专利名称：盘驱动器中使用的用于驱动主轴马达的装置和方法
技术领域：
本发明涉及将盘用作一种记录媒体的盘驱动器，特别涉及用于驱动一个主轴马达而使所述盘旋转并具有低功耗的一种装置和方法。
背景技术：
一般而言，将盘用作记录媒体的盘驱动器使用一个被称为主轴马达的马达，以使盘高速旋转。主轴马达是无刷式DC马达。直接将盘驱动器的供电电压用作主轴马达的供电电压。盘驱动器的供电电压一般是一个足以可靠地驱动主轴马达的高电压。但是，如果以高电压对主轴马达长时间供电，则功耗会增大。
便携式个人计算机中使用的盘驱动器是依靠电池运转的，且近来，使用电池供电的无线链接的盘驱动器也已投入使用。如果需要长时间地使用这些类型的盘驱动器，那么，就需要降低它们的功耗。
为此，公开号为8-45175的日本专利申请公开(以下称为已有技术文献)描述了一种用于降低盘驱动器的功耗(特别是盘驱动器中的马达驱动装置的功耗)的技术(以下称为已有技术)。在该已有技术中，采用了两个具有不同电压的电源(电源装置)以及电源选择装置。电源选择装置根据用来旋转盘的马达的旋转速度、马达的转矩、或是马达旋转速度的变化，从两个电源中选择一个，从而使选定的电源向马达驱动装置供电。具体地，为了以2400rpm(转/每分钟)的速度旋转马达，选取12V的电源。另一方面，为了以600rpm的速度旋转马达，选取5V的电源。另外，如果在头不与盘接触时旋转盘所需的马达转矩为20g.cm，则选择5V的电源。另一方面，如果在头与盘接触时旋转盘所需的马达转矩为80g.cm，则选择12V的电源。此外，在需要快速切换旋转速度的盘驱动器中，选择高压电源用于快速切换。这样，在该已有技术中，依据用来旋转盘的马达旋转速度、马达的转矩、或是马达旋转速度的变化来切换电源，以此降低盘驱动器的功耗。
如上所述，该已有技术至少需要两个具有不同电压的电源。此外，近来的发展趋势为降低盘驱动器的电源电压，借此降低整个盘驱动器的功耗。但是，如果降低盘驱动器的电源电压，则难以在例如开启盘驱动器时启动马达。在该已有技术文献中，没有提及这一问题及其解决办法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种盘驱动器，其中，利用单独一个低压电源就能快速启动主轴马达，并且在主轴马达处于额定旋转状态时，功耗降低。
根据本发明的一个方面，提供了一种将盘用作记录媒体的盘驱动器。该盘驱动器包括一个主轴马达、驱动器电路、第一控制电路、第二控制电路、电压调压器、电压选择器以及控制器。主轴马达旋转盘。驱动器电路通过向主轴马达提供电流来驱动主轴马达。第一控制电路通过驱动器电路来控制主轴马达，以便在第一模式下启动主轴马达。第二控制电路通过驱动器电路来控制主轴马达，以便在第二模式下，以额定速度旋转主轴马达。电压调压器使来自于盘驱动电源的电源电压升压。在第一种模式中，电压选择器选择经过调压器升压的电源电压作为提供给驱动器电路的电压，而在第二种模式中，电压选择器选择来自于盘驱动电源的电源电压作为提供给驱动器电路的电压。控制器设置第一模式以启动主轴马达，在主轴马达已经启动之后，设置第二模式。
在以下的说明中，将会阐述本发明的其它目的和优点，并且这些目的和优点将通过下面的说明而显而易见，或者通过实施本发明而被习知。通过特别是在下文中提到的一些手段以及几种组合，可以实现并获取本发明的目的和优点。
引入本文并构成说明书一部分的附图，说明了本发明的实施例，它与上面给出的一般性说明以及以下给出的实施例详细说明一起，用于解释本发明的原理。
图1是一张框图，用于说明依据本发明实施例的硬盘驱动器的结构。
图2是一张流程顺序图，用于说明启动主轴马达(SPM)11并使其以预定速度旋转的控制过程。
具体实施例方式
参见附图，以下，将对把本发明应用于硬盘驱动器的一个实施例进行说明。
