МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

 

Скачать схему в формате PDF

Принципиальная схема печатной платы контроллера механизмов (Engine Controller, DC Controller) принтера HP LaserJet 1100 представлена для удобства на двух листах: на втором изображается посторенние блока питания принтера (низковольтного источника питания), на первом листе – вся остальная часть платы контроллера.

Платой контроллера механизмов выполняются такие функции, как:

- формирование питающих напряжений для всех механизмов и узлов принтера;

- управление блоком фиксации (печкой) принтера;

- управление главным электродвигателем принтера;

- формирование сигнала RESET;

- формирование высоких напряжений для блока создания изображения

На печатной плате находится выходной датчик бумаги, обеспечивающий контроль выдачи бумаги из блока фиксации. Кроме того, к печатной плате контроллера механизмов подключается блок лазера и датчики наличия и загрузки бумаги.

Выполнение всех этих функций обеспечивает микроконтроллер, находящийся с обратной стороны платы. Этот микроконтроллер управляется программой, "прошитой" в самом микроконтроллере.

На плате Engine Controller'а можно выделить следующие модули:

1. Источник питания.

2. Схема управления печкой.

3. Схема защиты от перегрева печки.

4. Микроконтроллер.

5. Формирователь сигнала RESET.

6. Драйвер главного электродвигателя.

7. Источник высокого напряжения ролика заряда.

8. Источник высокого напряжения вала проявки.

9. Источник высокого напряжения ролика переноса.

10. Соединительные разъемы и датчики.

Теперь по порядку рассмотрим перечисленные узлы, их особенности и размещение на схеме.

 

Источник питания

Источник питания представляет собой импульсный источник, преобразователь (инвертор) которого выполнен , скорее всего, по резонансной схеме. Входные цепи источника обеспечивают защиту от помех, токовых бросков и бросков входного напряжения, подаваемого на разъем INL101. В составе входных цепей можно отметить кнопку включения питания SW101, токовый предохранитель FU101, варистор VZ101 (470В) для защиты от повышенного входного напряжения и терморезистор TH1 с отрицательным ТКС для защиты диодного моста от токового броска в момент включения. Входные цепи имеют типовое для импульсного источника питания построение.

Выпрямление переменного тока сети осуществляет диодный мост D101.

Импульсный преобразователь, работающий по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) представлен интегральной микросхемой IC501. Эта микросхема включает в себя и ШИМ-контроллер и мощный ключевой транзистор (-ы), коммутирующий первичную обмотку (конт.3 - конт.4) импульсного трансформатора.

Запуск микросхемы осуществляется от выпрямленного напряжения, снимаемого с диодного моста через резистивный делитель R542, R541, R544, R545, R540, R501. Питание микросхемы в рабочем режиме осуществляется цепью подпитки: R505, D502, C503. В качестве источника энергии цепь подпитки использует импульсную ЭДС, снимаемую с вторичной обмотки трансформатора (конт.1 – конт.2).

Токовая защита преобразователя осуществляется токовым датчиком R508, сигнал от которого подается на конт.11 (OC) микросхемы IC501.

Стабилизация выходных напряжений осуществляется методом ШИМ по сигналу обратной связи, подаваемому на конт.5 (CONT) микросхемы IC501. Сигнал обратной связи передается через оптопару PC501, ток светодиода которой управляется микросхемой регулируемого стабилизатора IC504. Сигнал обратной связи пропорционален выходным напряжениям +5В и +24В, которые подаются на вход IC504.

Блокировка микросхемы ШИМ-контроллера IC501 может осуществляться подачей сигнала "высокого" уровня на ее входной конт.7 (CD). Сигналом на этом контакте управляет оптопара защиты от аварийных режимов источника питания – PC502. Блокировка осуществляется в трех случаях:

- превышение напряжения в канале +5В (стабилитрон ZD502);

- превышение напряжения в канале +24В (стабилитрон ZD505);

- превышение тока в канале +5В.

