專利名稱：電源故障期間磁盤驅(qū)動(dòng)器使用電機(jī)供電電壓為電容器充電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
磁盤驅(qū)動(dòng)器包括磁盤和連接到致動(dòng)器臂的遠(yuǎn)端的磁頭，所述致動(dòng)器臂通過音圈電機(jī)(VCM)繞樞軸旋轉(zhuǎn)以在磁盤上方徑向地定位磁頭。磁盤包括多個(gè)徑向間隔開的同心磁道，以記錄用戶數(shù)據(jù)扇區(qū)和嵌入的伺服扇區(qū)。嵌入的伺服扇區(qū)包括磁頭定位信息(如，磁道地址)，該磁頭定位信息由磁頭讀取并被伺服控制系統(tǒng)處理，以當(dāng)致動(dòng)器臂逐個(gè)磁道搜尋時(shí)控制致動(dòng)器臂的速度。當(dāng)供電故障發(fā)生時(shí)，需要在安全地關(guān)閉磁盤驅(qū)動(dòng)器之前完成待決寫命令，以使用戶數(shù)據(jù)不被丟失。磁盤驅(qū)動(dòng)器要格外關(guān)注此，因?yàn)榇疟P驅(qū)動(dòng)器在向磁盤或非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)之前在易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中緩存寫數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器可以使用由主機(jī)提供的電力給電容器充至高電壓，然后使用電容器電壓以驅(qū)動(dòng)磁盤驅(qū)動(dòng)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(chǎn)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(fā)明內(nèi)容


圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中主機(jī)供電電壓被升高以給電容器充電，并且在供電故障期間，當(dāng)電容器電壓衰減至電機(jī)供電電壓以下時(shí)，使用電機(jī)供電電壓對電容器充電。圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中使用第二供電電壓控制主軸電機(jī)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中使用升壓電壓控制微型致動(dòng)器。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中使用第二供電電壓控制主軸電機(jī)。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電容器電壓圖，其中在供電故障期間電機(jī)供電電壓維持電容器電壓以較長時(shí)期處于安全等級以上。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其包括磁盤2，操作用于旋轉(zhuǎn)磁盤2的主軸電機(jī)4，在磁盤2上方致動(dòng)的磁頭6，操作用于接收主機(jī)供電電壓8的接口和電容器
10。主機(jī)供電電壓8被用以將電容器10充至高于主機(jī)供電電壓8的電容器電壓12。在供電故障期間，主機(jī)供電電壓8停止給電容器10充電，并且從主軸電機(jī)4生成電機(jī)供電電壓
14。電容器電壓12被用于操作控制電路16，并且當(dāng)電容器電壓12衰減至電機(jī)供電電壓14以下時(shí)，電機(jī)供電電壓14給電容器10充電。
在圖1的實(shí)施例中，磁盤2包括嵌入的伺服扇區(qū)IScTisn，這些伺服扇區(qū)界定多個(gè)伺服磁道20。控制電路16處理從磁頭6發(fā)出的讀信號22以解調(diào)伺服扇區(qū)IScTISn并且生成位置誤差信號(PES)，其表示磁頭的實(shí)際位置和相對于目標(biāo)磁道的目標(biāo)位置之間的誤差。控制電路16使用合適的補(bǔ)償濾波過濾PES以生成施加到繞樞軸旋轉(zhuǎn)致動(dòng)臂的音圈電機(jī)(VCM)26的控制信號24,以將磁頭6按降低PES的方向徑向在磁盤2上方致動(dòng)。伺服扇區(qū)18^18,可以包括任何合適的位置信息(例如，磁道地址)用以粗調(diào)定位以及伺服突發(fā)用以微調(diào)定位。示于 圖1中的主軸電機(jī)4包括具有第一端和第二端的多個(gè)繞組(如，ΦΑ，ΦΒ，ΦΟ，其中這些第二端被一起連接于中心抽頭。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(jī)4被示為包括對應(yīng)于三個(gè)相位的3個(gè)繞組(ΦΑ，ΦΒ, ΦΟ。但是，任意合適的繞組數(shù)可以被使用以實(shí)現(xiàn)任何合適的多相主軸電機(jī)。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可以控制多于一個(gè)開關(guān)以交換主軸電機(jī)4的繞組處于兩相、三相、或混合二相/三相換向序列中。主軸電機(jī)4的繞組被連接到反電動(dòng)勢(EMF)探測器，其探測在由關(guān)于中心抽頭的繞組生成的反EMF電壓中的閾值交叉(如，零交叉)。