專利名稱：抑制電源變化以消除脈沖寬度調(diào)制電機控制器的增益誤差的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機控制領(lǐng)域，且更具體地說，針對用于計算機磁盤驅(qū)動控制器的音圈電機的控制。
背景技術(shù)：
在業(yè)界顯而易見的是，在包括桌面工作站和便攜式“膝上型”計算機的現(xiàn)代計算機中，磁盤驅(qū)動或驅(qū)動器依然是大容量讀/寫存儲的主要技術(shù)。現(xiàn)在，磁盤驅(qū)動器同樣在諸如便攜音頻系統(tǒng)和播放器的較小規(guī)模的便攜系統(tǒng)中很流行。
現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器一般包括“主軸”電機和“音圈”電機。在運行過程中，主軸電機旋轉(zhuǎn)磁盤，使磁盤一定半徑的扇區(qū)通過數(shù)據(jù)傳感器，或讀/寫“頭”?！耙羧Α彪姍C在磁盤表面的徑向位置定位數(shù)據(jù)傳感器，此徑向位置對應(yīng)于數(shù)據(jù)由此讀出或?qū)懭氲拇诺牢恢谩?shù)據(jù)傳感器一般位于定位臂的遠端，定位臂從磁盤圓周外側(cè)的支點或樞軸點旋轉(zhuǎn)穿過旋轉(zhuǎn)磁盤的表面，這樣定位臂繞樞軸的旋轉(zhuǎn)使在磁盤表面之上的數(shù)據(jù)傳感器的徑向位置發(fā)生改變。音圈電機控制定位臂繞樞軸的旋轉(zhuǎn)，從而控制數(shù)據(jù)傳感器的磁道位置。
音圈電機控制器電路通常通過一對輸出驅(qū)動器向音圈電機提供驅(qū)動信號，輸出驅(qū)動器一般包括高側(cè)或高位驅(qū)動器(high sidedriver)和低側(cè)或低位驅(qū)動器(low side driver)，它們連接于音圈電機相對側(cè)上。運行中，通過高側(cè)驅(qū)動器提供電流流過音圈電機，流到低側(cè)驅(qū)動器，而使定位臂沿一個方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)，并且通過低側(cè)驅(qū)動器提供電流流過音圈電機，流到高側(cè)驅(qū)動器，而使定位臂沿相反的方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。
作為進一步的背景技術(shù)，美國第5,838,515號專利描述了一種雙模式音圈電機驅(qū)動器，其運行在脈沖寬度調(diào)制(“D類”)模式和線性模式。如本領(lǐng)域眾所周知的，音圈電機的“磁道跟蹤”運行模式將數(shù)據(jù)傳感器保持在期望的磁道位置，且“磁道尋找”運行模式將定位臂從一個磁道位置移動到另一個磁道位置。該參考文獻描述了在磁道尋找期間，音圈電機運行于脈沖寬度調(diào)制模式，但當進入尋道的減速期時，就轉(zhuǎn)換到線性模式下運行，然后在磁道跟蹤期間都保持在線性模式。
現(xiàn)在參考圖1，圖1圖解說明了常規(guī)的脈沖寬度調(diào)制的音圈電機驅(qū)動器。在此例中，在線ERRP、ERRM上接收差分誤差信號。輸入線ERRP施加到比較器3H的非反相或同相輸入端，而輸入線ERRM施加到比較器3L的非反相輸入端。線ERRP、ERRM上的差分誤差信號通常由誤差放大器(未示出)產(chǎn)生，該誤差放大器將反饋信號和期望的輸入電平進行比較。斜坡時鐘發(fā)生器2產(chǎn)生一定頻率的三角波信號，該頻率對應(yīng)于期望的脈沖寬度調(diào)制(PWM)的輸出信號的頻率，且斜坡時鐘發(fā)生器2把這個斜坡時鐘信號施加到比較器3H、3L的反相輸入端。比較器3H的輸出被施加到差分PWM輸出放大器4H的輸入，而比較器3L的輸出被連接到差分PWM輸出放大器4L的輸入。差分PWM輸出放大器4H產(chǎn)生的輸出電平被施加到功率晶體管5PH、5PL的柵極，且其限定了差分電壓gP；類似地，差分PWM輸出放大器4L產(chǎn)生的輸出電平被施加到功率晶體管5NH、5NL的柵極，差分電壓為gM。
如本領(lǐng)域所公知的，功率晶體管5被布置成常規(guī)的“H”橋以驅(qū)動音圈電機(VCM)9。在這種布置中，功率晶體管5PH、5PL的源極-漏極通道串聯(lián)連接在電源電壓VM和地之間，同樣晶體管5NH、5NL的源極-漏極通道也串聯(lián)連接在電源電壓VM和地之間。VCM 9連接在節(jié)點VCMP和節(jié)點VCMN之間，節(jié)點VCMP位于晶體管5PL的漏極和晶體管5PH(此例中，晶體管5PL、5PH都為N溝道器件)的源極之間，節(jié)點VCMN位于晶體管5NL的漏極和晶體管5NH的源極之間。相應(yīng)地，節(jié)點VCMP、VCMN處的相對電壓決定了傳導流過VCM9的電流的極性和大小。
