МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

 

Принтер HP LaserJet 1200 стал тем принтером, на базе которого впоследствии было разработано целое семейство принтеров, унаследовавших все те технологии, схемотехнические и конструктивные решения, которые были заложены в основу LJ1200. В качестве «наследников» принтера LJ1200 можно назвать такие популярные сейчас модели, как LJ 1300, LJ1160, LJ1320, LJ1018 и т.п. Да, некоторые из перечисленных моделей, внешне очень далеки от LJ1200, но вот что касается их электронной части, и, в первую очередь, источников высоких напряжений, то отличия будут не такими уж и серьезными. Поэтому изучение принципиальной схемы платы контроллера механизмов принтера LJ1200 способно оказать помощь и в работе со многими другими моделями принтеров Hewlett Packard.

 

Скачать схему контролера механизмов (Engine Contoler)  HP LaserJet 1200

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 сигналов для управления блоком лазера;

- формирование высоких напряжений, необходимых для формирования изображения.

Выполнение большинства 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 вала заряда (PCR).

8. Источник высокого напряжения вала проявки (Developer Roller).

9. Источник высокого напряжения вала переноса (Transfer Roller).

10. Соединительные разъемы.

11. Кнопка запуска Engine Test

 

Источник питания

Скачать схему источника питания (Power Supply)  HP LaserJet 1200

Источник питания, формирующий на своем выходе напряжения +3.3В, +5В и +24В, представляет собой импульсный источник, преобразователь (инвертор) которого выполнен по однотактной 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), обеспечивающий защиту от повышенного входного напряжения, и терморезистор TH1 с отрицательным ТКС, предназначенный для защиты диодного моста от токового броска в момент включения. Выпрямление переменного тока сети осуществляет диодный мост D101.

Импульсный преобразователь, работающий по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) представлен интегральной микросхемой IC501 (STR-Z2062). Эта микросхема включает в себя и ШИМ-контроллер и мощный ключевой транзистор, коммутирующий первичную обмотку (конт.3 - конт.6) импульсного трансформатора T501.

Запуск микросхемы осуществляется напряжением, снимаемым с диодного моста через резистивный делитель R546, R545, R544, R543, R542, R541, R540. Питание микросхемы в рабочем режиме осуществляется цепью подпитки, состоящей из R505, D502, C503. В качестве источника энергии цепь подпитки использует импульсную ЭДС, снимаемую с вторичной обмотки трансформатора (конт.1 – конт.2).

Стабилизация выходных напряжений осуществляется методом ШИМ по сигналу обратной связи, подаваемому на конт.8 (CONT) микросхемы IC501. Сигнал обратной связи передается через оптопару PC501. Сигнал обратной связи пропорционален выходным напряжениям +3.3В и +24В, которые подаются на вход компаратора IC502-4 (конт.12 и конт.13).

Блокировка микросхемы ШИМ-контроллера IC501 может осуществляться подачей сигнала "высокого" уровня на ее входной конт.4 (CD). Сигналом на этом контакте управляет оптопара защиты от аварийных режимов источника питания – PC502. Блокировка осуществляется в двух случаях:

- превышение напряжения в канале +3.3В;

- превышение тока в канале +24В;

- превышение тока в канале +3.3В.

Для определения величины тока канала +3.3В используется токовый датчик – резистор R514. Компаратор тока – микросхема IC502-1.

Формирование напряжения +5В осуществляется однополупериодным выпрямителем – диодом D504 и конденсатором C523. Стабилизация этого напряжения осуществляется параметрическим стабилизатором, состоящим из Q501 и IC502-3.

 

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, 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.

 

Схема защиты от перегрева печки

Схема защиты 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. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC301-1. На конт.2 («прямой» вход) этого компаратора подается опорное напряжение, а на конт.3 («инверсный» вход) подается сигнал от датчика температуры – сигнал FSRTH. Напряжение сигнала FSRTH уменьшается при нагреве печки.

В принтере LJ1200 контроль температуры осуществляется двумя датчиками температуры. Сигнал от второго датчика температуры FSRSTH контролируется другим компаратором (IC202-2), которым осуществляется его сравнение с сигналом RLYD.

Сигналом RLYD 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 внутреннего тактового генератора задается кварцевым резонатором X201 (8 МГц). Микроконтроллер формирует сигналы для управления всеми двигателями, источниками высоких напряжений, считывает состояния всех датчиков. Микроконтроллер является специализированной микросхемой, разработанной специально для применения в лазерных принтерах Canon и HP. В таблице 1 приводится описание основных задействованных контактов. Всего у микросхемы микроконтроллера 80 контактов, но многие из них не используются, и поэтому они подключены либо к «земле», либо к шине +3.3В.