由于當(dāng)電流流過時(shí)該反EMF電壓被畸變，反向控制器30為反EMF探測器34供應(yīng)控制信號36，其標(biāo)識生成有效反EMF信號的“開”繞組。在每個(gè)反EMF的閾值交叉，反EMF探測器34觸發(fā)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(jī)4的速度。換向控制器30評估方波信號38，并且為了控制主軸電機(jī)4的速度調(diào)整應(yīng)用到換向邏輯32的控制信號40。如果當(dāng)磁盤正在自轉(zhuǎn)時(shí)，供電故障發(fā)生，隨著磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)主軸電機(jī)4，還有殘余動(dòng)能，于是主軸電機(jī)4可以被轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)用以生成電機(jī)供電電壓14。二極管42從主軸電機(jī)4的繞組以及電機(jī)供電電壓14斷開主機(jī)供電電壓8。從反EMF電壓電機(jī)供電電壓14可以任何合適的方式被生成。在一個(gè)實(shí)施例中，反EMF電壓可以通過同步整流技術(shù)被生成，其中反EMF電壓被整流以生成電機(jī)供電電壓14。在另一個(gè)的實(shí)施例中，升高/致動(dòng)技術(shù)可以被使用，當(dāng)生成電機(jī)供電電壓14時(shí)該技術(shù)為了升高反EMF電壓周期地縮短繞組。升高/致動(dòng)技術(shù)的例示實(shí)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并參考。在一個(gè)實(shí)施例中，使用組合技術(shù)電機(jī)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(shù)，然后當(dāng)電機(jī)供電電壓落在閾值以下時(shí)切換到升高/致動(dòng)技術(shù)。在圖1的實(shí)施例中，主機(jī)供電電壓8被44升高，并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(guān)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(guān)48從電壓升高器44斷開電容器10，并且開關(guān)52從主機(jī)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(diào)節(jié)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(xù)操作，例如，為了完成當(dāng)前的寫操作繼續(xù)寫數(shù)據(jù)至磁盤2或非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。當(dāng)電容器電壓12衰減到電機(jī)供電電壓14以下時(shí)，二極管50開始導(dǎo)通從而電機(jī)供電電壓14開始給電容器10充電。如此，電壓調(diào)節(jié)器56能供應(yīng)備用電壓54至控制電路于較長時(shí)期，以助于確保磁盤驅(qū)動(dòng)器在供電故障期間安全地關(guān)閉。
在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)供電電壓14可以被用以在供電故障期間驅(qū)動(dòng)在控制電路16內(nèi)的合適的VCM驅(qū)動(dòng)器(如，H橋驅(qū)動(dòng)器)，然而使用電壓調(diào)節(jié)器56生成的備用電壓54，該VCM驅(qū)動(dòng)器的交換電路可以被控制。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，為了驅(qū)動(dòng)VCM驅(qū)動(dòng)器，在供電故障期間電機(jī)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(jī)供電電壓14以下時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器56開始使用電機(jī)供電電壓14用以供應(yīng)VCM驅(qū)動(dòng)器的交換電路。在圖1的實(shí)施例中，在正常操作期間，磁盤驅(qū)動(dòng)器接收單主機(jī)供電電壓8(如，5v供電)用以驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)4，VCM26和控制電路16，也用以在44升高后給電容器10充電。在圖2示出的另一的實(shí)施例中，磁盤驅(qū)動(dòng)器接收第一主機(jī)供電電壓8A (如，5v供電)用以驅(qū)動(dòng)控制電路并且給電容器10充電，以及第二主機(jī)供電電壓SB (如，12v供電)用以在正常操作期間驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)4和VCM26。