現(xiàn)在參考圖2對圖1的常規(guī)布置的運行情況進行描述。一方面從圖2明顯看出的是，輸入誤差線ERRP、ERRM上的信號之間的關(guān)系，另一方面明顯看出的是，來自斜坡時鐘發(fā)生器2的信號RMP決定了流過VCM 9的電流。如圖2所示，當線ERRP上的電壓高于斜坡時鐘RMP的瞬時電壓時，從PWM輸出放大器4H輸出的差分電壓gP是正的，當線ERRP上的電壓比斜坡時鐘RMP的電壓低時，該差分電壓是負的。再參考圖1，在此例中，正差分電壓gP使晶體管5PH相對于晶體管5PL導通，其將節(jié)點VCMP的電壓拉向電源電壓VM。類似地，當線ERRM上的電壓低于斜坡時鐘RMP的瞬時電壓時，PWM輸出放大器4L輸出的差分電壓gM是正的，當線ERRM上的電壓比斜坡時鐘RMP的電壓高時，該差分電壓是負的。正差分電壓gM使晶體管5NL相對于晶體管5NH導通，其將節(jié)點VCMN的電壓拉向接地電壓。
一般來說，當節(jié)點VCMP和節(jié)點VCMN的電壓彼此不同時，電流在節(jié)點VCMA、VCMB之間傳導，并且流過VCM 9。在圖2中，從T0到T3的電流脈沖說明正極性的電流流過VCM 9，即對應(yīng)于差分電壓gP、gM都為正極性的那些時間，而T4和T5的電流脈沖說明負極性的電流流過VCM 9，對應(yīng)于差分電壓gP、gM都為負極性。在此例中，諸如從T0到T3中的脈沖這樣的正極性電流脈沖是在輸入線ERRP的電壓高于參考電壓Vref，而輸入線ERRM的電壓低于參考電壓Vref的情況下產(chǎn)生的。相反地，在輸入線ERRP的電壓低于波形RMP的電壓，且輸入線ERRM的電壓也低于波形RMP的電壓的時間期間，電流以相反方向傳導流過VCM 9，如電流脈沖T4、T5，及對應(yīng)的差分電壓gP、gM所示。在圖2所示的例子中，這個負電流驅(qū)動是由于輸入線ERRP的電壓下降到參考電壓Vref之下，而輸入線ERRM的電壓上升到參考電壓Vref之上產(chǎn)生的。在差分電壓gP、gM為相反極性的時間期間，節(jié)點VCMP、VCMN的電壓實際彼此相同，并且不傳導電流。
已經(jīng)觀察到，與本發(fā)明相關(guān)，電源電壓的變化會影響圖1所示的常規(guī)PWM VCM驅(qū)動電路的跨導增益，或開環(huán)增益，且因此會影響驅(qū)動流過VCM 9的電流。從圖1很明顯看出，流過“H”橋布置的功率晶體管5的電流直接取決于電源電壓VM；很顯然，對于一給定的固定占空比，較高的電源電壓VM會引起較高的漏極電流，因此流過VCM 9的電流較高。
參考圖2，為了考慮驅(qū)動電路的增益，可以將參考電壓Vref視為“偽地(pseudo-ground)”。如果線ERRP，ERRM處的誤差電壓都為參考電壓Vref，則沒有電流被驅(qū)動；這時電壓占空比為0％。如果線ERRP、ERRM處的誤差電壓為斜坡時鐘RMP各自的峰值電壓，電流將會被持續(xù)地驅(qū)動流過VCM 9。例如，如果線ERRP的誤差電壓是正的峰值電壓，而線ERRM的誤差電壓是負的峰值電平，正電流將會被驅(qū)動流過VCM 9，占空比為100％。相反，如果線ERRP的誤差電壓為負的峰值電壓，而線ERRM的誤差電壓為正的峰值電平，則負電流將會被驅(qū)動流過VCM 9，占空比也為100％。
可以通過例子來考慮電源變化的影響，在此例中，電源電壓VM為12伏，驅(qū)動級的開環(huán)增益額定為12，參考電壓Vref為地。因此，獲得100％占空比時，斜坡時鐘RMP的中點-峰值電壓Vpeak可由下式得到 因為VCM 9為雙向電機，這種情況下的斜坡時鐘RMP的峰-峰電壓斜坡為2伏。但如果指定電源電壓容差為±10％，電源電壓VM就可以在10.8伏到13.2伏之間變化。在電源電壓VM的±10％變化范圍內(nèi)，將中點-峰值電壓Vpeak維持在1伏，驅(qū)動電路的開環(huán)增益將相應(yīng)地在10.8到13.2之間變化。因此，電源電壓VM的變化引起開環(huán)增益的相應(yīng)變化。
正如2002年4月16日授權(quán)的美國第6,374,043號專利所描述的，在雙模式音圈電機驅(qū)動器電路中，開環(huán)增益的這些變化所帶來的影響最明顯。在線性模式下，VCM驅(qū)動的反饋控制將消除功率晶體管5驅(qū)動中的變化。此外，許多D類或脈沖寬度調(diào)制音圈電機驅(qū)動系統(tǒng)或模式也包括反饋控制，它將補償在此模式下的穩(wěn)態(tài)運行期間的開環(huán)增益的變化。但是，雙模式音圈電機驅(qū)動器電路，諸如美國第6374043號專利所描述的電路，從線性模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。在進行轉(zhuǎn)換時，驅(qū)動電路的開環(huán)增益將控制音圈電機的驅(qū)動，直到反饋控制回路能對產(chǎn)生的誤差進行響應(yīng)。因此，在兩種驅(qū)動模式之間的轉(zhuǎn)換中，圖1所示的功率晶體管5的“H”橋的開環(huán)增益的變化，是非常明顯的。