图1是一张框图，它说明了根据本发明实施例的硬盘驱动器(以下称为“HDD”)1的结构。图1中的HDD1连接到由电池所表示的电源(低压电源)2上。电源2的电压例如可以为3.3V，它低于常规的5V电源电压。
HDD1包括一个主轴马达(以下称为“SPM”)11、SPM驱动器12以及CPU13。SPM11旋转用作HDD1的记录媒体的磁盘(未示出)。SPM11具有一个三相、12极(pole)的马达线圈，例如可以用U、V和W来表示这种马达线圈。SPM驱动器12向SPM11提供电流以便驱动它。CPU13是一个控制器，用于根据存储在诸如ROM(未示出)这样的非易失性存储器中的控制程序，来控制HDD1的每个部件。这种控制程序包括一个启动程序，用于启动SPM11并使其以预定速度旋转。在SPM11以预定速度旋转该盘的同时执行向盘写入数据或从中读出数据。这个预定的旋转速度被称为额定速度(稳态旋转速度)。在这个实施例中，该额定速度为4200rpm。当SPM11在4200rpm±Δ(Δ是容差)的转速范围内旋转时，SPM11就被看作是处于额定旋转状态(稳定旋转状态)。处于4200rpm±Δ范围内的转速可被叫作额定速度。
SPM12驱动器12包括一个主控电路121、速度信号发生器122、启动控制电路123、PWM电路124、电压调压器125、电压选择器126以及驱动器电路127。主控电路121根据来自于CPU13的指令，来控制电压调压器125。主控电路121还根据CPU13所设置的、用于驱动SPM11的一种模式(SPM驱动模式)，来控制启动控制电路123、PWM电路124或电压选择器126。SPM驱动模式包括SPM启动模式和PWM模式。SPM启动模式是用于启动SPM11。PWM模式通过脉冲宽度调制(PWM)控制，以额定速度旋转SPM11。
速度信号发生器122产生一个其频率与SPM11的转速成正比的信号SS(以下称为速度信号)。速度信号SS是由一系列脉冲构成的，其中的每一个脉冲都是在由SPM11的转速所确定的周期内发生的。速度信号发生器122所产生的速度信号SS被提供给CPU13。启动控制电路123假定仅仅在SPM启动模式下为可操作状态(ON状态)。启动控制电路123是一个第一控制电路，用于在该可操作状态下，根据预定顺序来控制SPM11的启动。PWM电路124假定仅仅在PWM模式下为可操作状态。PWM电路124是一个第二控制电路，用于在可操作状态下，利用PWM来控制SPM11，以便使其以额定速度旋转。
电压调压器125将电源2的电压(3.3V)升到一个预定电压，诸如5V。在主控电路121的控制下，电压选择器126切换(选择)提供给驱动器电路127的电源电压。在这个实施例中，驱动器电路127的电源电压是在来自于HDD1的电源2的电源电压(3.3V)和经过电压调压器125升压后的电源电压(5V)之间进行切换的。
驱动器电路127是由电压选择器126选定的电源电压来供电的，因此，它在启动控制电路123或PWM电路124的控制下，向SPM11提供电流(SPM电流)。具体地，驱动器控制电路127在同样是由启动控制电路123或PWM电路124指定的时间点，向SPM11的U、V和W中的每一相提供由启动控制电路123或PWM电路124所指定的SPM电流。
参见图2的流程顺序图，以下将说明用于启动SPM11并使其以额定速度旋转的控制过程。例如在接通电源并需要启动SPM11时，CPU13向SPM驱动器12的主控电路121提供一条开启调压器的指令(步骤S11)。一旦接收到该指令，主控电路121就开启电压调压器125(步骤S12)。结果，电压调压器125将来自于电源2的3.3V的电压升压到5V。
