螺线管保护电路的制作方法

本发明涉及用于保护螺线管不会由于电学故障而过热的系统和方法。

背景技术：

间歇定额的螺线管（即，设计成以脉冲操作的类型的螺线管）在它们因人为疏忽而被连续操作时可过热。例如，这可在有错误的控制信号或电学短路引起连续地对螺线管通电时发生。现有系统已经通过在电路中的每个螺线管的绕组内加入过热保护来尝试解决这个问题。由于空间的制约-特别是在螺线管像在某些打印机（比如按需(drop on demand)喷墨打印机）中的情形那样紧密包装的情况下，这并非总是可能的。这还对打印机增加了显著的成本和潜在的不可靠性。此外，由于在此类保护中固有的热滞，在过热检测可断开之前这个技术仍然冒着对螺线管的高温和潜在损害的风险。

图1A是现有技术螺线管控制和保护系统的示意图。该系统包括电源10、控制器14、多个螺线管18a-18n和多个螺线管控制开关22a-22n。电源10在它的端子24、26两端产生预定电压。螺线管18a-18n并联地跨接在电源10的端子24、26两端上用于从中接收功率。在这方面，每个螺线管22a-22n具有相应的线圈，线圈具有耦合到电源10的供电端子24的第一端子30和通过相应的控制开关22a-22n耦合到电源10的返回端子26的第二端子32。控制器14通过经开关22a-22n将螺线管连接到电源10或将螺线管从电源10断开，来给螺线管18a-18n通电/断电。

系统还包括多个电流传感器34a-34n，该多个电流传感器中的每个电流传感器连接相应控制开关22a-22n的下游用于检测通过相应螺线管18a-18n的电流并且作为对其响应产生信号。每个电流传感器34a-34n包括电阻器36和差分放大器38。电阻器36连接在相应螺线管控制开关22a-22n和电源10的返回端子26之间。放大器38的输入跨接在电阻器36的两端。放大器的输出产生电压（信号），其指示在电阻器36两端的电压并且因此指示流过电阻器36的电流的电平。

控制器14耦合到电流传感器34a-34n用于接收放大器38的输出。控制器14处理这些信号以检测在系统中的某些故障。例如，开路可在螺线管和它的相应控制开关之间发生。控制器14可例如通过检测到在开关闭合时没有电流，来检测这样的开路。尽管图1的系统可检测一些故障，但是对于某些故障仍然可能是检测不到的并且导致不希望的螺线管过热。例如，如果螺线管的第二端子32短路到接地（例如，到打印机的底座），则对应的开关和传感器将被绕过并且螺线管将完全失去控制地被永久通电。这在图1B中示出，其中螺线管18n短路接地。

技术实现要素：

本发明的某些方面涉及保护系统，该保护系统用于与具有跨接在电源两端的螺线管的类型的螺线管电路一起使用。保护系统包括连接在电源和螺线管之间的总开关，用于将所有螺线管同时从电源连接和断开。电流传感器连接在总开关和螺线管之间，用于检测在开关和任一个螺线管之间流动的电流并且用于产生感测电流信号。控制器基于感测电流信号检测到异常，并且响应地打开总开关以将所有螺线管从电源断开。

附图说明

图1A是现有技术螺线管控制和保护系统的示意图。

图1B说明了由图1A的系统检测不到的故障。

图2是根据本发明的实施例的保护系统的实施例的示意图。

图3是更详细说明图2的某些方面的示意图。

图4A和4B是根据本发明的实施例的说明螺线管保护方法的示例性步骤的流程图。

图5是根据本发明的实施例的加入螺线管保护系统的按需喷墨打印机的示意图。

具体实施方式

现在参看附图，图2是根据本发明的实施例的说明螺线管保护系统40的实施例的示意图，其中保护系统加入到以上结合图1A论述的类型的螺线管控制系统中。在图1A和2中，相同的附图标记已用来指示同样的部件。螺线管保护系统40配置成用于电源10的源极端子24和螺线管的共用连接的第一端子30之间的连接。因为螺线管保护系统40连接螺线管18a-18n的上游，所以单个保护系统可用来检测螺线管中的任一个中的故障并且将螺线管从电源断开以防止螺线管过热。在所说明的实施例中，控制开关22a-22n连接螺线管18a-18n的下游。然而，将会理解，保护系统40不要求控制开关22a-22n放置在这个位置。例如，在控制开关22a-22n的一些或所有放置在螺线管18a-18n和源极端子24之间时，也可使用保护系统40。在此种情况下，保护系统40连接控制开关22a-22n的上游。另外，尽管没有示出，保护系统40可结合图1A的传感器34a-34n使用。