此外，一些常規(guī)的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)并不使用電反饋來控制數(shù)據(jù)傳感器的位置，因此也不用電反饋來控制音圈電機，相反，而是用機械定位裝置來進行這種控制。在這些常規(guī)的系統(tǒng)中，音圈電機驅(qū)動電路的開環(huán)增益的變化會直接影響數(shù)據(jù)傳感器的定位。可以認為，這些增益變化會加長磁道確定時間(track settling times)，且在嚴重的情況下，可能會引起定位錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供脈沖寬度調(diào)制的D類驅(qū)動電路，電源電壓中的變化在該電路中得以補償。
本發(fā)明進一步的目的是提供一種驅(qū)動電路，在該電路中，由于電源電壓變化引起的開環(huán)增益中的變化得以補償。
本發(fā)明更進一步的目的是提供一種驅(qū)動電路，在該電路中，電源電壓的變化并不會導致PWM輸出頻率的變化。
本發(fā)明更進一步的目的是提供一種磁盤驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路用于控制對音圈電機的驅(qū)動，音圈電機使數(shù)據(jù)傳感器定位在選定的磁盤磁道上。
通過參考下面的詳細說明及附圖，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白本發(fā)明其它的目的和優(yōu)點。
本發(fā)明可以在驅(qū)動電路中實施，如在磁盤驅(qū)動器中，可用于驅(qū)動音圈電機以對數(shù)據(jù)傳感器或讀/寫頭進行定位。斜坡時鐘發(fā)生器產(chǎn)生與誤差信號進行比較的波形，進行該比較的目的是產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制輸出驅(qū)動信號。斜坡時鐘發(fā)生器包括控制電路，其響應(yīng)輸出驅(qū)動電路的電源電壓，以使斜坡時鐘的電壓限度或波形斜率，或這兩者都根據(jù)電源電壓的變化進行調(diào)制。


圖1是以示意圖表示的用于音圈電機的常規(guī)脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路的電路圖。
圖2是說明圖1的常規(guī)脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路運行的時序圖。
圖3是以塊圖形式表示的按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的電路圖。
圖4是以塊圖和示意圖形式表示的按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的圖3系統(tǒng)中的音圈電機驅(qū)動電路的電路圖。
圖5是說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的運行原理的時序圖。
圖6是電路圖，其說明按照本發(fā)明優(yōu)選的實施例構(gòu)建的圖4的音圈電機驅(qū)動電路中的斜坡時鐘發(fā)生器的構(gòu)造。
具體實施例方式本發(fā)明將結(jié)合其優(yōu)選的實施例進行描述，也就其被實施到現(xiàn)代計算機磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中的音圈電機的驅(qū)動電路中，這是因為預(yù)計本發(fā)明提供的優(yōu)勢對這種應(yīng)用特別有益。然而，也預(yù)計本發(fā)明用于其它應(yīng)用中也是有優(yōu)勢的，而且參照本說明書，這種應(yīng)用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
圖3一般描述了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10。磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10包括一個或多個磁介質(zhì)盤12，它由響應(yīng)于主軸驅(qū)動器電路16的主軸電機14旋轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)傳感器18是磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10的讀/寫頭，且被放置于定位臂17的末端。在圖1所示的有多個磁盤的情況下，提供多個定位臂17，每一定位臂具有一個或多個數(shù)據(jù)傳感器18。音圈電機(VCM)22運行使定位臂17繞樞軸旋轉(zhuǎn)，以把數(shù)據(jù)傳感器18放置在磁盤12的可選徑向磁道上。磁盤12的這些徑向磁道包含有磁道識別數(shù)據(jù)、位置信息及用于磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10運行的同步數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳感器18用于將用戶數(shù)據(jù)記錄(“寫”)在磁盤上及從磁盤讀取用戶數(shù)據(jù)，以檢測能識別數(shù)據(jù)從該處寫入的磁道和扇區(qū)的信號，和檢測伺服脈沖串，所述伺服脈沖使讀/寫頭能恰好橫向地與磁盤的磁道對齊。