另一方面，在提供了调压器开启指令后，CPU13使得主控电路121将SPM驱动器12设定在SPM启动模式下(步骤S13)。当SPM驱动器12被设置为SPM启动模式时，主控电路121在步骤S14执行以下处理。主控电路121控制电压选择器126，以便选取由电压调压器125升至5V的电源电压。升压到5V的电源电压被提供给驱动器电路127，作为它的电源电压。换言之，主控电路121将提供给驱动器电路127的电源电压，从来自于HDD1的电源2的3.3V电源电压，切换到5V的升压电压(高电压)。主控电路121还在步骤S14开启启动控制电路123。
当启动控制电路123已经由主控电路121开启时，它就通过根据预定顺序控制驱动器电路127来启动SPM11。为了启动SPM11，需要足够的启动转矩。因此，如果将从电源2输出的3.3V电压(低电压)作为提供给驱动器电路127的电源电压，则SPM11不能启动，或者是需要很长时间来将SPM11的转速增大到额定速度。但是，在本实施例中，在SPM启动模式下，经过电压调压器125升压的5V电压被用作提供给驱动器电路127的电源电压。这使得SPM11能够很快启动。
当CPU13已经将SPM驱动器12设置为SPM启动模式时，它就计算SPM11的当前转速RS(步骤S15)。SPM11的转速RS是根据从SPM驱动器12的速度信号发生器122输出的速度信号中所包含的每一个脉冲的周期而计算出的。随后，CPU13确定SPM11的转速RS是否超过了预定转速(步骤S16)。这个预定转速被设定为一个稍低于额定速度(4200rpm)的值，例如4000rpm。在SPM11的转速RS超过该预定值之前，CPU13一直以一定时间间隔重复步骤S15和S16。
当SPM11的转速RS超过预定值时，CPU13确定SPM11已经启动。此时，CPU13命令主控电路121设定PWM模式，由此，将SPM驱动器12从SPM启动模式切换为PWM模式(步骤S17)。当SPM驱动器12已经从SPM启动模式切换到PWM模式时，主控电路121就在步骤S18执行以下处理。主控电路121控制电压选择器126，以便将提供给驱动器电路127的电源电压从由电压调压器125升至5V的电压切换到电源2的低电压(3.3V)。此外，在步骤S18，主控电路121将启动控制电路123切换到OFF状态(不可操作状态)，并将PWM电路124切换到ON状态(可操作状态)。
在执行了步骤S18之后，主控电路121通知CPU13已完成切换(步骤S19)。当CPU13接到完成切换的通知后，向主控电路121提供一条指令，以关闭调压器(步骤S20)。一旦接收到来自于CPU13的指令，主控电路121就将电压调压器125切换为OFF状态(不可操作状态)(步骤S21)。
当在PWM模式中，PWM电路124已经被主控电路121开启时，它就利用PWM来控制驱动器电路127，以便使SPM11以额定速度旋转。SPM11以额定速度旋转的时期要大大长于启动SPM11所需的时间。因此，就需要使SPM11以额定速度旋转期间的功耗最低。当SPM11以额定速度旋转时，不管施加到驱动器电路127上的电源电压是多少，所提供的电流是恒定的。因此，提供给驱动器电路127的电压越低，则功耗越小。根据这一点，在本实施例中，在SPM11以额定速度旋转的PWM模式下，从电源2输出的3.3V电压(低电压)被用作提供给驱动器电路127的电源电压。结果，在SPM11的稳态旋转期间，HDD1的功耗得以降低。此外，在本实施例中，为了以额定速度旋转SPM11，由PWM电路124利用PWM来控制驱动器电路127。结果，驱动器电路127以高速开启/关闭(开关)。与不开启/关闭驱动器电路127而进行控制的线性控制相比，这种控制降低了驱动器电路127的功耗。
