Блок лазера является одним из важнейших элементов лазерного принтера. Внутри же самого блока лазера можно найти два модуля: драйвер лазера и двигатель вращающегося зеркала. Функцией вращающегося (сканирующего) зеркала является перемещение лазерного луча по поверхности фотобарабана. Скорость перемещения лазера должна быть постоянной и достаточно высокой, поэтому для вращения сканирующего зеркала используется бесколлекторный двигатель постоянного тока. Управление этим двигателем осуществляется микросхемой драйвера двигателя. Принципиальная схема этого модуля известнейшего принтера LaserJet 6L от фирмы Hewlett Packard приводится в данной статье.
В принтере HP LaserJet 6L для перемещения луча лазера по поверхности фотобарабана, т.е. для обеспечения процедуры сканирования фотобарабана, используется четырехгранная призма – зеркало (рис.1). Приводится в действие эта призма бесколлекторным двигателем постоянного тока, называемым еще шпиндельным двигателем. Двигатель внутри блока лазера размещается на отдельной печатной плате, которая, кстати, изготовлена на металлической основе. Это позволяет обеспечить соответствующую прочность платы.
Рис.1 Общее устройство блока лазера
Управление двигателем, как и положено, осуществляется специальной микросхемой – драйвером двигателя. В рассматриваемом принтере в качества драйвера двигателя используется микросхема AN8247. Она размещена на той же самой печатной плате, что и шпиндельный двигатель. Информация по этой микросхеме является закрытой, но принципиальная схема драйвера двигателя, представленная на рис.2 и примечания к этой схеме, дают очень хорошее представление о назначении контактов микросхемы и о выполняемых ею функциях.
Рис.2 Принципиальная схема драйвера двигателя сканирующего зеркала - Scan Motor
Примечания к схеме:
1. На приведенной схеме в прямоугольнике, ограниченном пунктиром и обозначенном, как MOTOR, обозначены обмотки статора двигателя. Двигатель является трехфазным, включенным по звездообразной схеме.
2. HU, HV, HW – датчики положения ротора выполненные на основе элементов Холла. Эти датчики находятся внутри двигателя. Кроме того, один из этих датчиков (условно обозначен HV) выполняет функцию датчика скорости вращения, и сигналы от него дополнительно подаются на входы микросхемы драйвера двигателя (конт. 22, 21, 24).
3. CN – соединительный разъем, через который блок сканирующего зеркала подключается к основной плате принтера. На 1-й контакт этого разъема подается питающее напряжение - +12В. 2-й контакт разъема используется как выходной сигнал схемы – на этом контакте формируется сигнал прямоугольной формы, причем частота и длительность импульсов пропорциональна скорости вращения двигателя, т.е. этот сигнал используется в качестве сигнала обратной связи для схемы автоматической регулировки скорости, роль которой выполняет микроконтроллер, расположенный на основной плате. 3-й контакт – "общий". 4-й контакт является сигналом запуска двигателя (START/STOP) – низкий уровень этого сигнала приводит к тому, что двигатель начинает работать. На 5-м контакте формируется сигнал опорной частоты, который определяет скорость вращения двигателя; этот сигнал представляет собой синусоидальный сигнал, формируемый микроконтроллером.
4. Цифрами на схеме обозначены номиналы резисторов: первые две цифры – номинал, третья цифра множитель (10n).
5. Резисторы 1R5 – это резисторы, номиналом 1.5 Ом. Эти два резистора, включенные параллельно, представляют собой датчик тока, потребляемого двигателем. Вход датчика тока – контакт 6 микросхемы драйвера двигателя.
6. Контакт 23 микросхемы драйвера – не используется и не подключен.
7. Резисторы и конденсаторы представляют собой бескорпусные элементы (чип-резисторы и чип-конденсаторы).
Основные принципы работы и управления двигателем
1) Питание микросхемы драйвера осуществляется напряжением +12В. Этим же напряжением создается и ток в обмотках статора. Ток катушек статора, формируемый внутренними ключевыми транзисторами, протекает через два параллельно включенных резистора (1R5), являющимися токовыми датчиками. Если величина тока через этот токовый датчик становится выше определенного значения, то микросхема автоматически начинает ограничивать этот ток. Это приводит к снижению мощности двигателя. Падение напряжение на токовом датчике измеряется путем сравнения потенциалов на конт.6 и конт.7 микросхемы драйвера. Схема контроля тока является внутренней схемой. Изменение величины сопротивления резисторов токового датчика приводит к изменению мощности двигателя, но приводит к изменению скорости вращения. Хотя если мощность будет слишком малой. То двигатель просо не сможет раскрутиться до заданной скорости. Чем больше сопротивление резисторов токового датчика, тем меньше его мощность, и тем дольше он может раскручиваться до заданной скорости.
