電源故障期間磁碟驅動器使用電機供電電壓為電容器充電的製作方法

2023-11-04 05:10:47

專利名稱：電源故障期間磁碟驅動器使用電機供電電壓為電容器充電的製作方法
技術領域：
背景技術：
磁碟驅動器包括磁碟和連接到致動器臂的遠端的磁頭，所述致動器臂通過音圈電機(VCM)繞樞軸旋轉以在磁碟上方徑向地定位磁頭。磁碟包括多個徑向間隔開的同心磁軌，以記錄用戶數據扇區和嵌入的伺服扇區。嵌入的伺服扇區包括磁頭定位信息(如，磁軌地址)，該磁頭定位信息由磁頭讀取並被伺服控制系統處理，以當致動器臂逐個磁軌搜尋時控制致動器臂的速度。當供電故障發生時，需要在安全地關閉磁碟驅動器之前完成待決寫命令，以使用戶數據不被丟失。磁碟驅動器要格外關注此，因為磁碟驅動器在向磁碟或非易失性半導體存儲器寫數據之前在易失性半導體存儲器中緩存寫數據。傳統的磁碟驅動器可以使用由主機提供的電力給電容器充至高電壓，然後使用電容器電壓以驅動磁碟驅動器中的電路，從而在供電故障期間清理寫入緩存。使用高電壓電容器以產生備用電力相比使用低電壓電容器或電容器組更具成本效益
發明內容


圖1示出根據本發明實施例的磁碟驅動器，其中主機供電電壓被升高以給電容器充電，並且在供電故障期間，當電容器電壓衰減至電機供電電壓以下時，使用電機供電電壓對電容器充電。圖2示出根據本發明實施例的磁碟驅動器，其中使用第二供電電壓控制主軸電機。圖3示出根據本發明實施例的磁碟驅動器，其中使用升壓電壓控制微型致動器。圖4示出根據本發明實施例的磁碟驅動器，其中使用第二供電電壓控制主軸電機。圖5是根據本發明實施例的電容器電壓圖，其中在供電故障期間電機供電電壓維持電容器電壓以較長時期處於安全等級以上。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明實施例的磁碟驅動器，其包括磁碟2，操作用於旋轉磁碟2的主軸電機4，在磁碟2上方致動的磁頭6，操作用於接收主機供電電壓8的接口和電容器
10。主機供電電壓8被用以將電容器10充至高於主機供電電壓8的電容器電壓12。在供電故障期間，主機供電電壓8停止給電容器10充電，並且從主軸電機4生成電機供電電壓
14。電容器電壓12被用於操作控制電路16，並且當電容器電壓12衰減至電機供電電壓14以下時，電機供電電壓14給電容器10充電。
在圖1的實施例中，磁碟2包括嵌入的伺服扇區IScTisn，這些伺服扇區界定多個伺服磁軌20。控制電路16處理從磁頭6發出的讀信號22以解調伺服扇區IScTISn並且生成位置誤差信號(PES)，其表示磁頭的實際位置和相對於目標磁軌的目標位置之間的誤差。控制電路16使用合適的補償濾波過濾PES以生成施加到繞樞軸旋轉致動臂的音圈電機(VCM)26的控制信號24,以將磁頭6按降低PES的方向徑向在磁碟2上方致動。伺服扇區18^18,可以包括任何合適的位置信息(例如，磁軌地址)用以粗調定位以及伺服突發用以微調定位。示於 圖1中的主軸電機4包括具有第一端和第二端的多個繞組(如，ΦΑ，ΦΒ，ΦΟ，其中這些第二端被一起連接於中心抽頭。換向控制器30通過控制換向邏輯32在換向間隔期間交換繞組。主軸電機4被示為包括對應於三個相位的3個繞組(ΦΑ，ΦΒ, ΦΟ。但是，任意合適的繞組數可以被使用以實現任何合適的多相主軸電機。另外，任何合適的換向序列可以被使用以交換繞組。例如，換向邏輯32可以控制多於一個開關以交換主軸電機4的繞組處於兩相、三相、或混合二相/三相換向序列中。主軸電機4的繞組被連接到反電動勢(EMF)探測器，其探測在由關於中心抽頭的繞組生成的反EMF電壓中的閾值交叉(如，零交叉)。由於當電流流過時該反EMF電壓被畸變，反向控制器30為反EMF探測器34供應控制信號36，其標識生成有效反EMF信號的「開」繞組。在每個反EMF的閾值交叉，反EMF探測器34觸發信號以生成方波信號38。反EMF閾值交叉的頻率和方波信號38的頻率從而表不主軸電機4的速度。換向控制器30評估方波信號38，並且為了控制主軸電機4的速度調整應用到換向邏輯32的控制信號40。如果當磁碟正在自轉時，供電故障發生，隨著磁碟繼續旋轉主軸電機4，還有殘餘動能，於是主軸電機4可以被轉換為發電機用以生成電機供電電壓14。二極體42從主軸電機4的繞組以及電機供電電壓14斷開主機供電電壓8。從反EMF電壓電機供電電壓14可以任何合適的方式被生成。在一個實施例中，反EMF電壓可以通過同步整流技術被生成，其中反EMF電壓被整流以生成電機供電電壓14。在另一個的實施例中，升高/致動技術可以被使用，當生成電機供電電壓14時該技術為了升高反EMF電壓周期地縮短繞組。