如果提供给驱动器电路127的、用于驱动SPM11的电源电压降低(在本实施例中，从5V降低到3.3V)，则SPM11的额定转矩也降低。根据这一点，可取的做法是随着电源电压的降低，减少马达线圈的绕组数，或SPM11的磁强度。如果使用经过如此改进的SPM11，则减小了SPM11的转矩常数Kt，由此，补偿了额定转矩的降低，但是，如果Kt保持为低，则SPM11的功耗会增大。根据这一点，使用具有低摩擦力转矩(额定转速时的转矩)的一个SPM11。如果SPM11是一个滚珠轴承的SPM，则可以使用一种具有低黏性和低渗透性的润滑油，以降低SPM11的摩擦力转矩。作为滚珠的材料，最好使用例如是具有低滚动阻力的陶瓷。另外，如果SPM11是一种流体动力轴承SPM，则最好对流体动力轴承使用一种低黏性的油。
在本实施例中，将当前发明应用于装有用来旋转磁盘的SPM的HDD(硬盘驱动器)中。但是，本发明并不仅限于此，它还可应用于其他类型的盘驱动器，例如具有用来旋转磁光盘的SPM的磁光盘驱动器、具有用来旋转光盘的SPM的光盘驱动器等等。
权利要求
1.一种利用盘作为记录媒体的盘驱动器(1)，其特征在于包括主轴马达(11)，用于使所述盘旋转；驱动器电路(127)，用于通过将电流提供给主轴马达(11)，来驱动主轴马达(11)；第一控制电路(123)，用于在第一模式下，通过所述驱动器电路(127)来控制所述主轴马达(11)，以启动所述主轴马达(11)；第二控制电路(124)，用于在第二模式下，通过所述驱动器电路(127)来控制所述主轴马达(11)，以便以一个额定速度来旋转所述主轴马达(11)；电压调压器(125)，用于对来自盘驱动电源(2)的电源电压进行升压；电压选择器(126)，用于在第一模式下，选择由所述调压器(125)升压后的电源电压作为加到所述驱动器电路(127)上的电压，而在第二模式下，选择来自所述盘驱动电源(2)的电源电压作为加到所述驱动器电路(127)上的电压；以及控制器(13)，用于设置第一模式以启动所述主轴马达(11)，并在所述主轴马达(11)已被启动时，设置第二模式。
2.根据权利要求1的所述盘驱动器(1)，其特征在于所述第二控制电路(124)利用脉冲宽度调制来控制所述主轴马达(11)，使之以额定速度旋转。
3.根据权利要求1的所述盘驱动器(1)，其特征在于还包括一个主控电路(121)，用于根据所述控制器(13)是否已设定所述第一模式或所述第二模式，来控制第一控制电路(123)、第二控制电路(124)以及电压选择器(126)。
4.根据权利要求3的所述盘驱动器(1)，其特征在于如果所述控制器(13)设定所述第一模式，所述主控电路(121)就使所述电压选择器(126)选择由所述电压调压器(125)升压后的电源电压，并操作第一控制电路(123)；以及如果所述第一模式被切换到所述第二模式，则所述主控电路(121)使所述电压选择器(126)选择来自所述盘驱动电源(2)的电源电压，停止所述第一控制电路(123)的操作，并操作所述第二控制电路(124)。
5.根据权利要求1的所述盘驱动器(1)，其特征在于所述控制器(13)在所述第一模式下监测所述主轴马达(11)的转速，并且如果所述主轴马达(11)的转速超过一个低于所述额定速度的预定值时，就确定所述主轴马达(11)已经启动。
6.根据权利要求1的所述盘驱动器(1)，其特征在于所述控制器(13)在设定所述第一模式之前操作所述电压调压器(126)，并在所述第一模式被切换到所述第二模式之后，停止所述电压调压器(126)的操作。
