專利名稱：盤驅動器中使用的用于驅動主軸馬達的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將盤用作一種記錄媒體的盤驅動器，特別涉及用于驅動一個主軸馬達而使所述盤旋轉并具有低功耗的一種裝置和方法。
背景技術：
一般而言，將盤用作記錄媒體的盤驅動器使用一個被稱為主軸馬達的馬達，以使盤高速旋轉。主軸馬達是無刷式DC馬達。直接將盤驅動器的供電電壓用作主軸馬達的供電電壓。盤驅動器的供電電壓一般是一個足以可靠地驅動主軸馬達的高電壓。但是，如果以高電壓對主軸馬達長時間供電，則功耗會增大。
便攜式個人計算機中使用的盤驅動器是依靠電池運轉的，且近來，使用電池供電的無線鏈接的盤驅動器也已投入使用。如果需要長時間地使用這些類型的盤驅動器，那么，就需要降低它們的功耗。
為此，公開號為8-45175的日本專利申請公開(以下稱為已有技術文獻)描述了一種用于降低盤驅動器的功耗(特別是盤驅動器中的馬達驅動裝置的功耗)的技術(以下稱為已有技術)。在該已有技術中，采用了兩個具有不同電壓的電源(電源裝置)以及電源選擇裝置。電源選擇裝置根據(jù)用來旋轉盤的馬達的旋轉速度、馬達的轉矩、或是馬達旋轉速度的變化，從兩個電源中選擇一個，從而使選定的電源向馬達驅動裝置供電。具體地，為了以2400rpm(轉/每分鐘)的速度旋轉馬達，選取12V的電源。另一方面，為了以600rpm的速度旋轉馬達，選取5V的電源。另外，如果在頭不與盤接觸時旋轉盤所需的馬達轉矩為20g.cm，則選擇5V的電源。另一方面，如果在頭與盤接觸時旋轉盤所需的馬達轉矩為80g.cm，則選擇12V的電源。此外，在需要快速切換旋轉速度的盤驅動器中，選擇高壓電源用于快速切換。這樣，在該已有技術中，依據(jù)用來旋轉盤的馬達旋轉速度、馬達的轉矩、或是馬達旋轉速度的變化來切換電源，以此降低盤驅動器的功耗。
如上所述，該已有技術至少需要兩個具有不同電壓的電源。此外，近來的發(fā)展趨勢為降低盤驅動器的電源電壓，借此降低整個盤驅動器的功耗。但是，如果降低盤驅動器的電源電壓，則難以在例如開啟盤驅動器時啟動馬達。在該已有技術文獻中，沒有提及這一問題及其解決辦法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種盤驅動器，其中，利用單獨一個低壓電源就能快速啟動主軸馬達，并且在主軸馬達處于額定旋轉狀態(tài)時，功耗降低。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種將盤用作記錄媒體的盤驅動器。該盤驅動器包括一個主軸馬達、驅動器電路、第一控制電路、第二控制電路、電壓調壓器、電壓選擇器以及控制器。主軸馬達旋轉盤。驅動器電路通過向主軸馬達提供電流來驅動主軸馬達。第一控制電路通過驅動器電路來控制主軸馬達，以便在第一模式下啟動主軸馬達。第二控制電路通過驅動器電路來控制主軸馬達，以便在第二模式下，以額定速度旋轉主軸馬達。電壓調壓器使來自于盤驅動電源的電源電壓升壓。在第一種模式中，電壓選擇器選擇經過調壓器升壓的電源電壓作為提供給驅動器電路的電壓，而在第二種模式中，電壓選擇器選擇來自于盤驅動電源的電源電壓作為提供給驅動器電路的電壓?？刂破髟O置第一模式以啟動主軸馬達，在主軸馬達已經啟動之后，設置第二模式。
在以下的說明中，將會闡述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點，并且這些目的和優(yōu)點將通過下面的說明而顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而被習知。通過特別是在下文中提到的一些手段以及幾種組合，可以實現(xiàn)并獲取本發(fā)明的目的和優(yōu)點。


引入本文并構成說明書一部分的附圖，說明了本發(fā)明的實施例，它與上面給出的一般性說明以及以下給出的實施例詳細說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是一張框圖，用于說明依據(jù)本發(fā)明實施例的硬盤驅動器的結構。
