальных и редких элементов. А это значит, что все компоненты схемы достаточно легко диагностируются и заменяются. Осуществлять диагностику схемы станет еще проще, если вы ознакомитесь с материалом, представленным ниже.
Сразу же отметим особенности печки и схемы управления печкой, характерные для принтеров HP LaserJet семейства 5ххх:
1) Нагревательным элементом печки является керамическая пластина с интегрированным внутрь ТЭН'ом.
2) Количество ТЭН'ов этой пластины равно двум, причем каждый из ТЭН'ов имеет собственный коммутирующий элемент, т.е. в схеме управления печкой имеется два симистора и два независимых канала управления.
3) Управление симисторами осуществляется фазовым методом.
4) Теплопередача на бумагу осуществляется посредством термопленки.
5) Контроль температуры печки осуществляется одним датчиком температуры.
Сначала обсудим ТЭН, который, как мы уже сказали, является двойным (рис.1).
Рис.1
Такое построение ТЭН'а вызвано тем, что площадь нагрева достаточно большая, а скорость печати относительно высокая. Поэтому для поддержания точной температуры по всей площади пластины, приходится пропускать достаточно большие токи через нагревательный элемент. Уменьшить величину тока через коммутирующие элементы (симисторы) можно, как раз, распараллеливанием цепи, в результате чего, через каждый из симисторов будет протекать только половина общего тока нагревателя (рис.2).
Рис.2
Таким образом, мощность, рассеиваемая на каждом из симисторов, уменьшается, что приводит к повышению надежности схемы и ее удешевлению за счет использования менее мощных элементов. Оба ТЭН'а имеют одинаковое сопротивление, равное величине примерно 75 Ом (при измерении цифровым тестером).
Для защиты нагревательного элемента от чрезвычайного перегрева, в цепи протекания тока установлен термопредохранитель (темоключ, thermoswitch, TSW), часто называемый термостатом, хотя в реальности он является плавким предохранителем однократного действия. Если температура нагревателя превысит значение 240°C, термопердохранитель «сгорает», разрывая цепь и обеспечивая, тем самым, защиту от перегрева и возможного пожара.
Контроль температуры печки осуществляется датчиком температуры - терморезистором с отрицательным ТКС. Сигнал от датчика температуры поступает на аналоговый вход контроллера механизмов, который на основе показаний датчика начинает управлять длительностью открытого состояния симисторов. Именно с помощью датчика температуры (термистора) температура на нагревательном элементе поддерживается на заданном уровне. Необходимо отметить, что температура нагревательного элемента зависит от условий работы принтера, и таких условий пять:
- период работы принтера (период инициализации, прогрева или печати);
- этап печати и количество печатаемых листов (первый лист, многостраничное задание, промежуток между страницами и т.п.);
- размер бумаги;
- тип бумаги (задается пользователем через драйвер);
- разрешающая способность (600dpi или 1200dpi).
В зависимости от комбинации всех этих условий, температура печки может изменяться в диапазоне от 100°C и до 190°C.
В цепи протекания тока установлено еще и защитное реле (RL1). Это реле управляется схемой защиты от перегрева, которая представляет собой схему на компараторах, сравнивающую сигнал от датчика температуры с опорным напряжением, которое формируется резистивным делителем. Когда температура нагревателя достигает величины 230°C, сигнал датчика температуры падает ниже заданного порога (0.8В), что приводит к переключению компараторов и размыканию реле. В результате этого ток через нагреватель перестает протекать. Кроме того, реле обеспечивает отключение нагревателя от силовой цепи еще и в следующих случаях:
- когда принтер находится в режиме ожидания;
- когда возникает любая фатальная ошибка;
- когда возникает замятие бумаги.
Таким образом, реле размыкает цепь всегда, когда не осуществляется печать. Такое отключение реле обеспечивается сигналом RLYDRV. Общая функциональная схема блока управления печкой представлена на рис.3.
Рис.3
При создании изображения с разрешением 1200 dpi, скорость печати сокращается в 2 раза. В результате, нагрев бумаги происходит в два раза дольше, а, следовательно, температуру печки необходимо снизить, чтобы избежать ее перегрева. При печати с разрешением 600 dpi, наоборот, температуру печки необходимо поднимать, т.к. бумага «проскакивает» печку в два раза быстрее, и если температуру не поднять, то тонер просто-напросто не «запечется». Изменение температуры при смене разрешающей способности обеспечивается путем корректировки сигнала от датчика температуры. Такая корректировка осуществляется транзистором Q301 на плате контроллера, который управляется сигналом THCHG. Открывание транзистора приводит к увеличению напряжения от датчика температуры, и, как следствие, к увеличению температуры печки.