Цепь защиты от превышения тока в канале +5В можно еще назвать цепью защиты от короткого замыкания. Для определения величины тока канала +5В используются токовые датчики – R514 и R513. Компаратор тока – микросхема IC302-1 (типа HA17324), управляющая транзистором Q501.

 

Схема управления печкой

Блок фиксации (печка) подключается разъему J102. На нагревательный элемент печки подается переменное напряжение сети. Подача или отключение этого напряжения осуществляется с помощью симистора Q101, выполняющего функцию мощного ключа в цепи переменного тока. Для обеспечения гальванической развязки первичной и вторичной цепей управление симистором осуществляется через оптопару SSR101, представляющую собой светодиод и фотосимистор. Сигнал для переключения симистора Q101 формируется микроконтроллером и носит название FSRD. В этой модели принтера симистор работает в режиме ON/OFF. Защита симистора от высокого падения напряжения на нем обеспечивается еще одним варистором – VZ103.

 

Схема защиты от перегрева печки

Обеспечивает безусловное отключение нагревательного элемента печки от питающей сети в случае возникновения аварийного режима работы – чрезмерного перегрева, например, при «пробое» симистора (т.е. при его «коротком» замыкании). Размыкание цепи переменного тока осуществляется за счет отключения реле RL101. Реле управляется схемой на транзисторах Q103, Q104 и Q105. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC302 (типа HA17324). На конт.5 («прямой» вход) этого компаратора подается опорное напряжение, а на конт.6 («инверсный» вход) подается сигнал от датчика температуры – сигнал THSNS. Напряжение сигнала THSNS уменьшается при нагреве печки.

Кроме сигнала THSNS реле может управляться еще и микроконтроллером с помощью сигнала RLYD. Этим сигналом микроконтроллер включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии «Готов»), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

 

Микроконтроллер

Микроконтроллер является однокристальным микропроцессором, имеющим в своем составе ПЗУ, ОЗУ, тактовый генератор, счетчики, таймеры, цифровые порты, аналоговые порты, АЦП. Управляющая программа находится внутри контроллера. Частота тактового генератора задается кварцевым резонатором X201. Микроконтроллер формирует сигналы для управления всеми двигателями, источниками высоких напряжений, считывает состояния всех датчиков. Связь микроконтроллера с блоком обработки данных (форматером) осуществляется через интерфейсный разъем J201. Микроконтроллер является специализированной микросхемой. Назначение контактов микроконтроллера приводится в табл.1.