圖2是一張流程順序圖，用于說明啟動主軸馬達(SPM)11并使其以預定速度旋轉的控制過程。
具體實施例方式
參見附圖，以下，將對把本發(fā)明應用于硬盤驅動器的一個實施例進行說明。
圖1是一張框圖，它說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的硬盤驅動器(以下稱為“HDD”)1的結構。圖1中的HDD1連接到由電池所表示的電源(低壓電源)2上。電源2的電壓例如可以為3.3V，它低于常規(guī)的5V電源電壓。
HDD1包括一個主軸馬達(以下稱為“SPM”)11、SPM驅動器12以及CPU13。SPM11旋轉用作HDD1的記錄媒體的磁盤(未示出)。SPM11具有一個三相、12極(pole)的馬達線圈，例如可以用U、V和W來表示這種馬達線圈。SPM驅動器12向SPM11提供電流以便驅動它。CPU13是一個控制器，用于根據(jù)存儲在諸如ROM(未示出)這樣的非易失性存儲器中的控制程序，來控制HDD1的每個部件。這種控制程序包括一個啟動程序，用于啟動SPM11并使其以預定速度旋轉。在SPM11以預定速度旋轉該盤的同時執(zhí)行向盤寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)。這個預定的旋轉速度被稱為額定速度(穩(wěn)態(tài)旋轉速度)。在這個實施例中，該額定速度為4200rpm。當SPM11在4200rpm±Δ(Δ是容差)的轉速范圍內旋轉時，SPM11就被看作是處于額定旋轉狀態(tài)(穩(wěn)定旋轉狀態(tài))。處于4200rpm±Δ范圍內的轉速可被叫作額定速度。
SPM12驅動器12包括一個主控電路121、速度信號發(fā)生器122、啟動控制電路123、PWM電路124、電壓調壓器125、電壓選擇器126以及驅動器電路127。主控電路121根據(jù)來自于CPU13的指令，來控制電壓調壓器125。主控電路121還根據(jù)CPU13所設置的、用于驅動SPM11的一種模式(SPM驅動模式)，來控制啟動控制電路123、PWM電路124或電壓選擇器126。SPM驅動模式包括SPM啟動模式和PWM模式。SPM啟動模式是用于啟動SPM11。PWM模式通過脈沖寬度調制(PWM)控制，以額定速度旋轉SPM11。
速度信號發(fā)生器122產生一個其頻率與SPM11的轉速成正比的信號SS(以下稱為速度信號)。速度信號SS是由一系列脈沖構成的，其中的每一個脈沖都是在由SPM11的轉速所確定的周期內發(fā)生的。速度信號發(fā)生器122所產生的速度信號SS被提供給CPU13。啟動控制電路123假定僅僅在SPM啟動模式下為可操作狀態(tài)(ON狀態(tài))。啟動控制電路123是一個第一控制電路，用于在該可操作狀態(tài)下，根據(jù)預定順序來控制SPM11的啟動。PWM電路124假定僅僅在PWM模式下為可操作狀態(tài)。PWM電路124是一個第二控制電路，用于在可操作狀態(tài)下，利用PWM來控制SPM11，以便使其以額定速度旋轉。
電壓調壓器125將電源2的電壓(3.3V)升到一個預定電壓，諸如5V。在主控電路121的控制下，電壓選擇器126切換(選擇)提供給驅動器電路127的電源電壓。在這個實施例中，驅動器電路127的電源電壓是在來自于HDD1的電源2的電源電壓(3.3V)和經過電壓調壓器125升壓后的電源電壓(5V)之間進行切換的。
驅動器電路127是由電壓選擇器126選定的電源電壓來供電的，因此，它在啟動控制電路123或PWM電路124的控制下，向SPM11提供電流(SPM電流)。具體地，驅動器控制電路127在同樣是由啟動控制電路123或PWM電路124指定的時間點，向SPM11的U、V和W中的每一相提供由啟動控制電路123或PWM電路124所指定的SPM電流。