Одной из особенностей рассматриваемой схемы является то, что симисторы управляются фазовым методом. Такая особенность характерна для очень немногих моделей принтеров семейства HP LaserJet. Кроме моделей семейства 5xxx, таким образом управляются еще и модели семейства 4xxx (а также модель 1022 – это удалось узнать совсем недавно, поэтому, возможно, есть и другие отдельные модели, неизвестные автору статьи, с таким же принципом управления). Суть метода заключается в том, что симистор открывается в каждой полуволне сетевого тока, т.е. симистор открывается 100 раз в секунду. При этом температура нагревателя регулируется путем изменения времени открытого состояния симистора в течение полуволны. Так как симистор невозможно закрыть с помощью его управляющего входа, то изменяется время открывания симистора. И это время рассчитывается относительно начала полуволны, т.е. рассчитывается фазовая задержка управляющего сигнала относительно момента, когда сетевой ток меняет свое направление, т.е. когда он переходит через ноль. Именно поэтому корректное управление симисторами с помощью фазового метода возможно только при условии очень четкой синхронизации схемы управления с частотой и фазовой питающей сети. Таким образом, сигналы FSRV10 и FSRV20 представляют собой узкие импульсы, формируемые 100 раз в секунду, и синхронизированные с первичной сетью, причем фаза переднего фронта импульсов постоянно изменяется, в зависимости от температуры нагревателя и величины питающего напряжения сети (см. рис.4). Для обеспечения гальванической развязки между первичной сетью и контроллером механизмов, управление симисторами осуществляется с помощью оптосимисторов (PC1 и PC2).
Рис.4
Для синхронизации схемы управления печкой с первичной сетью, в составе блока питания принтера имеется схема определения (детектор) «перехода через ноль». Эта схема формирует сигнал ZEROX (Zero Cross – пересечение нуля). Для обеспечения гальванической развязки, формирование сигнала ZEROX также осуществляется с помощью оптрона (PC3).
Фазовый метод управления печкой становится причиной частых проблем принтеров семейства LaserJet 5xxx (как, впрочем, и в других принтерах с фазовым методом управления). Дело в том, что сигнал ZEROX формируется из переменного напряжения сети пороговой схемой (детектором), срабатывающей при понижении сетевого переменного напряжения до некоторого предустановленного значения, т.е. импульс ZEROX соответствует малому напряжению входной сети. Поэтому детектор перехода через ноль начинает давать сбои и перестает формировать импульсы, когда сетевое напряжение становится ниже этого порогового значения. Отсутствие импульсов ZEROX приводит к тому, что схема управления печкой не может работать корректно, т.е. не может синхронизироваться, в результате чего возникает состояние фатальной ошибки с кодом ERROR 50.х (чаще всего это код ERROR 50.4). Таким образом, банальная причина – «просадка» сетевого напряжения провоцирует ошибку принтера. При этом причина ошибки напрямую не связана с неисправностью элементов самой печки, что зачастую и ставит сервисных специалистов в тупик. Именно поэтому при возникновении фатальных ошибок с кодом ERROR 50.х не стоит сразу же бросаться разбирать печку, а, в первую очередь, необходимо выключить принтер и подключить его к другой фазе питающей сети, или можно попытаться включить его несколько позже, когда сетевое напряжение восстановит свое номинальное значение.
Фатальные ошибки печки с кодами ERROR 50.X, кроме случаев, связанных непосредственно с перегревом или недогревом печки, возникают еще в случаях:
- когда при включении принтера, сигнал ZEROX (импульсы с частотой 100 Гц) отсутствует;
- когда после прогрева печки, т.е. в процессе печати, импульсы ZEROX пропадают на время дольше 3 секунд.
Принципиальная схема силовой части блока управления печкой принтера HP LaserJet 5100 представлена на рис.5.
Рис.5
Чтобы просмотреть рис.5 подробнее, нажмите на ссылку.
Пожалуй, наиболее «слабым» элементом схемы управления печкой лазерного принтера является симистор, так как этот элемент является самым мощным из всех полупроводников принтера. В связи с этим, отказ симистора – это наиболее частая из всех проблем электронной части лазерных принтеров. Так как через симисторы протекает достаточно большой ток, их размещают на радиаторе. Симистор имеет три вывода. Выводы обозначаются: T1, T2 и G (рис.6). Управляющим выводом является вывод G – затвор (Gate).
Рис.6
Так как отказ симистора весьма вероятная ситуация, то рассмотрим процедуру его проверки. При быстром тестировании симистор можно проверить, не выпаивая его из платы. Для этого необходимо тестером «прозвонить» его контакты. Если симистор исправен и находится на плате печатного монтажа, то тестер должен показать следующие значения сопротивлений:
- между выводами T1 и T2 сопротивление должно быть очень большим (бесконечным) при любой полярности измерения;
- между выводами T2 и G сопротивление должно быть бесконечно большим при любой полярности измерения;
- между выводами T1 и G сопротивление должно быть очень малым – порядка 30-100 Ом при любой полярности – на самом деле это «прозваниваются» резисторы R5 и R9.
Типовой неисправностью симистора является пробой (короткое замыкание) между выводами T1 и T2. Именно эту неисправность и позволяет выявить рассмотренный экспресс-тест. Но более точную информацию о состоянии симистора можно получить его тестированием после выпаивания из схемы. В выпаянном состоянии между всеми контактами симистора должно быть бесконечно большое сопротивление при любой полярности измерений.
Коротко.
Печки с технологией SURF (а именно так Canon называет технологию, опирающуюся на использование термопленок) позволяют уменьшить потребление энергии на 25% по сравнению с традиционными печками на основе тефлоновых валов. В условиях жесткой экономии энергии и в условиях борьбы за экологию это обстоятельство может быть существенным аргументом в пользу выбора техники с технологией SURF. Кроме того, значительное сокращение потребляемой энергии (примерно на 30%) способно принести и применение в печках технологии IH-COIL, встречающейся во многих современных цветных принтерах (хотя может встречаться и монохромных устройствах печати).