響應(yīng)于記錄在磁盤12上的磁信號而使讀/寫頭18產(chǎn)生模擬電信號，所述模擬電信號被發(fā)送到數(shù)據(jù)通道13，以與主計算機系統(tǒng)(未示出)進行往來的結(jié)果通信。以數(shù)字或模擬形式預(yù)先記錄在磁盤12上的伺服信號，被一個或多個伺服解調(diào)器電路(未示出)檢測和解調(diào)，并且經(jīng)數(shù)字信號處理器(DSP)30處理以通過定位驅(qū)動器電路32來控制數(shù)據(jù)傳感器18的位置。定位驅(qū)動器電路32和控制主軸電機14的主軸驅(qū)動器電路16可以在普通的微控制器中實現(xiàn)。定位驅(qū)動器電路32也可根據(jù)需要與其它的電路集成在磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10中。
現(xiàn)在參考圖4，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的定位驅(qū)動器電路32的構(gòu)造，該電路組合了音圈電機(VCM)22本身。從本描述可以明顯知道，定位驅(qū)動器電路32是雙模式的，其原因是它既包括線性驅(qū)動模式又包括脈沖寬度調(diào)制(或D類)驅(qū)動模式。
功率晶體管50被布置成常規(guī)的“H”橋，以驅(qū)動電流流過VCM 22?！案摺眰?cè)驅(qū)動由晶體管50PH、50PL提供，在本發(fā)明的這個實施例中，它們都是N溝道功率金屬氧化半導體(MOS)晶體管；如本領(lǐng)域眾所周知的，如果需要，也可以使用互補MOS(CMOS)技術(shù)驅(qū)動VCM 22，在這種情況下，晶體管50PH就是P溝道MOS晶體管。高側(cè)晶體管50PH、50PL的源極-漏極通道串聯(lián)連接在電源電壓VM和地之間。類似地，“低”側(cè)驅(qū)動由晶體管50NH、50NL提供，其源極-漏極通道也串聯(lián)連接在電源電壓VM和地之間。音圈電機22連接于節(jié)點VCMP和節(jié)點VCMN之間，節(jié)點VCMP位于晶體管50PH的源極和晶體管50PL的漏極之間，節(jié)點VCMN位于晶體管50NH的源極和晶體管50NL的漏極之間。節(jié)點VCMP、VCMN處的電壓在本領(lǐng)域通常是指“相”電壓。電流傳感電阻器51和VCM 22串聯(lián)連接，其傳感節(jié)點ISP位于電阻器51和VCM 22之間。
一般而言，如本領(lǐng)域眾所周知的，施加到晶體管50的柵極的相對驅(qū)動決定了流過VCM 22的電流的極性和量值。例如，如果給高側(cè)驅(qū)動晶體管50PH、50PL的柵極加偏壓，使晶體管50PH相對晶體管50PL難導通，給低側(cè)驅(qū)動晶體管50NH、50NL的柵極加偏壓，使晶體管50NL相對晶體管50NH難導通，節(jié)點VCMP的相電壓就比節(jié)點VCMN的相電壓高。這會產(chǎn)生電流，它源于晶體管50PH，傳導流過VCM 22，且通過晶體管50NL導走，這會導致VCM 22使定位臂17沿一個方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。相反地，如果高側(cè)驅(qū)動晶體管50PH、50PL的柵極被加偏壓，使晶體管50PL相對晶體管50PL難導通，低側(cè)驅(qū)動晶體管50NH、50NL的柵極被加偏壓，使晶體管50NH相對晶體管50NL難導通，節(jié)點VCMN的相電壓就比節(jié)點VCMP的相電壓高。這會產(chǎn)生電流，它源于晶體管50NH，傳導流過VCM 22，且通過晶體管50PL導走，這會導致VCM 22使定位臂17沿相反的方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。
因此，施加到晶體管50柵極上的電壓控制傳導流過VCM22的電流的極性和量值。定位驅(qū)動器電路32在圖3的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10中實現(xiàn)的就是該功能。