參見圖2的流程順序圖，以下將說明用于啟動SPM11并使其以額定速度旋轉的控制過程。例如在接通電源并需要啟動SPM11時，CPU13向SPM驅動器12的主控電路121提供一條開啟調壓器的指令(步驟S11)。一旦接收到該指令，主控電路121就開啟電壓調壓器125(步驟S12)。結果，電壓調壓器125將來自于電源2的3.3V的電壓升壓到5V。
另一方面，在提供了調壓器開啟指令后，CPU13使得主控電路121將SPM驅動器12設定在SPM啟動模式下(步驟S13)。當SPM驅動器12被設置為SPM啟動模式時，主控電路121在步驟S14執(zhí)行以下處理。主控電路121控制電壓選擇器126，以便選取由電壓調壓器125升至5V的電源電壓。升壓到5V的電源電壓被提供給驅動器電路127，作為它的電源電壓。換言之，主控電路121將提供給驅動器電路127的電源電壓，從來自于HDD1的電源2的3.3V電源電壓，切換到5V的升壓電壓(高電壓)。主控電路121還在步驟S14開啟啟動控制電路123。
當啟動控制電路123已經由主控電路121開啟時，它就通過根據(jù)預定順序控制驅動器電路127來啟動SPM11。為了啟動SPM11，需要足夠的啟動轉矩。因此，如果將從電源2輸出的3.3V電壓(低電壓)作為提供給驅動器電路127的電源電壓，則SPM11不能啟動，或者是需要很長時間來將SPM11的轉速增大到額定速度。但是，在本實施例中，在SPM啟動模式下，經過電壓調壓器125升壓的5V電壓被用作提供給驅動器電路127的電源電壓。這使得SPM11能夠很快啟動。
當CPU13已經將SPM驅動器12設置為SPM啟動模式時，它就計算SPM11的當前轉速RS(步驟S15)。SPM11的轉速RS是根據(jù)從SPM驅動器12的速度信號發(fā)生器122輸出的速度信號中所包含的每一個脈沖的周期而計算出的。隨后，CPU13確定SPM11的轉速RS是否超過了預定轉速(步驟S16)。這個預定轉速被設定為一個稍低于額定速度(4200rpm)的值，例如4000rpm。在SPM11的轉速RS超過該預定值之前，CPU13一直以一定時間間隔重復步驟S15和S16。
當SPM11的轉速RS超過預定值時，CPU13確定SPM11已經啟動。此時，CPU13命令主控電路121設定PWM模式，由此，將SPM驅動器12從SPM啟動模式切換為PWM模式(步驟S17)。當SPM驅動器12已經從SPM啟動模式切換到PWM模式時，主控電路121就在步驟S18執(zhí)行以下處理。主控電路121控制電壓選擇器126，以便將提供給驅動器電路127的電源電壓從由電壓調壓器125升至5V的電壓切換到電源2的低電壓(3.3V)。此外，在步驟S18，主控電路121將啟動控制電路123切換到OFF狀態(tài)(不可操作狀態(tài))，并將PWM電路124切換到ON狀態(tài)(可操作狀態(tài))。
在執(zhí)行了步驟S18之后，主控電路121通知CPU13已完成切換(步驟S19)。當CPU13接到完成切換的通知后，向主控電路121提供一條指令，以關閉調壓器(步驟S20)。一旦接收到來自于CPU13的指令，主控電路121就將電壓調壓器125切換為OFF狀態(tài)(不可操作狀態(tài))(步驟S21)。
當在PWM模式中，PWM電路124已經被主控電路121開啟時，它就利用PWM來控制驅動器電路127，以便使SPM11以額定速度旋轉。SPM11以額定速度旋轉的時期要大大長于啟動SPM11所需的時間。因此，就需要使SPM11以額定速度旋轉期間的功耗最低。當SPM11以額定速度旋轉時，不管施加到驅動器電路127上的電源電壓是多少，所提供的電流是恒定的。因此，提供給驅動器電路127的電壓越低，則功耗越小。根據(jù)這一點，在本實施例中，在SPM11以額定速度旋轉的PWM模式下，從電源2輸出的3.3V電壓(低電壓)被用作提供給驅動器電路127的電源電壓。結果，在SPM11的穩(wěn)態(tài)旋轉期間，HDD1的功耗得以降低。此外，在本實施例中，為了以額定速度旋轉SPM11，由PWM電路124利用PWM來控制驅動器電路127。結果，驅動器電路127以高速開啟/關閉(開關)。與不開啟/關閉驅動器電路127而進行控制的線性控制相比，這種控制降低了驅動器電路127的功耗。