在供電故障期間，二極管57從樞軸4和VCM26斷開第二主機(jī)供電電壓8B。圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出磁盤驅(qū)動(dòng)器，其包括微型致動(dòng)器58用以在微調(diào)動(dòng)作中在磁盤2上徑向地致動(dòng)磁頭6，然而VCM26在粗調(diào)動(dòng)作中在磁盤2上徑向地致動(dòng)磁頭6。任何合適的微型致動(dòng)器可以被使用，如合適的當(dāng)被調(diào)制以控制電壓時(shí)偏轉(zhuǎn)的壓電致動(dòng)器。微型致動(dòng)器58可以任何合適的方式致動(dòng)磁頭6，如微型致動(dòng)器58致動(dòng)相對于如圖3示出的致動(dòng)器臂28的懸浮裝置。在替換實(shí)施例中，微型致動(dòng)器可以致動(dòng)相對于懸浮裝置懸掛的磁頭。在圖3的實(shí)施例中，用以給電容器10充電的升壓電壓46也被用于驅(qū)動(dòng)微型致動(dòng)器60。在供電故障期間，開關(guān)62從供電電壓8斷開升壓器44的輸入，并且連接輸入到由電壓調(diào)節(jié)器56生成的備用電壓54。如此，升壓器44繼續(xù)生成升壓電壓用以在供電故障期間驅(qū)動(dòng)微型致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器60。圖4根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出磁盤驅(qū)動(dòng)器，其接收第一主機(jī)供電電壓8A(如，5v供電)用以驅(qū)動(dòng)控制電路16并且給電容器10充電，以及第二主機(jī)供電電壓SB (如，12v供電)用以在正常操作期間驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)4和VCM26。在供電故障期間，二極管57從主軸電機(jī)4和VCM6斷開第二主機(jī)供電電壓8B。在圖2和圖4的實(shí)施例中，設(shè)計(jì)升壓器44以升高第一主機(jī)供電電壓8A可能比升高第二主機(jī)供電電壓8B更具益處，因?yàn)樯龎浩?4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(gè)實(shí)施例中，在供電故障期間由電壓調(diào)節(jié)器56生成的備用電壓54隨后可以與第一主機(jī)供電電壓8A (如，5v供電)相當(dāng)。然而在正常操作期間，升壓器44將需要升高第二主機(jī)供電電壓SB (如，12v供應(yīng))，然后在供電故障期間升高備用電壓54。設(shè)計(jì)升壓器44以操作單輸入電壓可能降低升壓器的花費(fèi)和復(fù)雜性。圖5圖示出在供電故障期間使用電機(jī)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用于驅(qū)動(dòng)微型致動(dòng)器)。當(dāng)供電故障發(fā)生時(shí)，電壓調(diào)節(jié)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(dāng)電容器電壓12衰減至電機(jī)供電電壓14以下時(shí)，電機(jī)供電電壓14開始給電容器10充電，這擴(kuò)展了電容器電壓12保持在安全等級(能夠可靠的操作磁盤驅(qū)動(dòng)器的等級)上的時(shí)間。如果電機(jī)供電電壓14不被用于給電容器10充電，電容器電壓12可能在磁盤驅(qū)動(dòng)器安全地完成需要關(guān)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)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(shí)現(xiàn)在讀通道集成電路內(nèi)，或在分離于可讀通道的元件中，如磁盤控制器，或上述的某些步驟可以被可讀通道執(zhí)行并且其他的步驟可以被磁盤控制器執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，讀通道和磁盤控制器被實(shí)現(xiàn)為分離的集成電路，并且在替換實(shí)施例中它們被制造在單集成電路或單片系統(tǒng)(SOC)中。另外，控制電路可以包含合適的實(shí)現(xiàn)為分離集成電路的前置放大器電路，其集成在讀通道或磁盤控制器電路中，或者其集成在SOC中。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路包括執(zhí)行指令的微型處理器，這些指令被操作用于引發(fā)微型處理器以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明描述的實(shí)施例。這些指令可被存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。在一個(gè)實(shí)施例中，它們可被存儲(chǔ)在微型處理器外部的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器上，或被集成到SOC中的微型處理器。