Таблица 1. Назначение контактов микроконтроллера

№	Обознач	I/O	Описание контакта и сигнала
1	CNT0	Выход	Сигнал управления драйвером лазера. Совместно с сигналом CNT1 задает режим работы драйвера лазера.
2	#BDI	Вход	Сигнал от датчика луча. «Низким» уровнем этот сигнал показывает, что вращающееся зеркало занимает необходимую позицию, соответствующую началу строки.
3	#DEC	Выход	Сигнал управления драйвером двигателя вращающегося зеркала. «Низким» уровнем сигнал обеспечивает торможение двигателя. Режим работы драйвера двигателя задается этим сигналом совместно с  #ACC.
4	#ACC	Выход	Сигнал управления драйвером двигателя вращающегося зеркала. «Низким» уровнем сигнал обеспечивает разгон двигателя. Режим работы драйвера двигателя задается этим сигналом совместно с сигналом #DEC.
5	CT	-	Вывод для подключения частотозадающего конденсатора внутреннего генератора.
6	RT	-	Вывод для подключения частотозадающего резистора внутреннего генератора.
9	COVSNS	Вход	«Высоким» уровнем сигнал показывает, что передняя крышка закрыта.
10	#EXITSNS	Вход	Сигнал от выходного датчика бумаги. «Низкий» уровень сигнала соответствует наличию бумаги в печке.
13	#PISNS	Вход	Сигнал от датчика регистрации бумаги. «Низкий» уровень сигнала означает, что лист бумаги загрузился из входного лотка. Переход с «высокого» уровня этого сигнала в «низкий» соответствует передней кромке листа, а переход с «низкого» уровня в «высокий» - задней кромке листа.
14	#PAPERSNS	Вход	Сигнал от датчика бумаги входного лотка. «Низкий» уровень сигнала соответствует наличию бумаги в лотке.
15	TST	Вход	Переход уровня  этого сигнала с «низкого» в высокий приводит к запуску теста механизмов.
16	#STRB	-	Стробирующий сигнал специализированного диагностического разъема J205.
17	#SI	Вход	Линия входных последовательных данных от специализированного диагностического разъема J205.
18	#SO	Выход	Линия выходных последовательных данных от специализированного диагностического разъема J205.
19	#CLK	-	Сигнал таковой синхронизации передачи данных по последовательным линиям #SI и #SO разъема J205.
20	TST	Вход	Переход уровня этого сигнала с «низкого» в высокий приводит к запуску теста механизмов.
21	CPUD	Выход	Сигнал, управляющий соленоидом загрузки бумаги. Соленоид срабатывает при «высоком» уровне сигнала.
24	FANLOCK	Вход	Контакт для определения работы вентилятора. Не используется, т.к. вентилятор в принтере отсутствует.
27	RLYD	Выход	Сигнал, управляющий реле. Реле включается при «высоком» уровне этого сигнала.
29	DVACC	Выход	Импульсный сигнал, формирующий переменную составляющую напряжения проявки магнитного вала.
30	PRACC	Выход	Импульсный сигнал, формирующий переменную составляющую напряжения заряда фотобарабана.
31	PRDCC	Выход	ШИМ-сигнал для управления постоянной составляющей напряжения заряда фотобарабана.
32	TRNFOT	Выход	Импульсный сигнал для формирования отрицательного напряжения на ролике переноса.
33	TRPWM	Выход	ШИМ-сигнал для управления положительным напряжением ролика переноса.
35	FSRD	Выход	Сигнал управления семистором схемы управления печкой. Режим работы семистора – ON/OFF.
37	TRCRNT	Вход	Аналоговый сигнал, уровень которого пропорционален напряжению на ролике переноса.
38	THSNS	Вход	Аналоговый сигнал от датчика температуры печки.
39	CRGSNS	Вход	Аналоговый сигнал, уровень которого пропорционален напряжению на ролике заряда.
40	TONERS	Вход	Сигнал от датчика тонера, который в этой модели не используется.
41	AVcc	Вход	Питающее напряжение аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.
42	AVR	Вход	Опорное напряжение аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.
43	IO	Выход	Сигнал регулировки величины тока фаз главного электродвигателя.
44	ENBI	Выход	Сигнал разрешения работы главного электродвигателя.
45	FA	Выход	Сигнал, определяющий направление тока фазы А главного электродвигателя.
47	FB	Выход	Сигнал, определяющий направление тока фазы В главного электродвигателя.
54	#RESETI	Вход	Входной сигнал «сброса».
55	XO	Выход	Контакт для подключения кварцевого резонатора тактового генератора микроконтроллера.
56	XI	Вход	Контакт для подключения кварцевого резонатора тактового генератора микроконтроллера.
59	#SI	Вход	Данные от форматера, передаваемые в последовательном виде.
60	#SO	Выход	Данные, передаваемые от микроконтроллера на форматер в последовательном виде.
61	#SCLK	-	Синхросигналы для передачи последовательных данных между микроконтроллером и форматером.
62	#BD	Выход	При активизации данного сигнала форматер начинает передачу данных для управления лазером (VDO и #VDO). Сигнал формируется из сигнала #BDI.
63	#RESETO	Выход	Входной сигнал «сброса» для микросхемы форматера. Формируется по сигналу #RESETI.
64	CNT1	Выход	Сигнал управления драйвером лазера. Совместно с сигналом CNT0 задает режим работы драйвера лазера.

 

Формирователь сигнала RESET

Формирователь представляет собой интегральный стабилизатор типа Low Drop – IC202 (T591). Сигнал RESET устанавливается в "высокий" уровень в том случае, если напряжение питания +3.3 В становится номинальным. Сигнал RESET подается на конт.54 микроконтроллера (RESETI), и уже микроконтроллер «передает» этот сигнал на форматер, устанавливая сигнал «высокого» уровня на своем выходном конт.53 (RESETO).