升高/致動技術的例示實施例被公開在編號6577465,命名為「Disk dirve comprising spindown circuitry having a programmable signal generator for enhancing power andbraking control」的美國專利中，該專利的公開在此被合併參考。在一個實施例中，使用組合技術電機供電電壓14可以被生成，例如，通過初始地使用同步整流技術，然後當電機供電電壓落在閾值以下時切換到升高/致動技術。在圖1的實施例中，主機供電電壓8被44升高，並且在正常操作期間升高的供電電壓46被用來給電容器10充電(B卩，開關48連接電容器10到升高的供電電壓46)。在供電故障期間，開關48從電壓升高器44斷開電容器10，並且開關52從主機供電電壓8斷開控制電路16以及使用電容器電壓12連接控制電路16到由電壓調節器56生成的備用電壓54。在供電故障期間，備用電壓54使能控制電路16以繼續操作，例如，為了完成當前的寫操作繼續寫數據至磁碟2或非易失性半導體存儲器。當電容器電壓12衰減到電機供電電壓14以下時，二極體50開始導通從而電機供電電壓14開始給電容器10充電。如此，電壓調節器56能供應備用電壓54至控制電路於較長時期，以助於確保磁碟驅動器在供電故障期間安全地關閉。
在一個實施例中，電機供電電壓14可以被用以在供電故障期間驅動在控制電路16內的合適的VCM驅動器(如，H橋驅動器)，然而使用電壓調節器56生成的備用電壓54，該VCM驅動器的交換電路可以被控制。因此，在這個實施例中，為了驅動VCM驅動器，在供電故障期間電機供電電壓14可被立即使用，然而在電容器電壓12衰減到電機供電電壓14以下時，電壓調節器56開始使用電機供電電壓14用以供應VCM驅動器的交換電路。在圖1的實施例中，在正常操作期間，磁碟驅動器接收單主機供電電壓8(如，5v供電)用以驅動主軸電機4，VCM26和控制電路16，也用以在44升高後給電容器10充電。在圖2示出的另一的實施例中，磁碟驅動器接收第一主機供電電壓8A (如，5v供電)用以驅動控制電路並且給電容器10充電，以及第二主機供電電壓SB (如，12v供電)用以在正常操作期間驅動主軸電機4和VCM26。在供電故障期間，二極體57從樞軸4和VCM26斷開第二主機供電電壓8B。圖3根據本發明的實施例示出磁碟驅動器，其包括微型致動器58用以在微調動作中在磁碟2上徑向地致動磁頭6，然而VCM26在粗調動作中在磁碟2上徑向地致動磁頭6。任何合適的微型致動器可以被使用，如合適的當被調製以控制電壓時偏轉的壓電致動器。微型致動器58可以任何合適的方式致動磁頭6，如微型致動器58致動相對於如圖3示出的致動器臂28的懸浮裝置。在替換實施例中，微型致動器可以致動相對於懸浮裝置懸掛的磁頭。在圖3的實施例中，用以給電容器10充電的升壓電壓46也被用於驅動微型致動器60。在供電故障期間，開關62從供電電壓8斷開升壓器44的輸入，並且連接輸入到由電壓調節器56生成的備用電壓54。如此，升壓器44繼續生成升壓電壓用以在供電故障期間驅動微型致動驅動器60。圖4根據本發明的實施例示出磁碟驅動器，其接收第一主機供電電壓8A(如，5v供電)用以驅動控制電路16並且給電容器10充電，以及第二主機供電電壓SB (如，12v供電)用以在正常操作期間驅動主軸電機4和VCM26。在供電故障期間，二極體57從主軸電機4和VCM6斷開第二主機供電電壓8B。在圖2和圖4的實施例中，設計升壓器44以升高第一主機供電電壓8A可能比升高第二主機供電電壓8B更具益處，因為升壓器44既可以在正常操作期間又可在供電故障期間操作相同的輸入電壓。也就是，在一個實施例中，在供電故障期間由電壓調節器56生成的備用電壓54隨後可以與第一主機供電電壓8A (如，5v供電)相當。然而在正常操作期間，升壓器44將需要升高第二主機供電電壓SB (如，12v供應)，然後在供電故障期間升高備用電壓54。設計升壓器44以操作單輸入電壓可能降低升壓器的花費和複雜性。圖5圖示出在供電故障期間使用電機供電電壓給電容器10充電的益處。在正常操作期間，電容器電壓被充至高等級(如，17v用於驅動微型致動器)。當供電故障發生時，電壓調節器56開始使用電容器電壓12生成備用電壓54，從而引起電容器電壓12衰減。當電容器電壓12衰減至電機供電電壓14以下時，電機供電電壓14開始給電容器10充電，這擴展了電容器電壓12保持在安全等級(能夠可靠的操作磁碟驅動器的等級)上的時間。