图2的螺线管保护系统40包括总开关42、控制器44和电流传感器46。总开关42连接在供电端子24和螺线管18a-18n的第一端子30之间，用于将所有螺线管与电源10同时连接和断开。这样的放置有利地允许在由控制器44检测到故障的情况下，使用单个开关42将所有螺线管18a-18n同时从电源10断开。

电流传感器46被示出连接在总开关42和螺线管18a-18n的第一端子30之间。应该注意到，当电流传感器46安置在开关42和电源10之间时将同样很好地工作。电流传感器46检测从电源10向螺线管18a-18n中的任一个流动的电流，并且产生感测电流信号。在一个实施例中，传感器在检测的电流超过预定电流阈值时产生感测电流信号。

控制器44配置成基于感测电流信号检测异常，并且在检测到异常时停用/打开总开关42。例如，控制器可配置成当在螺线管18a-18n的所有都应该断电的时侯存在感测电流信号时，打开总开关42。例如，这可通过感测在没有任何螺线管控制信号的情况下的感测电流信号的存在来完成。例如，这个情况可在螺线管如图1B所示那样短路到接地时发生。

螺线管保护系统40还可包括电压传感器48用于感测总开关42和螺线管18a-18n的端子30之间的任何位置上两端的电压，并且作为对其响应产生感测电压信号。电压感测位置可以可选地在开关42和电流传感器46之间。在一个实施例中，电压传感器48在检测的电压超过预定阈值时产生感测电压信号。

控制器44配置成基于感测电压信号检测异常，并且在检测到异常时停用/打开总开关42。例如，当在总开关应该为打开的时侯存在感测电压信号时，控制器44可打开总开关42。例如，这可通过感测在没有控制信号正被发送给总开关时感测电压信号的存在来完成。例如，如果总开关12出故障到它的闭合位置，则这可发生。在这发生时，控制器44还可例如通过发送禁用信号给控制所有螺线管开关22a-22n的螺线管控制器14来禁用螺线管。

控制器44可配置成在检测到异常时启动警报指示器50。指示器50可提供已经检测到异常的可听到和/或可看到的指示。如将对本领域的技术人员显而易见的，合适的指示器可采用多种形式。例如，指示器可以是显示屏、扬声器、灯或一连串的灯等。

图3更详细说明了图2的保护系统。如图3所示，电流传感器34包括连接在总开关42和螺线管18a-18n的第一端子30之间的电阻器60。放大器/电平转换电路62具有跨接在电阻器60两端的它的输入。放大器/电平转换电路的输出产生信号(电压)，该信号指示所述电阻器60两端的电压，并且因此指示流过电阻器的电流的电平。这个放大器/电平转换器放大电阻器60两端的小电压并且接着转换这个放大的信号以便它以0伏(V)为基准。这对本领域的技术人员是公知技术。比较器68具有连接到基准电压V_i-Threshold的一个输入和通过调整电路70连接到放大器/电平转换器62的输出的第二输入。调整电路70包括滤波器72和第二放大器76。滤波器72包括电阻器80和电容器82。比较器68的输出连接到保护控制器44的输入。比较器68当在它的第二输入的电压超过基准电压(V_i-Threshold)时，输出信号（即，感测电流信号）。控制器配置成基于该感测电流信号检测异常，以及在任何一个或多个螺线管中检测到异常时停用/打开总开关42。例如，当在没有一个螺线管应该被通电（即，螺线管控制开关22a-22n中没有一个是闭合的）的时候存在感测电流信号时，则控制器44可打开总开关42。当在没有任何螺线管控制信号情况下检测到感测电流信号时，这可完成。例如，这可发生在螺线管如图1B所示短路到接地时或如果正常的螺线管控制开关22a-22n的任一个要么短路要么由于在其上的低电阻而出故障时。

因此，在没有一个螺线管应该被通电时，保护系统40监测从电源10到螺线管18a-18n的电流。如果在没有一个螺线管正被驱动时检测到大于预定阈值的电流，则通过打开放置在电源10和到所有螺线管的正向供电连接之间的开关42，来切断对螺线管的供电。

如将领会的，各种部件和阈值将取决于具体应用。作为非限制性示例，如果电源10提供36伏特(volt)的供电电压并且螺线管18a-18n各自具有72欧姆（ohm）的电阻，则最大电流通常为0.5安(A)。在这样的应用中，阈值(V_i-Threshold)设置为大约低于0.5A。在一些应用中，一旦“接入(pull in)”螺线管（例如，如在本领域所常见的那样，通过使用脉冲宽度调制(PWM)电压切换技术），电流可调节到更低电平（例如，0.2A）。在这种情况下，阈值(V_i-Threshold)设置为低于0.2A。例如，阈值可设置为0.1A。