再參考圖4，在定位驅(qū)動器電路32的線性側(cè)，電流傳感放大器34接收節(jié)點VCMP和節(jié)點ISP的電壓作為其輸入，并產(chǎn)生一個信號，該信號對應(yīng)于電阻器51兩端的壓降，因此對應(yīng)于流過VCM 22的電流。此信號與控制電壓VDAC在誤差放大器36的一個輸入端相加；誤差放大器36的另一輸入接收參考電壓VREF。誤差放大器36包括連接在其輸入和輸出之間的補償反饋電路或網(wǎng)絡(luò)37，其目的是為了運行的穩(wěn)定性，如本領(lǐng)域眾所周知的。誤差放大器36的輸出為誤差信號，其對應(yīng)于一個差值，該差值是期望電壓VDAC和一個對應(yīng)于通過VCM22的瞬時電流電平的電壓之和相對于參考電壓VREF的差值。這個誤差信號和對應(yīng)于節(jié)點VCMP、VCMN的相電壓的反饋信號一起被施加到線性前置級驅(qū)動器38。響應(yīng)于該誤差信號和相電壓，線性前置級驅(qū)動器38以限定流過VCM 22的電流的電壓驅(qū)動橋晶體管50PH、50PL、50NH、50NL的柵極，隨后控制定位臂17和傳感器18(圖1)在尋找或跟蹤磁盤12上期望的磁道位置時的運動。
美國第6,374,043號專利提供了可以結(jié)合本發(fā)明使用的線性前置級驅(qū)動器38的構(gòu)造和運行的附加細節(jié)。預(yù)計用于音圈電機22的其它結(jié)構(gòu)的線性驅(qū)動器也可以替代地結(jié)合本發(fā)明使用。
在定位驅(qū)動器電路32的PWM側(cè)，誤差放大器36輸出的誤差信號被傳送到差分放大器40的一個輸入端；差分放大器40的第二個輸入端接收參考電壓Vref。差分放大器40產(chǎn)生差分輸出信號，其對應(yīng)于誤差放大器36輸出的誤差信號和參考電壓Vref之間的差值。差分放大器40的一個輸出作為比較器42P的一個輸入，而差分放大器40的另一輸出作為比較器42N的一個輸入。比較器42P、42N各自將這些輸入與由斜坡時鐘發(fā)生器48產(chǎn)生的斜坡時鐘信號RAMP相比較。如下面將詳細描述的，斜坡時鐘發(fā)生器48根據(jù)電源電壓VM來產(chǎn)生斜坡時鐘信號RAMP。根據(jù)從差分放大器40接收到的其輸入和斜坡時鐘信號RAMP之間的比較值，比較器42P、42N各產(chǎn)生全擺幅(full-rail)輸出信號，且將產(chǎn)生的邏輯電平提供給PWM前置級驅(qū)動器46，PWM前置級驅(qū)動器46又產(chǎn)生施加到晶體管50的柵極的驅(qū)動信號。圖4所示的“H”橋中的功率晶體管50的運行與以上關(guān)于圖1的描述是相對應(yīng)的。在這種方式下，“H”橋中的晶體管50產(chǎn)生施加到VCM 22的脈沖寬度調(diào)制電流，并且控制其旋轉(zhuǎn)和運動。
現(xiàn)在參考圖5，現(xiàn)在對本發(fā)明的運行原理進行描述。斜坡時鐘信號RMP是額定的斜坡時鐘信號，因而是具有最大電平VH和最小電平VL的三角波形。替代地，斜坡時鐘信號RMP可為鋸齒波形，或可用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制輸出信號的另一時變的波形；然而本說明書指三角波形，可以理解本發(fā)明也可以類似地應(yīng)用于其它的波形形狀。在此例中，偽電壓Vref實際上是接地的，或0伏，斜坡時鐘信號RMP具有正極性偏移和負極性偏移，電壓VH＝-VL。圖5所示100％占空比的誤差電壓ERRP、ERRM分別為電壓VH、VL。在本例中，斜坡時鐘信號RMP的周期為時間T。
如上所述，主要在功率晶體管50的“H”橋上的定位驅(qū)動器32的開環(huán)增益會隨著電源電壓VM的變化而變化。已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，可以通過改變斜坡時鐘信號的峰值振幅Vpeak，來補償此增益變化，該斜坡時鐘信號的峰值振幅Vpeak為電源電壓VM的函數(shù)，如方程(1)所示。這會引起輸出PWM信號的占空比的變化，其補償由電源電壓變化引起的開環(huán)增益的變化。例如，如果電源電壓VM從其額定值增加，峰值振幅Vpeak也會增加，這會引起輸出PWM信號的占空比減小。相反，電源電壓VM的減小由斜坡時鐘信號的峰值振幅Vpeak的減小來補償，這會導致PWM占空比的增加，其補償了減小的開環(huán)增益。
已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，當斜坡時鐘的幅值改變到斜坡時鐘信號RMP’，斜坡時鐘信號RMP’的頻率也會改變，除非用于在斜坡時鐘電路中產(chǎn)生合成電流的電流源被校正。在許多應(yīng)用中，這個頻率優(yōu)選被校正，因為斜坡時鐘頻率直接控制在輸出的總PWM頻率。然而，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，可以選擇全部或部分校正斜坡時鐘頻率。