如果提供給驅動器電路127的、用于驅動SPM11的電源電壓降低(在本實施例中，從5V降低到3.3V)，則SPM11的額定轉矩也降低。根據(jù)這一點，可取的做法是隨著電源電壓的降低，減少馬達線圈的繞組數(shù)，或SPM11的磁強度。如果使用經過如此改進的SPM11，則減小了SPM11的轉矩常數(shù)Kt，由此，補償了額定轉矩的降低，但是，如果Kt保持為低，則SPM11的功耗會增大。根據(jù)這一點，使用具有低摩擦力轉矩(額定轉速時的轉矩)的一個SPM11。如果SPM11是一個滾珠軸承的SPM，則可以使用一種具有低黏性和低滲透性的潤滑油，以降低SPM11的摩擦力轉矩。作為滾珠的材料，最好使用例如是具有低滾動阻力的陶瓷。另外，如果SPM11是一種流體動力軸承SPM，則最好對流體動力軸承使用一種低黏性的油。
在本實施例中，將當前發(fā)明應用于裝有用來旋轉磁盤的SPM的HDD(硬盤驅動器)中。但是，本發(fā)明并不僅限于此，它還可應用于其他類型的盤驅動器，例如具有用來旋轉磁光盤的SPM的磁光盤驅動器、具有用來旋轉光盤的SPM的光盤驅動器等等。
權利要求
1.一種利用盤作為記錄媒體的盤驅動器(1)，其特征在于包括主軸馬達(11)，用于使所述盤旋轉；驅動器電路(127)，用于通過將電流提供給主軸馬達(11)，來驅動主軸馬達(11)；第一控制電路(123)，用于在第一模式下，通過所述驅動器電路(127)來控制所述主軸馬達(11)，以啟動所述主軸馬達(11)；第二控制電路(124)，用于在第二模式下，通過所述驅動器電路(127)來控制所述主軸馬達(11)，以便以一個額定速度來旋轉所述主軸馬達(11)；電壓調壓器(125)，用于對來自盤驅動電源(2)的電源電壓進行升壓；電壓選擇器(126)，用于在第一模式下，選擇由所述調壓器(125)升壓后的電源電壓作為加到所述驅動器電路(127)上的電壓，而在第二模式下，選擇來自所述盤驅動電源(2)的電源電壓作為加到所述驅動器電路(127)上的電壓；以及控制器(13)，用于設置第一模式以啟動所述主軸馬達(11)，并在所述主軸馬達(11)已被啟動時，設置第二模式。
2.根據(jù)權利要求1的所述盤驅動器(1)，其特征在于所述第二控制電路(124)利用脈沖寬度調制來控制所述主軸馬達(11)，使之以額定速度旋轉。
3.根據(jù)權利要求1的所述盤驅動器(1)，其特征在于還包括一個主控電路(121)，用于根據(jù)所述控制器(13)是否已設定所述第一模式或所述第二模式，來控制第一控制電路(123)、第二控制電路(124)以及電壓選擇器(126)。
4.根據(jù)權利要求3的所述盤驅動器(1)，其特征在于如果所述控制器(13)設定所述第一模式，所述主控電路(121)就使所述電壓選擇器(126)選擇由所述電壓調壓器(125)升壓后的電源電壓，并操作第一控制電路(123)；以及如果所述第一模式被切換到所述第二模式，則所述主控電路(121)使所述電壓選擇器(126)選擇來自所述盤驅動電源(2)的電源電壓，停止所述第一控制電路(123)的操作，并操作所述第二控制電路(124)。
5.根據(jù)權利要求1的所述盤驅動器(1)，其特征在于所述控制器(13)在所述第一模式下監(jiān)測所述主軸馬達(11)的轉速，并且如果所述主軸馬達(11)的轉速超過一個低于所述額定速度的預定值時，就確定所述主軸馬達(11)已經啟動。
6.根據(jù)權利要求1的所述盤驅動器(1)，其特征在于所述控制器(13)在設定所述第一模式之前操作所述電壓調壓器(126)，并在所述第一模式被切換到所述第二模式之后，停止所述電壓調壓器(126)的操作。