2) Скорость вращения любого шпиндельного двигателя задается сигналом опорной частоты. В данном принтере такая опорная частота формируется микроконтроллером принтера и подается на плату драйвера двигателя в виде сигнала синусоидальной формы. Этим сигналом является FREF, который подается на конт.25. Изменение частоты сигнала FREF автоматически приводит к изменению скорости вращения двигателя.
3) Запуск двигателя осуществляется цифровым дискретным сигналом START/STOP. Если этот сигнал установлен в высокий логический уровень (около +5В), то двигатель не работает. При переходе этого сигнала в низкий уровень (около 0В) двигатель начинает вращаться. Сигнал START/STOP формируется микроконтроллером принтера в момент, когда начинается печать.
4) Микроконтроллером принтера осуществляется контроль работы двигателя. Проверка работоспособности двигателя осуществляется по наличию сигнала FGOUT (выходной сигнал тахогенератора). Сигнал FGOUT представляет собой импульсы (логических уровней), частота которых прямо-пропорциональна скорости вращения двигателя. Сигнал FGOUT подается на вход микроконтроллера принтера. Микроконтроллер по наличию и по частоте импульсов FGOUT определяет исправность двигателя сканирующего зеркала. В случае отсутствия этих импульсов на входе микроконтроллера, возникает фатальная ошибка [SCAN MOTOR ERROR] (код ошибки выдается включением трех светодиодов панели управления в определенной комбинации – см. рис.3). Сигнал FGOUT формируется микросхемой драйвера двигателя (конт.20) на основе показаний датчика скорости вращения, функцию которого выполняет один из датчиков Холла – таким образом разработчики схемы сэкономили на одном датчике. Сигнал скорости вращения двигателя с датчика Холла подается на конт.21, 24, 22 микросхемы драйвера двигателя.
Рис.3 Индикация фатальной ошибки, вызванной неисправностью Scan Motor
5) Для правильной коммутации обмоток статора двигателя, внутри самого двигателя имеются три датчика положения ротора (HU, HV, HW). Сигналы этих датчиков считываются драйвером двигателя через контакты: 8,9,10,11,12,13. По этим сигналом драйвер определяет, в каком положении находится ротор двигателя, и, в соответствии с этим, подключает те или иные фазы статора.
Работа двигателя сканирующего зеркала в принтере HP LaserJet 6L контролируется в следующие моменты времени:
1. При включении принтера.
2. Перед началом распечатки задания.
3. В процессе печати задания.
Принцип проверки работы двигателя очень простой. Микроконтроллером принтера устанавливается в низкий уровень сигнал START/STOP, и через доли секунду на выходе драйвера двигателя должны появится импульсы FGOUT. Если этого не происходит, то и возникает состояние ошибки. Если импульсы имеются, то микроконтроллер в течение нескольких секунд ожидает, что частота этих импульсов достигнет заданного значения. Если через отведенный промежуток времени этого не происходит, то также возникает фатальная ошибка. Если в процессе печати импульсы FGOUT пропадают, или их частота значительно уходит за допустимые пределы, то также возникает ошибка.
Зная принципы управления и работы двигателя, а также зная методы контроля его работоспособности, переходим к рассмотрению методик тестирования этого узла.
Методы тестирования двигателя
Для контроля двигателя и его драйвера могут понадобиться следующие приборы:
- вольтметр;
- осциллограф;
- генератор.
- лабораторный источник питания.
Проверка в принтере
Этот метод самый простой и требует минимального технического оснащения. Для проведения тестирования принтера необходимо снять все крышки корпуса принтера и снять крышку с блока лазера. После этого включить принтер. Рядом с блоком лазера имеется дверной размыкатель, блокирующий работу принтера при открытой передней крышке. Поэтому для тестирования этот размыкатель необходимо буде нажать, имитируя тем самым закрывание передней крышки. При проведении работ с открытой крышкой блока лазера необходимо соблюдать правила лазерной безопасности и исключить попадание лазера в глаза. Наиболее радикальным способом защиты от случайного лазерного луча в данной модели является отсоединение разъемов платы драйвера лазера – в этом случае лазер вообще включаться не будет.