Таблица 1. Сигналы микроконтроллера принтера HP LaserJet 1200

№	Обознач	I/O	Описание контакта и сигнала
8	P10	-	Контакты для считывания состояния кнопки запуска теста (Engine Test), а также для считывания состояния сигнала FWD диагностического разъема J205.
9	TEST
13	XO	Выход	Контакт для подключения кварцевого резонатора тактового генератора микроконтроллера.
14	XI	Вход	Контакт для подключения кварцевого резонатора тактового генератора микроконтроллера.
16	RSTX	Вход	Входной сигнал «сброса».
17	SIO	Вход	Линия входных последовательных данных от специализированного диагностического разъема J205.
18	SOO	Выход	Линия выходных последовательных данных для специализированного диагностического разъема J205.
19	SCK	-	Сигнал тактовой синхронизации передачи данных по последовательным линиям #SI и #SO разъема J205.
20	P07	-	Стробирующий сигнал (#STRB) специализированного диагностического разъема J205.
23	P04	Выход	Сигнал включения охлаждающего вентилятора (FANON).
24	P03	Вход	Входной сигнал (FLOCK) контроля работы вентилятора. Низкий уровень сигнала означает, что вентилятор исправен и его скорость достигла заданных оборотов.
25	P02	Вход	Сигнал (#PISNS) 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.
26	P01	Вход	Сигнал (#POSNS) от выходного датчика бумаги. «Низкий» уровень сигнала соответствует наличию бумаги в печке.
27	P00	Выход	Сигнал (CPUD), управляющий соленоидом загрузки бумаги. Соленоид срабатывает при «высоком» уровне сигнала.
30	DCPWM	Выход	ШИМ-сигнал PRDCC для управления постоянной составляющей напряжения заряда фотобарабана.
31	PRACC	Выход	Импульсный сигнал, формирующий переменную составляющую напряжения заряда фотобарабана.
32	DEVAC	Выход	Импульсный сигнал DVACC, формирующий переменную составляющую напряжения проявки магнитного вала.
36	TRFM	Выход	Импульсный сигнал IRNFOI для формирования отрицательного напряжения на валу переноса.
37	TRFP	Выход	ШИМ-сигнал TRPWM для управления положительным напряжением вала переноса.
38	P52	Выход	Сигнал RLYD, управляющий реле в схеме защиты печки от перегрева. Реле включается при «высоком» уровне этого сигнала.
39	FSRD	Выход	Сигнал управления семистором схемы управления печкой. Режим работы семистора – ON/OFF.
42	AD0	Вход	Аналоговый сигнал FSRTH от первого датчика температуры печки.
43	AD1	Вход	Аналоговый сигнал CRGSNS, уровень которого пропорционален напряжению заряда фотобарабана.
44	AD2	Вход	Аналоговый сигнал TRCRNT, уровень которого пропорционален напряжению на валу переноса.
52	P23	Выход	Сигнал (IN) разрешения работы главного электродвигателя.
53	P24	Выход	Сигнал, определяющий направление тока фазы В главного электродвигателя.
54	P25	Выход	Сигнал, определяющий направление тока фазы А главного электродвигателя.
63	P15	Вход	Сигнал от датчика наличия бумаги во входном лотке. Датчик (PS201) установлен на плате контроллера.
64	P14	Вход	Вход, через который определяется наличие напряжения +24В. По уровню этого сигнала определяется состояние передней крышки принтера. «Высоким» уровнем сигнал показывает, что передняя крышка закрыта.
66	CNT0	Выход	Сигнал управления драйвером лазера. Совместно с сигналом CNT1 задает режим работы драйвера лазера.
67	CNT1	Выход	Сигнал управления драйвером лазера. Совместно с сигналом CNT0 задает режим работы драйвера лазера.
69	DEC	Выход	Сигнал управления драйвером двигателя вращающегося зеркала. «Низким» уровнем сигнал обеспечивает торможение двигателя. Режим работы драйвера двигателя задается этим сигналом совместно с  #ACC.
70	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.
71	BDI	Вход	Сигнал от датчика луча. «Низким» уровнем этот сигнал показывает, что вращающееся зеркало занимает необходимую позицию, соответствующую началу строки.
72	BDO	Выход	При активизации данного сигнала, форматер начинает передачу данных для управления лазером (VDO и #VDO). Сигнал формируется из сигнала  #BDI.
74	SCI	Вход	Данные от форматера, передаваемые в последовательном виде.
75	SCO	Выход	Данные, передаваемые от микроконтроллера на форматер в последовательном виде.
76	SCLK	-	Синхросигналы для передачи последовательных данных между микроконтроллером и форматером.
77	RESETO	Выход	Входной сигнал «сброса» для микросхемы форматера. Формируется микроконтроллером по сигналу RSTX.
41	AVSS	-	Земля аналоговой части  микроконтроллера.
47	AVCC	Вход	Напряжение питания аналоговой части микроконтроллера.
48	AVR	Вход	Опорное напряжение аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.
-	VCCn	Вход	Напряжение питания цифровой части микроконтроллера.
-	VSSn	-	«Земля» цифровой части микроконтроллера.