如果電機供電電壓14不被用於給電容器10充電，電容器電壓12可能在磁碟驅動器安全地完成需要關閉的操作之前降至安全等級以下。任何合適的控制電路可以被使用以實現本發明的實施例，如任何合適的集成電路或電路。例如，控制電路可以被實現在讀通道集成電路內，或在分離於可讀通道的元件中，如磁碟控制器，或上述的某些步驟可以被可讀通道執行並且其他的步驟可以被磁碟控制器執行。在一個實施例中，讀通道和磁碟控制器被實現為分離的集成電路，並且在替換實施例中它們被製造在單集成電路或單片系統(SOC)中。另外，控制電路可以包含合適的實現為分離集成電路的前置放大器電路，其集成在讀通道或磁碟控制器電路中，或者其集成在SOC中。在一個實施例中，控制電路包括執行指令的微型處理器，這些指令被操作用於引發微型處理器以實現本發明描述的實施例。這些指令可被存儲在任何計算機可讀介質中。在一個實施例中，它們可被存儲在微型處理器外部的非易失性半導體存儲器上，或被集成到SOC中的微型處理器。在另一實施例中，這些指令被存儲在磁碟上並且當磁碟驅動器被驅動時讀入易失半導體存儲器。在又一實施例中，控制電路包括合適的邏輯電路，如狀態機電路用以如以上實施例所述在供電故障期間配置開關。在一個實施例中，操作電壓調節器以及備用電壓調節器可以被實現在耦合到SOC的大功率範圍集成(PLSI)電路，或被集成在SOC 內。
權利要求
1.一種磁碟驅動器，其包括: 磁碟； 主軸電機，其可操作用於旋轉所述磁碟； 在所述磁碟上方致動的磁頭； 接口，其可操作用於接收主機供電電壓； 電容器；以及 控制電路，其可操作用於: 使用所述主機供電電壓將所述電容器充電至高於所述主機供電電壓的電容器電壓；以及 在供電故障期間: 停止使用所述主機供電電壓給所述電容器充電； 從所述主軸電機生成電機供電電壓； 使用所述電容器電壓以操作所述控制電路；以及 當所述電容器電壓衰減至所述電機供電電壓以下時，使用所述電機供電電壓給所述電容器充電。
2.根據權利要求1所述的磁碟驅`動器，其中所述控制電路包括二極體，其可操作用於當所述電容器電壓衰減至所述電機供電電壓以下時，連接所述電機供電電壓到所述電容器。
3.根據權利要求1所述的磁碟驅動器，其中所述控制電路可操作用於: 升高所述主機供電電壓至高於所述主機供電電壓的升壓電壓；以及 用所述升壓電壓為所述電容器充電。
4.根據權利要求3所述的磁碟驅動器，進一步包括微型致動器，其可操作用於在所述磁碟上方徑向地致動所述磁頭，其中所述控制電路可操作用於使用所述升壓電壓控制所述微型致動器。
5.一種操作磁碟驅動器的方法，所述磁碟驅動器包括磁碟，操作用於旋轉所述磁碟的主軸電機，在所述磁碟上方致動的磁頭，操作用於接收主機供電電壓的接口和電容器，所述方法包括: 使用所述主機供電電壓將所述電容器充電至高於所述主機供電電壓的電容器電壓；以及 在供電故障期間: 停止使用所述主機供電電壓給所述電容器充電； 從所述主軸電機生成電機供電電壓； 使用所述電容器電壓以操作控制電路；以及 當所述電容器電壓衰減至所述電機供電電壓以下時，使用所述電機供電電壓給所述電容器充電。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括當所述電容器電壓衰減至所述電機供電電壓以下時，通過二極體連接所述電機供電電壓至所述電容器。
7.根據權利要求5所述的方法，進一步包括: 升高所述主機供電電壓至高於所述主機供電電壓的升壓電壓；以及使用所述升壓電壓為所述電容器充電。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述磁碟驅動器進一步包括微型致動器，其可操作用於在所述磁碟上方徑向地致動所述磁頭，所述方法進一步包括使用所述升壓電壓控制所述微型致 動器。
全文摘要
公開了一種磁碟驅動器，其包括磁碟，可操作用於旋轉磁碟的主軸電機，在磁碟上方致動的磁頭，可操作用於接收主機供電電壓的接口和電容器。主機供電電壓被用以將電容器充電至高於主機供電電壓的電容器電壓。在電源故障期間，主機供電電壓停止為電容器充電，並且電機供電電壓由所述主軸電機生成。電容器電壓被用以操作控制電路，並且當電容器電壓衰減至電機供電電壓以下時，電機供電電壓為電容器充電。
文檔編號H02J15/00GK103165141SQ201210528040
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月10日 優先權日2011年12月9日
發明者T·A·福瑞斯, R·P·賴安 申請人:威騰電子技術公司