7.一種用在以盤作為記錄媒體的盤驅動器(1)中的主軸馬達驅動器(12)，所述主軸馬達驅動器(12)驅動使盤旋轉的主軸馬達(11)，其特征在于包括一個驅動器電路(127)，用于通過向所述主軸馬達(11)提供電流來驅動所述主軸馬達(11)；一個第一控制電路(123)，用于通過所述驅動器電路(127)來控制所述主軸馬達(11)，以啟動所述主軸馬達(11)；一個第二控制電路(124)，用于通過所述驅動器電路(127)來控制所述主軸馬達(11)，使之以額定速度旋轉；一個電壓調壓器(125)，用于對來自盤驅動電源(2)的電源電壓進行升壓；一個電壓選擇器(126)，用于選擇來自所述盤驅動電壓(2)的電源電壓和由所述調壓器(125)升壓后的電源電壓中的一個作為加到所述驅動器電路(127)上的電壓；以及一個主控電路(121)，用于控制所述第一控制電路(123)、所述第二控制電路(124)以及所述電壓選擇器(126)，如果所述主軸馬達(11)處于啟動所述主軸馬達(11)的第一模式下，則所述主控電路(121)操作所述第一控制電路(123)，并使所述電壓選擇器(126)選取由所述電壓調壓器(125)升壓的電源電壓，如果所述主軸馬達(11)處于所述主軸馬達(11)以額定速度旋轉的第二模式下，則所述主控電路停止所述第一控制電路(123)的操作，操作所述第二控制電路(124)，并使所述電壓選擇器(126)選擇來自所述盤驅動電源(2)的電源電壓。
8.根據(jù)權利要求7的所述主軸馬達驅動器(12)，其特征在于所述第二控制電路(124)利用脈沖寬度調制來控制所述主軸馬達(11)，使之以額定速度旋轉。
9.一種用在以盤作為記錄媒體的盤驅動器(1)中、用于驅動使盤旋轉的主軸馬達的方法，所述方法的特征在于包括當啟動所述主軸馬達時，設定第一模式(S13)；當所述主軸馬達(11)已經啟動之后，將所述第一模式切換到第二模式(S17)；在所述第一模式下，控制用于驅動所述主軸馬達(11)的驅動器電路(127)，以啟動所述主軸馬達(11)(S14)；在所述第二模式下，控制所述驅動器電路(127)，以便以一個額定速度使所述主軸馬達(11)旋轉(S18)；利用一個調壓器(125)，對來自盤驅動電源(2)的電源電壓進行升壓(S12)；在所述第一模式下，將由所述調壓器(125)升壓后的電源電壓施加到所述驅動器電路(127)(S14)；以及在第二模式下，將來自盤驅動電源(2)的電源電壓加到所述驅動器電路(127)上(S18)。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于還包括監(jiān)測所述第一模式下的所述主軸馬達(11)的轉速；以及如果所述主軸馬達(11)的轉速超過一個低于所述額定速度的預定值，則確定所述主軸馬達(11)已被啟動(S16)。
11.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于還包括在設置所述第一模式之前操作所述電壓調壓器(125)(S11)；以及在所述第一模式被切換到所述第二模式之后，停止所述電壓調壓器(125)的操作(S20)。
全文摘要
在啟動SPM(11)時，CPU(13)將SPM驅動器(12)設定為SPM啟動模式。此時，電壓選擇器(126)將由電壓調壓器(125)升壓后的一個電壓(高電壓)加到驅動器電路(127)上。在SPM啟動模式期間，啟動控制電路(123)控制其上加有高電壓的所述驅動電路(127)來啟動所述SPM(11)。當所述SPM(11)已經啟動后，CPU(13)將SPM驅動器(12)設定為PWM模式。此時，電壓選擇器(126)將加到所述驅動器電路(127)上的電壓，從升壓后的電壓切換到電源(2)的電壓(低電壓)。在PWM模式期間，PWM電路(124)控制其上加有低電壓的所述驅動器電路(127)，以便使所述SPM(11)以額定速度旋轉。
文檔編號H02P6/00GK1472740SQ0313647
公開日2004年2月4日 申請日期2003年5月23日 優(yōu)先權日2002年7月31日
發(fā)明者中林陽一, 中林 一 申請人:株式會社東芝