Итак включив принтер мы должны будем увидеть вращение двигателя, если этого не происходит, то переходим к диагностике.
1. При включенном питании принтера проверить на конт.1 разъема CN платы драйвера двигателя наличие напряжения +12В. Отсутствие этого напряжения может говорить о неисправности основной платы микроконтроллера, плохом контакте в соединительных разъемах, обрыве соединительных проводов. Обязательно необходимо проверить еще и наличие напряжении +12В на конт.7 микросхемы драйвера двигателя. Если напряжение отсутствует, то это говорит об обрыве резисторов токового датчика (1R5). В этом случае двигатель работать не будет.
2. Далее проверить с помощью осциллографа наличие на конт.5 того же разъема синусоидального напряжения (сигнал FREF). Отсутствие этого сигнала может говорить о неисправности управляющего микроконтроллера, плохом контакте в соединительных разъемах, обрыве соединительных проводов.
3. Проверить уровень сигнала на конт.4 разъема CN (сигнал START/STOP). В момент включения принтера этот сигнал должен на небольшой период времени установиться в низкий уровень, а затем снова вернуться в высокий уровень. Если сигнал в низкий уровень не переходит, то можно попытаться его активизировать самостоятельно. Для этого необходимо закоротить конт.4 на «землю». Двигатель должен начать вращение. Если двигатель так и не запустится, то это может говорить о неисправности микросхемы драйвера или самого двигателя.
4. Если двигатель начал вращаться, то необходимо осциллографом проконтролировать наличие прямоугольных импульсов на конт.2 разъема CN (сигнал FGOUT). Отсутствие импульсов также говорит о неисправности микросхемы драйвера двигателя, или о неисправности платы микроконтроллера (подсаживает сигнал). Проверить формирование сигнала FGOUT можно и еще проще. При включенном принтере, вручную покрутите двигатель, контролируя при этом с помощью осциллографа состояние сигнала FGOUT – он должен изменять свое состояние.
Проверка вне принтера
1. От генератора подать синусоидальный сигнал (частотой 1 кГц) на конт.5 разъема CN.
2. Конт.4 соединить с «землей» лабораторного источника питания.
3. От лабораторного источника питания необходимо подать напряжение +12В на конт.1 разъема CN.
После выполнения всех этих действий двигатель должен начать вращаться. Регулируя частоту генератора, можно изменять скорость вращения двигателя.
Мы не станем обсуждать, какая из методик лучше – все определяется конкретными условиями проведения работ и наличием необходимого оборудования. Пусть каждый специалист сам решает, что ему подходит в наибольшей степени. Второй способ кажется сложнее, но в практике все-таки возникают ситуации, когда приходится идти и более сложным путем.
Разговор о методиках диагностики был бы, наверное, не полным, если бы мы не поговорили о наиболее типичных неисправностях двигателя.
Мы не станем выдумывать все возможнее неисправности этой электронной схемы, а назовем лишь то, с чем действительно приходилось сталкиваться.
|
Проявление неисправности |
Причина. Методы устранения. |
|
Принтер не работает. Двигатель не вращается. Выдается фатальная ошибка – SCAN MOTOR ERROR. |
Перегорели резисторы токового датчика (1R5). Можно резисторы замкнуть накоротко – все будет работать, но лучше заменить. |
|
Принтер не работает. Двигатель не вращается. Выдается фатальная ошибка – SCAN MOTOR ERROR. Двигатель вручную прокрутить невозможно. |
Сгорели обмотки статора и их разорвало – именно это и не дает возможность прокрутить двигатель. |
|
При работе принтера слышится сильный свист, появляющийся в момент начала работы сканирующего двигателя. |
Слетела крепежная пластина на четырехгранной призме. |
|
Загрязнена втулка ротора. Почистить и смазать втулку графитовой смазкой. |
|
|
При печати вертикальные линии волнистые. |
Слетела крепежная пластина на четырехгранной призме. |
|
Двигатель вращается, но через некоторое время выдается фатальная ошибка – SCAN MOTOR ERROR. |
Загрязнена втулка ротора, поэтому двигатель не достигает заданной скорости. Почистить и смазать втулку графитовой смазкой. |
|
Сгорел один из резисторов токового датчика, поэтому мощности двигателя не хватает для разгона. Можно закоротить резисторы токового датчика, но лучше заменить неисправный резистор. |