在圖5所示的例子中，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，斜坡時鐘信號RMP’與補償電源電壓VM的增加的斜坡時鐘信號相對應(yīng)。在此例中，補償?shù)男逼聲r鐘信號RMP’的頻率也被調(diào)整，以與額定的斜坡時鐘信號RMP的頻率相匹配，如下面將描述的。補償?shù)男逼聲r鐘信號RMP’從最大電壓VH′＝VH+ΔVH偏移到最小電壓VL′＝VL+ΔVL，其頻率與斜坡時鐘信號RMP的頻率相同。電壓ΔVH，ΔVL和電源電壓VM的變化ΔVM之間的關(guān)系可以表示為ΔVHVH=ΔVLVL=ΔVMVM---(2)]]>從圖5可明顯看出，為了使補償?shù)男逼聲r鐘信號RMP’保持與斜坡時鐘信號RMP相同的頻率，補償?shù)男逼聲r鐘信號RMP’的斜率從額定斜坡時鐘信號RMP的斜率變?yōu)樾碌男甭蕀′m′=VH′T/4=4(VH+ΔVH)T---(3)]]>這個補償會使得PWM占空比減少一定量，該減少量對應(yīng)補償?shù)男逼聲r鐘信號RMP’大于誤差電壓ERRP或小于誤差電壓ERRM的時間Δt(本例中和額定斜坡時鐘信號RMP產(chǎn)生的全占空比進行比較)。占空比的變化(表示為整個周期T的分數(shù))為ΔtT=4ΔVHm′T---(4)]]>可以將方程(2)代入方程(3)中，來表示占空比的變化，得到ΔtT=ΔVHVH+ΔVH=1(1+VHΔVH)---(5)]]>其中，考慮到方程(2)，可以用電源電壓VM的變化將上式表示為ΔtT=1(1+VMΔVM)---(6)]]>占空比的這個變化補償了由電源電壓變化引起的開環(huán)增益的變化。
如圖5的例子所示，為了保持頻率不變，斜坡時鐘信號RMP’的斜率m′相對于額定斜坡時鐘信號RMP的斜率m的變化為m′m=VH′/T4VH/T4=VH′VH=1+VHΔVH---(7)]]>或
m′m=1+VMΔVM---(8)]]>斜率m、m′對應(yīng)于常規(guī)斜坡發(fā)生器的充電率和放電率。例如，有一類斜坡發(fā)生器基于電容器的充電和放電，其當然對應(yīng)于i=CdVdt=C·m---(9)]]>結(jié)果，為了將斜率從m變到m′，必須改變施加到斜坡發(fā)生器中的電容器的充電電流(和放電電流)i′i=m′m=1+ΔVmVM---(10)]]>以使充電電流和放電電流的差值Δi＝i′-i對應(yīng)于電源電壓的差值Δii=ΔVMVM---(11)]]>如上所述，根據(jù)電源電壓的變化，調(diào)制斜坡發(fā)生器中的充電和放電電流，可以維持斜坡時鐘信號的頻率為恒定，而仍補償開環(huán)增益的變化。
如本領(lǐng)域公知的，其它類型的斜坡發(fā)生器電路在本領(lǐng)域也是公知的。例如，另一種斜坡發(fā)生器電路包括積分器，其產(chǎn)生的輸出信號對應(yīng)于階躍函數(shù)脈沖的積分。積分的速率一般是由運算放大器電路的反饋電容器確定。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道來自這種斜坡發(fā)生器電路的輸出斜坡信號的斜率可以根據(jù)電源電壓的變化來改變電容值而進行調(diào)制?？深A(yù)計本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考本說明書后，能夠容易地對這些以及其它可選擇的斜坡發(fā)生器電路中的斜坡信號的斜率進行調(diào)制，從而維持PWM頻率不變。
如上所述，在某些應(yīng)用中，允許斜坡時鐘信號的頻率隨著電源電壓的變化進行調(diào)制，只要將占空比進行調(diào)制以補償開環(huán)增益的相應(yīng)變化，這是可以接受的。還有進一步的選擇，可以預(yù)計，如果需要，可以部分地校正斜坡時鐘信號的斜率，減少頻率的變化。隨著占空比的變化，允許將頻率調(diào)制到何種程度可以由設(shè)計者根據(jù)需要決定，這取決于本發(fā)明優(yōu)選實施例的特定應(yīng)用。
在每種情況下，相對于對應(yīng)額定電源電壓VM的額定值，PWM占空比的補償及斜坡時鐘信號的斜率的補償可以在磁盤驅(qū)動系統(tǒng)加電時應(yīng)用。優(yōu)選實時監(jiān)控或測量電源電壓VM，以使PWM占空比和斜坡時鐘信號RMP的斜率可以在運行期間調(diào)節(jié)。
因此，按照本發(fā)明優(yōu)選的實施例，減小PWM運行的占空比以補償由施加到“H”橋輸出驅(qū)動電路的功率晶體管50上的電源電壓的變化引起的開環(huán)增益的變化。現(xiàn)在參考圖6，詳細描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的斜坡發(fā)生器48的構(gòu)造。斜坡發(fā)生器48的這個特定例子是基于定時電容器的充電和放電，并將對其進行描述。鑒于每一個斜坡發(fā)生器電路都必需包括一個元件或其它參數(shù)，來控制斜坡時鐘信號的電壓限值，及控制其斜率從而控制其頻率，所以預(yù)計本領(lǐng)域技術(shù)人員在參考此說明書后，能夠以類似的方式將本發(fā)明容易地運用到其它類型的斜坡發(fā)生器電路中。