在另一實(shí)施例中，這些指令被存儲(chǔ)在磁盤上并且當(dāng)磁盤驅(qū)動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)時(shí)讀入易失半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。在又一實(shí)施例中，控制電路包括合適的邏輯電路，如狀態(tài)機(jī)電路用以如以上實(shí)施例所述在供電故障期間配置開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，操作電壓調(diào)節(jié)器以及備用電壓調(diào)節(jié)器可以被實(shí)現(xiàn)在耦合到SOC的大功率范圍集成(PLSI)電路，或被集成在SOC 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁盤驅(qū)動(dòng)器，其包括: 磁盤； 主軸電機(jī)，其可操作用于旋轉(zhuǎn)所述磁盤； 在所述磁盤上方致動(dòng)的磁頭； 接口，其可操作用于接收主機(jī)供電電壓； 電容器；以及 控制電路，其可操作用于: 使用所述主機(jī)供電電壓將所述電容器充電至高于所述主機(jī)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(jī)供電電壓給所述電容器充電； 從所述主軸電機(jī)生成電機(jī)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(dāng)所述電容器電壓衰減至所述電機(jī)供電電壓以下時(shí)，使用所述電機(jī)供電電壓給所述電容器充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)`動(dòng)器，其中所述控制電路包括二極管，其可操作用于當(dāng)所述電容器電壓衰減至所述電機(jī)供電電壓以下時(shí)，連接所述電機(jī)供電電壓到所述電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述控制電路可操作用于: 升高所述主機(jī)供電電壓至高于所述主機(jī)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(jù)權(quán)利要求3所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括微型致動(dòng)器，其可操作用于在所述磁盤上方徑向地致動(dòng)所述磁頭，其中所述控制電路可操作用于使用所述升壓電壓控制所述微型致動(dòng)器。
5.一種操作磁盤驅(qū)動(dòng)器的方法，所述磁盤驅(qū)動(dòng)器包括磁盤，操作用于旋轉(zhuǎn)所述磁盤的主軸電機(jī)，在所述磁盤上方致動(dòng)的磁頭，操作用于接收主機(jī)供電電壓的接口和電容器，所述方法包括: 使用所述主機(jī)供電電壓將所述電容器充電至高于所述主機(jī)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(jī)供電電壓給所述電容器充電； 從所述主軸電機(jī)生成電機(jī)供電電壓； 使用所述電容器電壓以操作控制電路；以及 當(dāng)所述電容器電壓衰減至所述電機(jī)供電電壓以下時(shí)，使用所述電機(jī)供電電壓給所述電容器充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述電容器電壓衰減至所述電機(jī)供電電壓以下時(shí)，通過二極管連接所述電機(jī)供電電壓至所述電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括: 升高所述主機(jī)供電電壓至高于所述主機(jī)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(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述磁盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括微型致動(dòng)器，其可操作用于在所述磁盤上方徑向地致動(dòng)所述磁頭，所述方法進(jìn)一步包括使用所述升壓電壓控制所述微型致 動(dòng)器。
全文摘要
公開了一種磁盤驅(qū)動(dòng)器，其包括磁盤，可操作用于旋轉(zhuǎn)磁盤的主軸電機(jī)，在磁盤上方致動(dòng)的磁頭，可操作用于接收主機(jī)供電電壓的接口和電容器。主機(jī)供電電壓被用以將電容器充電至高于主機(jī)供電電壓的電容器電壓。在電源故障期間，主機(jī)供電電壓停止為電容器充電，并且電機(jī)供電電壓由所述主軸電機(jī)生成。電容器電壓被用以操作控制電路，并且當(dāng)電容器電壓衰減至電機(jī)供電電壓以下時(shí)，電機(jī)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(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者T·A·福瑞斯, R·P·賴安 申請人:西部數(shù)據(jù)技術(shù)公司