电流传感器46应能够承受大的过载，因为在对多个螺线管以每个螺线管的最大电流电平通电时，将存在更大得多的流动的电流，例如，对于16个螺线管同时切换，这将对以上描述的系统产生16 ×0.5 =8A的电流。

使电阻器60的大小合适以检测在电源10和螺线管18a-18b之间流动的低电平电流。例如，在阈值设置为0.1A时，可使用0.05欧姆的电阻器。

在所说明的实施例中，放大器62是差分放大器/电平转换电路的形式，其放大在电阻器60两端的电压降（例如，×10）并且使这个电压以0 伏特为基准。这个电压接着通过滤波器72以降低信号中的噪声。滤波的等级将取决于具体应用。在本示例的情境中，例如，可使用1毫秒(ms)滤波器。滤波器72是有益的，特别在有噪声的工业应用中，因为在电阻器60两端感测的电压相对较小（例如，在本示例中为几个毫伏(mV)）。接着缓冲经滤波的信号并且将其进一步由第二放大器76放大（例如，×10以给出×100的总体增益）。

放大的电流信号接着在比较器与预定阈值(V_i-Threshold)比较。这个阈值电平选择成对应于显著小于最低单个螺线管操作电流电平的电流。在所说明的示例中，这个阈值可设置成对应于通过电阻器60的100毫安(mA)的电流。因此，如果感测电阻是0.05 欧姆，则阈值将是0.5V：

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如以上提到的，保护电路40还可包括电压传感器48。如图3所示，电压传感器48可包括第二比较器86，第二比较器86具有连接到预定阈值(V_V-Threshold)的一个输入和连接成感测开关42下游的电压的它的另一个输入。比较器86在感测的电压超过这个阈值(V_V-Threshold)时产生信号（电压）。电压阈值可设置成对应于在0和通常由电源输出的电压之间的电压。这个感测电压信号传递到控制器44的输入。这个信号可用来实现在或者总开关42或者保护控制器电子设备44中故障的检测。例如，在总开关42应该为打开时感测电压信号的存在，指示总开关已经出故障在它的闭合位置。相反地，在总开关42应该为闭合时感测电压信号的不存在，指示总开关已经出故障到它的打开位置。

应该领会，可以修改电路40的各个部件而不脱离本发明的范围。例如，由比较器执行的功能中的一些可以由控制器44内的软件和/或逻辑执行。同样，尽管螺线管控制器14和保护控制器44作为单独单元说明，但是它们也可以在单个控制器中体现。同样可行的是，电流感测功能可使用霍尔效应传感器执行，霍尔效应传感器具有将不需要低值电阻器和差分放大器/电平转换电路的优点。然而，在写作本文的时候，这些霍尔传感器不足以准确地实现没有显著潜在温度漂移的可靠的小电流检测能力。这当然不排除随着霍尔传感器技术的改进，将这个备选的电流感测技术用来作为未来的备选方案。

图4A和4B是根据本发明的实施例的说明螺线管保护方法的示例性步骤的流程图。最初，在步骤100中给系统加电。接着，在步骤102中，一个或多个控制器将所有输出设置为关断。例如，到总开关42和螺线管控制开关22a-22n的输出全部被关断以打开所有开关。接着，在步骤104中，该过程检查以查看电压传感器48是否检测到电压。

如果检测到电压，则控制传递给步骤106，其中故障被记录（例如，通过设置故障标记）。特别地，在开关42不活动（关断/打开）时电压的存在指示总开关42已经出故障到它的闭合位置。响应于在步骤106中故障的检测，过程禁用对螺线管的所有控制输出，从而禁用电路并且防止螺线管被激活以及如果进一步故障将发生时可能的过热。过程还可激活指示器50以通知用户故障的存在，包括已经检测到的具体故障（例如，出故障的总开关）。

如果在步骤104中没有检测到电压（信号），则控制传递给步骤108。在步骤108中，总开关42闭合以连接电源源极端子24到螺线管18a-18n。

控制接着传递给步骤110。由于将总开关42移到它的闭合位置的切换延迟，步骤110将进一步的处理延迟预定时间。这个延迟将取决于特定系统。示例性延迟可以是大约假定1ms，尽管如果开关42可能在闭合时反弹或如果大存储电容器存在以便允许对这些充电的话，可需要更长的时间。

在延迟后，控制传递给步骤112以确定电压传感器48是否检测到电压。在步骤112中不存在电压（即，在总开关设置为它的闭合位置时）指示总开关已经失灵。因此，如果在步骤112没有检测到电压，则控制传递给步骤114以记录故障（例如，通过设置故障标记）。步骤114还可禁用所有螺线管控制输出并且激活指示器50以通知用户故障的存在，包括已经检测到的具体故障，例如出故障的总开关或在螺线管系统上存在的短路。