如圖6所示，定時電容器60具有的一個板連接到充電節(jié)點CN，相對的另一個板接地。考慮到輸出斜坡時鐘信號RMP的電壓偏移可以為正極性也可以為負極性，電流源62H和電流源62L串聯(lián)連接于偏壓V+和偏壓V-之間。在這個串聯(lián)連接中，開關(guān)64H串聯(lián)連接于電流源62H和充電節(jié)點CN之間，開關(guān)64L串聯(lián)連接于充電節(jié)點CN和電流源62L之間。開關(guān)64L、64H由電平檢測器66控制，以下將對其進行描述。
緩沖器61的輸入連接到充電節(jié)點CN，其輸出作為斜坡時鐘信號RMP應(yīng)用，且也發(fā)送到電平檢測器66。電平檢測器66接受線VH、VL上的信號，它們?yōu)樾逼聲r鐘信號RMP的上限電壓和下限電壓。電平檢測器66將斜坡時鐘信號RMP的瞬時電壓和對應(yīng)于線VH、VL上的信號的上限電壓和下限電壓進行比較，并相應(yīng)控制開關(guān)64H、64L的狀態(tài)。運行中，開關(guān)64H是閉合的，開關(guān)64L是打開的(圖6的例子中示出)以對電容器60進行充電。一旦來自充電節(jié)點CN的在緩沖器61輸出的電壓達到對應(yīng)于線VH上的信號的上限電壓，電平檢測器66就打開開關(guān)64H并閉合開關(guān)64L，以開始半個周期的放電。然后電容器60通過電流源62L進行放電，直到來自充電節(jié)點CN的緩沖器61輸出的電壓達到對應(yīng)于線VL上的信號的下限電壓，據(jù)此重復充電半周期，電平檢測器66打開開關(guān)64L且閉合開關(guān)64H。以這個方式，充電半周期和放電半周期持續(xù)進行。
從本描述可以明顯看出，充電半周期和放電半周期的頻率取決于電流源62H、62L的電流。在本發(fā)明的這個實施例中，頻率控制電路65產(chǎn)生對電流源62H、62L的控制信號，以控制這些充電和放電電流。如本領(lǐng)域公知的，電流源62H、62L可以用MOS晶體管實現(xiàn)，在這種情況下，頻率控制電路65施加適當?shù)臇艠O電壓來設(shè)置這些電流電平。一般，至少斜坡發(fā)生器48運行的額定頻率是由設(shè)計或由用戶控制決定的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，從線VH、VL上傳送到電平檢測器66的上限電壓和下限電壓是根據(jù)電源電壓VM的變化調(diào)制的，其調(diào)制方式為上述參照圖5描述的方式。在本例中，斜坡發(fā)生器48包括電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68，其接收電源電壓VM，及參考電壓VREG，電源電壓相對于參考電壓VREG進行比較或測量。參考電VREG可由帶隙參考電路、電壓調(diào)節(jié)器或另一常規(guī)電路產(chǎn)生，該常規(guī)電路產(chǎn)生的參考電壓基本上不依賴于電源電壓VM。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68包括一合適的電路，其將電源電壓VM和參考電壓VREG進行比較，并根據(jù)此比較結(jié)果在線VH、VL上產(chǎn)生合適的上限電壓信號和下限電壓信號，送到電平檢測器66。預(yù)計本領(lǐng)域技術(shù)人員參考本說明書后，能容易地推導出用于電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68的合適的詳細電路。
因此，在運行中，通過以上述參照圖5描述的方式在線VH、VL上發(fā)出適當?shù)男盘?，電源電壓VM的增加會使電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68提高電平檢測器66使用的上限電壓和下限電壓。相反地，通過在線VH，VL上發(fā)出合適的信號，電源電壓VM的減小會使電壓比較器和斜坡時鐘比較器電路68減小電平檢測器66使用的上限電壓和下限電壓。在每一種情況下，斜坡時鐘信號RMP的峰值電壓Vpeak按照電源電壓VM的電平進行調(diào)制，這會引起如上所述的輸出PWM信號的占空比發(fā)生變化。占空比的變化會補償由于電源電壓VM的變化引起的開環(huán)增益的變化。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，斜坡時鐘信號RMP的頻率可以根據(jù)電源電壓VM的變化來控制。如圖6所示，電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68還具有連接到頻率控制電路65的輸出。電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68因此可以根據(jù)電源電壓VM和參考電壓VREG的比較結(jié)果，向頻率控制電路65發(fā)出控制信號。因此，頻率控制電路65根據(jù)電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68發(fā)出的信號調(diào)整其偏壓或施加到電流源62H、62L的控制信號。