Связь микроконтроллера с блоком обработки данных (форматером) осуществляется через интерфейсный разъем J201 (на схеме этот разъем разбит на несколько частей). На схеме этот разъем является 22-контактным. Но в подавляющем большинстве принтеров LJ1200, продаваемых на нашем рынке, этот разъем, на самом деле, является 26-контактным, и поэтому распределение сигналов на нем мы обязаны привести, и делаем это в табл.2.

Таблица 2. Разъем J201

№	Сигнал
1	+3.3V
2	GND
3	+3.3V
4	GND
5	+3.3V
6	GND
7	GND
8	+5V
9	GND
10	+24V
11	+24V
12	GND
13	#RESET
14	SCLK
15	SC
16	#BD
17	+5V
18	GND
19	+3.3V
20	#BDI
21	CNT0
22	CNT1
23	+24V
24	GND
25	#DEC
26	#ACC

Обмен данными между микроконтроллером и форматером осуществляется по последовательной шине, состоящей из двух линий: SCLK (линия синхронизации) и SC (линия двунаправленной передачи данных).

 

Формирователь сигнала RESET

Формирователь представляет собой интегрирующую цепь (R244/C219), обеспечивающую временную задержку при появлении напряжения +3.3В. В результате, на конденсаторе C219 устанавливается сигнал высокого уровня, что соответствует номинальному значению напряжения и рабочему состоянию микроконтроллера. Кроме того, в составе формирователя сигнала RESET имеется еще и компаратор IC202 (конт.9 – конт.10). В момент, когда напряжение +3.3В уменьшается, на выходе компаратора устанавливается сигнал низкого уровня, что приводит к форсированному разряду конденсатора C219 через D203. В результате, сигнал RESET переводится в низкий уровень, что приводит к сбросу микроконтроллера.

 

Драйвер главного электродвигателя

Главный электродвигатель подключается к разъему J401 и является шаговым двигателем. Переключения фаз двигателя происходит по управляющим сигналам A, B, IN от микроконтроллера, формируемым на его выводах (конт.52, 53, 54). Сигналом IN разрешается управление двигателем, а сигналами B и A определяется направление тока в фазах двигателя. Коммутация обмоток двигателя осуществляется микросхемой драйвера двигателя IC401 (A8495SB). 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 R403 – R410.

Источник напряжения первичного заряда

Источник состоит из двух частей: формирователя переменного напряжения синусоидальной формы и формирователя постоянного напряжения. Контактная площадка, к которой подключается вал первичного заряда (PCR), 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.31 (PRACC) микроконтроллера. Этот сигнал преобразуется в синусоидальный с помощью операционного усилителя IC202 (конт.12 и конт.13), операционного усилителя IC301 (конт.5 и конт.6) и двухтактного усилителя на транзисторах Q309/Q310. Полученное напряжение через трансформатор T301 передается на вал PCR.

Формирователь постоянной составляющей выполнен на операционном усилителе IC301 (конт.9 и конт.10) и на транзисторе Q303. Этот формирователь управляется высокочастотным импульсным сигналом, генерируемым на конт.30 (PRDCC) микроконтроллера. Ширина импульсов на этом контакте изменяется при регулировке плотности печати, что приводит к изменению величины постоянной составляющей напряжения на валу PCR, т.е. регулировка плотности осуществляется методом ШИМ. Напряжение заряда должно стабилизироваться для обеспечения равномерной плотности печати. Такая стабилизация осуществляется цепью обратной связи (R384 – R393), действующей через конт.10 микросхемы IC302.

Наличие тока вала PCR и его величина контролируется микроконтроллером через аналоговый входной порт CRGSNS (конт.43). На этом входном контакте появляется постоянное напряжение величиной около 1.2 В в том случае, если через вал PCR протекает ток и ток имеет номинальное значение. Если напряжение на входе CRGSNS отсутствует, то это интерпретируется как отсутствие тонер-картриджа, что сопровождается соответствующей индикацией на панели управления. Сигнал обратной связи CRGSNS создается цепью из следующих элементов: C312, C313, С323, D311, R350, R351, R357, ZD306. Резисторами задается уровень напряжения обратной связи, а стабилитрон ZD306 обеспечивает защиту микроконтроллера от возможных скачков напряжения.