如果在步骤112中检测到电压，则控制传递给步骤116。在步骤116中，该过程检查以确定是否接通螺线管18a-18n中的任一个。这可通过检查螺线管控制信号的存在（例如，通过在软件中检查它们的状态或通过实际上感测以查看是否信号正由控制器14发出）来完成。只要一个或多个螺线管是活动的，则控制继续在步骤116上循环。如果没有螺线管是活动的，则控制传递给步骤118。

由于在螺线管关断时电流从电路耗散需要花费的时间中的切换延迟，步骤118将进一步处理延迟预定时间。这个延迟将取决于特定系统。示例性延迟可以大约10 ms，但是这将取决于在螺线管中的最大电流衰减时间。

控制接着传递给框120，其中过程再次检查以确定螺线管中的任一个是否是活动的。如果一个或多个螺线管18a-18n是活动的，则控制返回到步骤116。如果没有螺线管是活动的，则控制传递给步骤122，其中过程检查感测电流信号的存在。如以上注意的，在通过感测电阻器60的电流大于预定值时产生感测电流信号。在螺线管18a-18n中没有一个应该被通电时感测电流信号的存在指示异常状况，例如，在螺线管控制开关中的一个的两端的短路或任一个螺线管18a-18n端子32到底座/0V电位的短路。因此，如果感测的电流超过阈值，则控制传递给步骤124，其中故障被记录（例如，通过设置故障标记）。步骤124关断总开关并且禁用所有螺线管的输出。步骤124还引起故障警报的发出。例如，控制器可激活指示器50以通知用户故障的存在，包括已经检测到的具体故障（例如，在螺线管电路中的短路）。

然而，如果在步骤122中感测的电流低于阈值，则控制返回到步骤120。

例如，螺线管保护系统具有在按需喷墨打印机上的应用。在这方面，图5是根据本发明的实施例的加入保护系统的按需喷墨打印机500的示意图。按需喷墨打印机500包括在压力下操作的油墨容器502，其将油墨注入电磁阀504的储存库，电磁阀504各自控制到包括喷嘴阵列的打印头中的喷嘴506的油墨流。打印头将小液滴涂到包508或被携带横向地经过打印头的其它制品。阀504由可编程控制器510以期望的顺序操作，以将期望的图像（例如，条形码、字母数字符号或其它图像）涂到包。这种打印机可以常规设计、构建和操作，并且许多形式的这种打印机可在市场上买到。

每个阀504包括线圈512，在线圈512内互补地以 可磁化的柱塞514作为轴颈。柱塞514延伸到位于阀的一端的腔室516内，而油墨可通过入口518从油墨容器502注入腔室516并且油墨可通过出口520从腔室516流到喷嘴506。通常通过弹簧（没有示出）将柱塞推动到阀闭合位置，以便当阀在闭合位置（断电）时，柱塞上的密封圆板522靠在出口520的轮缘上。

可以在例如美国专利号4928111中找到示例性打印机的更多细节，美国专利号4928111中的公开内容通过引用而包含于此。本发明的螺线管保护系统40可用以上描述的方式结合在打印机中以防止螺线管控制的阀的过热。在这方面，保护控制器44可与控制器510集成地构成或脱离控制器510单独地形成。开关42和传感器46、48用以上描述的方式连接在电源（没有示出）和螺线管阀504之间。

在本发明实施例中，可提供机器可读存储装置，其上存储有具有至少一个代码部分的计算机程序，该至少一个代码部分可通过机器执行，从而引起机器执行本文描述的步骤用于防止螺线管过热。

因此，本发明的某些方面可在硬件、软件或硬件与软件的结合中实现。本发明的某些方面可在至少一个计算机系统中以集中式方式实现，或以其中不同元件分散在若干互连的计算机系统上的分布式方式实现。适于执行本文描述的方法的任何类型的计算机系统或其它装置是合适的。硬件和软件的典型结合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，其中计算机程序在被载入和执行时控制计算机系统使得它执行本文描述的方法。

本发明的某些方面还可放入计算机程序产品中，该计算机程序产品包括实现本文描述的某些方法的实现的所有特征，并且当其载入计算机系统时能够执行这些方法。当前情景中的计算机程序意思为用任何语言、代码或符号的、一组指令的任何表达，所述一组指令意图引起具有信息处理能力的系统或者直接地执行特定功能或者在下列之一或两者（a转换到另外语言、代码或符号；b)以不同材料形式复制之后执行特定功能。

尽管已经参考某些实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种改变并且可替换等同物。另外，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离其范围。因此，本发明不意图限制在公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。