[发明专利]多路复用的多电平变换器放大器

说明书

本发明提供一种多路复用的多电平变换器放大器。所述变换器被配置成生成变换器电压。所述变换器电压在多个电压电平之间变化。多路复用器由至少四个开关组成，所述多路复用器被配置成根据所述至少四个开关的配置生成正输出电压和负输出电压。所述正输出电压在所述变换器电压和正供电轨之间变化，所述负输出电压在所述变换器电压和负供电轨之间变化。由所述多路复用器对放大器供电，所述放大器生成在所述正输出电压和所述负输出电压之间变化的输出电压。控制模块被配置成控制所述多路复用器的所述至少四个开关的配置和所述变换器电压的多个电压电平，使所述变换器电压与所述输出电压同步。

技术领域

本公开大体上涉及功率放大，并且更具体地涉及驱动电容性负载的可变输出电源，所述电容器性负载例如具有梯形或相似的电压波形的喷墨打印头的电容器性负载。

背景技术

现代喷墨打印机能够精确地在纸、织物、陶瓷和其它材料上设置数百万的微小的墨滴，以产生图像。喷墨打印具有许多应用，其中的一些包括：食品、饮料和医疗包装，例如广告牌和旗帜的大幅面应用。在喷墨打印机的设计和供电中功率运算放大器发挥重要作用。

针对喷墨打印的压电技术通常使用当电压脉冲施加到压电转换器时弯曲的晶体，从而迫使墨水滴从喷嘴出来。当电压脉冲施加到压电材料时，压电材料变形，迫使微小的墨滴滴到待打印的表面上。当电压返回零时，材料恢复其原始形状，将墨水吸入储存器中，因此准备好施加下一滴。此周期每秒重复许多次，通常每次打印头穿过打印区域。

代表性的打印头配置可使用放大器驱动许多喷嘴。放大器可在任何一个时刻连接至喷嘴的任何数目的端口。在任何时刻，承载所有喷嘴的打印头正从任何地方发射或多或少0到1024个的墨滴，如由打印程序指令管理的。对于喷墨打印机应用，除其它之外，梯形波形轮廓使得墨水从墨水盒流到喷嘴腔室以供应墨水用于待分配的下一滴。

放大器用在现代电子学的各种设置中，其中只有一个用在驱动喷墨打印机的打印头中。期望功率放大器的设计与对特定应用或打印解决方案期望的任何任意的波形兼容。可再现梯形波形的一个功率放大器是线性功率放大器，通常是B类或AB类配置。图1示出具有其电源和电容性负载的基本线性功率放大器的简化框图。图2示出B类功率放大器的简化的示范性输出级。

然而，基本线性功率放大器方法的潜在缺陷是相对高的功耗。图3示出根据图2中示出的B类放大器的配置驱动电容性负载中涉及的波形的各个方面。通常，在频率为f，最大电压为V_max的梯形信号和压电负载可模拟为电容器C时，功耗可近似模拟为：

P_losses＝CfV_{positive_constant}V_max

在上面的等式中，V_{positive_constant}是线性功率放大器的正电压源(图2 中的V_positive)。出于计算方便，可假设负供电V_{negative_constant}为零，即负载通过图2中的T2对地放电。在图3中示出的“Output Voltage(输出电压)”3 01的上升沿307中的功耗通常归因于图2中示出的晶体管T1 201上的电压降，而在下降沿308中的功耗通常归因于晶体管T2 202上的电压降，并通常归因于电容器对地或者对某个负电压放电。

发明内容

在本公开的一些方面，变换器被配置成生成变换器电压。所述变换器电压在多个电压电平之间变化。多路复用器由至少四个开关组成，所述多路复用器被配置成根据所述至少四个开关的配置生成正输出电压和负输出电压。所述正输出电压在所述变换器电压和正供电轨之间变化，所述负输出电压在所述变换器电压和负供电轨之间变化。由所述多路复用器对放大器供电，所述放大器生成在所述正输出电压和所述负输出电压之间变化的输出电压。控制模块被配置成控制所述多路复用器的所述至少四个开关的配置和所述变换器电压的多个电压电平，使所述变换器电压与所述输出电压同步。