 

Драйвер главного электродвигателя

Главный электродвигатель подключается к разъему J401 и является шаговым двигателем. Переключения фаз двигателя происходит по управляющим сигналам микроконтроллера, формируемым на его выводах (конт.43, 44, 45,47). Сигналом ENBI (конт. 44) разрешается управление двигателем, сигналы FB и FA (конт.45 и 47) определяется направление тока фаз двигателя. Коммутация обмоток двигателя осуществляется микросхемой драйвера двигателя IC401 (A3964SB). Эта микросхема содержит мощные ключевые транзисторы, схемы контроля и регулировки тока фаз, схемы токовой защиты двигателя. Питающим напряжением для двигателя является напряжение +24В. Величина тока фаз двигателя задается токовыми датчиками – резисторы R401 и R402, а пороговое значение токового ограничения может задаваться сигналом IO (конт.43) на выходе микроконтроллера.

 

Источник высокого напряжения вала заряда

Источник состоит из двух частей: формирователя переменного напряжения синусоидальной формы и формирователя постоянного напряжения. Контактная площадка, к которой подключается ролик заряда, находящийся внутри картриджа, обозначена J304. На этой площадке создается переменное напряжение синусоидальной формы, имеющее еще и отрицательную постоянную составляющую (рис.1).

 

Переменная составляющая формируется из меандрового сигнала, генерируемого на конт.30 (PRACC) микроконтроллера. Этот сигнал преобразуется в синусоидальный с помощью микросхемы мощного операционного усилителя IC301. Полученное напряжение через трансформатор T301 передается на ролик заряда.

Формирователь постоянной составляющей выполнен на элементах: D307, R316, Q303, IC302. Этот формирователь управляется высокочастотным импульсным сигналом, генерируемым на конт.31 (PRDCC) микроконтроллера. Ширина импульсов на этом контакте изменяется при регулировке плотности изображения, что приводит к изменению величины постоянной составляющей напряжения не ролике заряда, т.е. регулировка плотности осуществляется методом ШИМ. Напряжение заряда должно стабилизироваться для обеспечения равномерной плотности при печати. Такая стабилизация осуществляется цепью обратной связи (R302, R311), действующей через IC302.

Наличие тока ролика заряда и его величина контролируется микроконтроллером через аналоговый входной порт CRGSNS (конт.39). На этом входном контакте появляется постоянное напряжение около 1.2 В в том случае, если через ролик заряда протекает ток и ток имеет нормальное значение. Если напряжение на входе CRGSNS отсутствует, то это интерпретируется как отсутствие тонер-картриджа, что сопровождается соответствующей индикацией на панели управления. Сигнал обратной связи первичного напряжения заряда создается цепью из следующих элементов: C312, C313, D311, R350, R351, R356, ZD306. Резисторами задается уровень напряжения обратной связи, а стабилитрон ZD306 обеспечивает защиту микроконтроллера от возможных скачков напряжения.

Очень интересной особенностью данной модели принтера является то, что на резиновый прижимной ролик блока фиксации (печки) подается отрицательное напряжение постоянного тока. Это позволяет уменьшать статический заряд на бумаге перед ее выдачей в выходной лоток, а также позволяет уменьшать загрязнение печки тонером, что, в итоге, способствует получению более качественных копий и продлению срока эксплуатации печки. Напряжение смещения для прижимного вала печки также создается источником питания ролика заряда. Постоянная составляющая напряжения заряда через резисторы R364 и R363 прикладывается к контактной площадке J305. От этой площадки через контактную пластину напряжение прикладывается к оси резинового прижимного валика печки.

 

Источник высокого напряжения вала проявки

Данным источником создается переменное напряжение прямоугольной формы с отрицательной постоянной составляющей (рис.2). Контактная площадка, к которой подключается магнитный вал проявки, сам находящийся внутри картриджа, обозначена J301.