7.一种用在以盘作为记录媒体的盘驱动器(1)中的主轴马达驱动器(12)，所述主轴马达驱动器(12)驱动使盘旋转的主轴马达(11)，其特征在于包括一个驱动器电路(127)，用于通过向所述主轴马达(11)提供电流来驱动所述主轴马达(11)；一个第一控制电路(123)，用于通过所述驱动器电路(127)来控制所述主轴马达(11)，以启动所述主轴马达(11)；一个第二控制电路(124)，用于通过所述驱动器电路(127)来控制所述主轴马达(11)，使之以额定速度旋转；一个电压调压器(125)，用于对来自盘驱动电源(2)的电源电压进行升压；一个电压选择器(126)，用于选择来自所述盘驱动电压(2)的电源电压和由所述调压器(125)升压后的电源电压中的一个作为加到所述驱动器电路(127)上的电压；以及一个主控电路(121)，用于控制所述第一控制电路(123)、所述第二控制电路(124)以及所述电压选择器(126)，如果所述主轴马达(11)处于启动所述主轴马达(11)的第一模式下，则所述主控电路(121)操作所述第一控制电路(123)，并使所述电压选择器(126)选取由所述电压调压器(125)升压的电源电压，如果所述主轴马达(11)处于所述主轴马达(11)以额定速度旋转的第二模式下，则所述主控电路停止所述第一控制电路(123)的操作，操作所述第二控制电路(124)，并使所述电压选择器(126)选择来自所述盘驱动电源(2)的电源电压。
8.根据权利要求7的所述主轴马达驱动器(12)，其特征在于所述第二控制电路(124)利用脉冲宽度调制来控制所述主轴马达(11)，使之以额定速度旋转。
9.一种用在以盘作为记录媒体的盘驱动器(1)中、用于驱动使盘旋转的主轴马达的方法，所述方法的特征在于包括当启动所述主轴马达时，设定第一模式(S13)；当所述主轴马达(11)已经启动之后，将所述第一模式切换到第二模式(S17)；在所述第一模式下，控制用于驱动所述主轴马达(11)的驱动器电路(127)，以启动所述主轴马达(11)(S14)；在所述第二模式下，控制所述驱动器电路(127)，以便以一个额定速度使所述主轴马达(11)旋转(S18)；利用一个调压器(125)，对来自盘驱动电源(2)的电源电压进行升压(S12)；在所述第一模式下，将由所述调压器(125)升压后的电源电压施加到所述驱动器电路(127)(S14)；以及在第二模式下，将来自盘驱动电源(2)的电源电压加到所述驱动器电路(127)上(S18)。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于还包括监测所述第一模式下的所述主轴马达(11)的转速；以及如果所述主轴马达(11)的转速超过一个低于所述额定速度的预定值，则确定所述主轴马达(11)已被启动(S16)。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于还包括在设置所述第一模式之前操作所述电压调压器(125)(S11)；以及在所述第一模式被切换到所述第二模式之后，停止所述电压调压器(125)的操作(S20)。
全文摘要
在启动SPM(11)时，CPU(13)将SPM驱动器(12)设定为SPM启动模式。此时，电压选择器(126)将由电压调压器(125)升压后的一个电压(高电压)加到驱动器电路(127)上。在SPM启动模式期间，启动控制电路(123)控制其上加有高电压的所述驱动电路(127)来启动所述SPM(11)。当所述SPM(11)已经启动后，CPU(13)将SPM驱动器(12)设定为PWM模式。此时，电压选择器(126)将加到所述驱动器电路(127)上的电压，从升压后的电压切换到电源(2)的电压(低电压)。在PWM模式期间，PWM电路(124)控制其上加有低电压的所述驱动器电路(127)，以便使所述SPM(11)以额定速度旋转。
文档编号H02P6/00GK1472740SQ0313647
公开日2004年2月4日 申请日期2003年5月23日 优先权日2002年7月31日
发明者中林陽一, 中林 一 申请人:株式会社东芝