Необходимо обратить внимание на то, что резиновый прижимной вал печки во время печати находится под действием отрицательного напряжения 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 отпечатков и продлению срока эксплуатации печки. Напряжение смещения для прижимного вала печки также создается источником питания вала PCR. Постоянная составляющая напряжения заряда через резисторы R611 - R628 прикладывается к контактной площадке J305. От этой площадки через контактную пластину напряжение прикладывается к оси резинового прижимного вала печки.

 

Источник 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, который генерируется на конт.32 (DVACC) микроконтроллера. Далее этот сигнал усиливается микросхемой операционного усилителя IC301 (конт.12 и конт.13) и двухтактным усилителем на транзисторах Q305/Q306. Полученное напряжение прикладывается к первичной обмотке трансформатора T302. Постоянная составляющая создается выпрямлением и сглаживанием напряжения, наводимого во вторичной обмотке трансформатора T302. Выпрямительная цепь состоит из диода D301 и конденсатора С304. Резисторами R370 - R383 задается величина напряжения постоянной составляющей магнитного вала. Уровень постоянной составляющей напряжения магнитного вала в этой модели принтера не регулируется, т.е. изменять плотность печати через напряжение смещения магнитного вала, как это часто делается в других моделях принтеров, невозможно.

 

Источник 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 с помощью последовательности высокочастотных импульсов. При этом стабилизация и регулировка выходных напряжений этих источников осуществляется методом ШИМ. Контактная площадка, к которой подключается вал переноса, обозначен на схеме J302.

Формирователь положительного напряжения состоит из ключевого транзистора Q302, импульсного трансформатора T303 и диодно-емкостного умножителя напряжения (C307 - C310 и D302 – D305). Запускается и управляется формирователь импульсами TRPWM, формируемыми на конт.37 микроконтроллера.

Формирователь отрицательного напряжения состоит из ключевого транзистора Q304, импульсного трансформатора T304 и однополупериодного выпрямителя: D308, C316. Запускается и управляется формирователь импульсами IRNFOI, формируемыми на конт.36 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 – эти периоды временны называют периодом очистки.

Стабилизация напряжения переноса и регулировка его величины, в зависимости от влажности бумаги и окружающей среды осуществляется, как уже говорилось, изменением ширины управляющих импульсов TRPWM. Для оценки уровня напряжения на валу переноса имеется цепь обратной связи, состоящая из компаратора IC302 (конт.2 и конт.3), окружающих его конденсаторов и резисторов, а также стабилитрона ZD301. Стабилитроном ZD301 осуществляется защита входного порта микроконтроллера от возможных скачков, формируемых высоковольтными источниками. Сигнал обратной связи TRCRNT считывается микроконтроллером через аналоговый входной порт (конт.44). Микроконтроллер в соответствии со своей управляющей программой оценивает уровень сигнала обратной связи и изменяет в необходимой пропорции длительность сигналов TRPWM.

Кроме того, можно еще отметить, что положительное напряжение, прикладываемое к валу переносая, имеет два уровня значений. Максимальное напряжение прикладывается в момент, когда осуществляется непосредственный перенос тонера на бумагу. А вот в промежутках между печатаемыми страницами, а также перед подачей бумаги к фотобарабану, и сразу после того, как бумага покидает фотобарабан, на вал переноса подается пониженное положительное напряжение, которое называется межстраничным потенциалом (Between Page Voltage). Алгоритм формирования напряжения на валу переноса демонстрирует рис.3.

 

Тем специалистам, которые захотят проверить напряжение на валу переноса с помощью осциллографа, необходимо иметь в виду тот факт, что в реальности напряжение переноса представляет собой высокочастотные импульсы, а не постоянное напряжение, как это показано на рис.3 (на рис.3 показано действующее значение напряжения). Сглаживание напряжения осуществляется за счет емкостных характеристик самого вала переноса, а также за счет емкости бумаги.

Для диагностики исправности платы микроконтроллера и всех механизмов, подключаемых к ней, имеется специальный тест – Engine Test, запускаемый нажатием кнопки SW201. При этом принтер распечатывает лист с горизонтальными полосами.

 

Датчики принтера

В принтере Hewlett Packard LaserJet 1200 имеются следующие датчики.

1. Датчик наличия бумаги во входном лотке. Находится на плате микроконтроллера (PS201) и считывается через конт.63 микроконтроллера.

2. Датчик регистрации (PISNS) . Подключается к разъему J211.

3. Выходной датчик бумаги (POSNS). Подключается к разъему J210.

4. Датчики температуры печки (два датчика). Подключаются к разъему J206. Сигналы от датчиков аналоговые, поэтому и считываются через аналоговые входные порты микроконтроллера (конт.42 и конт.45).