 

Переменная составляющая формируется из сигнала прямоугольной формы, генерируемого на конт.29 (DVACC) микроконтроллера, путем усиления с микросхемой мощного операционного усилителя IC301. Полученное напряжение прикладывается к первичной обмотке трансформатора T302, через который передается на магнитный вал проявки. Постоянная составляющая создается выпрямлением и сглаживанием напряжения, наводимого во вторичной обмотке трансформатора T302. Выпрямительная цепь состоит из диода D301 и конденсатора С304. Резисторами R303 и R352 задается величина напряжения постоянной составляющей магнитного вала. Уровень постоянной составляющей в этой модели принтера не регулируется.

 

Источник высокого напряжения вала переноса

Этот источник состоит из двух частей: формирователя положительного напряжения и формирователя отрицательного напряжения. Оба эти формирователя представляют собой импульсные источники питания, управляемые микроконтроллером последовательностью высокочастотных импульсов. При этом стабилизация и регулировка выходных напряжений этих источников осуществляется методом ШИМ. Контактная площадка, к которой подключается ролик переноса, обозначен на схеме как J302.

Формирователь положительного напряжения состоит из ключевого транзистора Q302, импульсного трансформатора T303 и диодно-емкостного умножителя напряжения (C308, D305, C307, D304, C310, D303, C309, D302). Запускается и управляется формирователь импульсами с конт.33 (TRPWM) микроконтроллера.

Формирователь отрицательного напряжения состоит из ключевого транзистора Q304, импульсного трансформатора T304 и однополупериодного выпрямителя: D308, C316. Запускается и управляется формирователь импульсами с конт.32 (TRNFOT) микроконтроллера.

Формирователь положительного напряжения должен работать в период переноса изображения на бумагу, создавая на поверхности бумаги положительный потенциал, способствующий притягиванию отрицательно заряженного тонера. Формирователь же отрицательного напряжения должен работать в те моменты времени, когда работает главный электродвигатель, но бумага не находится в области переноса изображения, т.е. в периоды, когда бумага еще только загружается, или когда бумага уже находится в печке. Таким образом, в работе ролика переноса создаются так называемые периоды очистки.

Стабилизация напряжения переноса и его регулировка, в зависимости от влажности бумаги и окружающей среды осуществляется, как уже говорилось, изменением ширины импульсов на конт.33 микроконтроллера. Для оценки уровня напряжения на ролике переноса имеется цепь обратной связи, состоящая из следующих элементов: R318, IC302, ZD301 и других элементов, окружающих IC302. Сигнал обратной связи считывается микроконтроллером через аналоговый входной порт TRCRNT (конт.37). Микроконтроллер в соответствии со своей управляющей программой оценивает уровень сигнала обратной связи и изменяет в необходимой пропорции длительность сигналов на конт.33.

 

Соединительные разъемы и датчики

В принтере Hewlett Packard LaserJet 1100 имеются следующие датчики:

- Датчик наличия бумаги во входном лотке. Подключается этот датчик к разъему J211.

- Датчик регистрации (загрузки бумаги). Подключается к разъему J211.

- Выходной датчик бумаги – PS201. Находится на плате микроконтроллера и считывается через конт.10 (EXITSNS) микроконтроллера.

- Датчик температуры печки. Подключается к разъему J206. Сигнал от датчика – аналоговый, поэтому и считывается через аналоговый входной порт микроконтроллера – THSNS (конт.38).

На плате микроконтроллера имеется семь разъемов, назначение которых представлено в табл.2.

 

Таблица 2. Разъема платы Engine Controller принтера HP LJ1100

Разъем	Назначение
J201	Подключение к плате форматера
J204	Подключение соленоида загрузки бумаги (Pick Up)
J205	Подключение специального диагностического оборудования
J206	Подключение датчика температуры печки
J208	Подключение драйвера лазера и драйвера сканирующего двигателя лазера
J211	Подключение датчиков наличия бумаги в лотке и регистрации
J401	Подключение главного электродвигателя

 

Для диагностики исправности платы микроконтроллера и всех механизмов, подключаемых к ней, имеется специальный тест – Engine Test, запускаемый нажатием кнопки SW201.