如上所述，如果電源電壓VM增大，以至于電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68增大峰值電壓Vpeak，從而減小PWM占空比，電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68也能夠向頻率控制電路65發(fā)出控制信號，以使源于電流源62H、62L的充電電流和放電電流也增大，從而維持斜坡時鐘信號RMP的頻率恒定。相反，較低的電源電壓VM能引起電壓比較器和斜坡時鐘控制器電路68向頻率控制電路65發(fā)出信號，以減少流過電流源62H、62L的電流，維持斜坡時鐘信號RMP的恒定頻率與較低的電壓峰值Vpeak一致。然而，如上所述，對斜坡時鐘信號RMP頻率的這個控制是可選的。此外，如果需要部分控制，該頻率可被調(diào)節(jié)，以僅僅部分補償峰值電壓的變化。
因此，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，由電源電壓的變化引起的脈沖寬度調(diào)制信號的開環(huán)增益的變化由斜坡時鐘信號的限值變化來補償。此外，可以維持斜坡時鐘信號的頻率恒定，或如果需要可部分調(diào)整。在用于磁盤驅(qū)動的音圈電機方面，開環(huán)增益變化的這個補償提高了數(shù)據(jù)傳感器或讀寫頭的定位準確度。在雙模式音圈電機控制器中，準確度的提高在驅(qū)動模式之間的變換中是尤其明顯的，在那些使用數(shù)據(jù)傳感器和定位臂的機械定位控制的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中也是很明顯的。
已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了描述，當然可以認為本領(lǐng)域的技術(shù)人員在參考了本說明書及附圖后，會顯然了解對本發(fā)明這些實施例所做的修改和替代，及這種修改和替代能從本發(fā)明得到的優(yōu)勢或益處。
權(quán)利要求
1.一種脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器電路，其包括第一驅(qū)動器對，其包括第一和第二晶體管，它們的導電通道串聯(lián)連接于電源電壓和接地電壓之間，所述第一和第二晶體管各有一控制端；脈沖寬度調(diào)制電路，其用于根據(jù)誤差信號和斜坡時鐘信號的比較結(jié)果，產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號；第一脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，其具有連接的一個輸入，以接收所述第一脈沖寬度調(diào)制信號，以及連接到所述第一和第二晶體管的所述控制端的復數(shù)個輸出；和斜坡時鐘發(fā)生器，其用于產(chǎn)生在上限和下限之間周期性變化的斜坡時鐘信號，所述斜坡時鐘發(fā)生器包括一電路，該電路用于根據(jù)電源電壓的變化，改變所述上限和下限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述脈沖寬度調(diào)制電路也用于根據(jù)所述誤差信號和所述斜坡時鐘信號相比較的結(jié)果，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號；進一步包括第二驅(qū)動器對，其包括第三和第四晶體管，它們的導電通道串聯(lián)連接于所述電源電壓和接地電壓之間，所述第三和第四晶體管各具有一控制端；和第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，其具有連接的一個輸入，以接收所述第二脈沖寬度調(diào)制信號，和連接到所述第三和第四晶體管的所述控制端的復數(shù)個輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進一步包括連接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的負載，所述第一節(jié)點位于所述第一和第二晶體管的所述導電通道之間的連接處，所述第二節(jié)點位于所述第三和第四晶體管的所述導電通道之間的連接處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述斜坡時鐘發(fā)生器進一步包括一電路，其用于按照所述電源電壓的變化，改變所述斜坡時鐘信號的斜率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述斜坡時鐘發(fā)生器包括定時電容器；充電電路，其用于周期性地對所述定時電容器進行充電；放電電路，其用于周期性地對所述定時電容器進行放電；電平檢測器，其用于檢測所述定時電容器處的電壓，用于控制所述充電電路，當所述檢測到的電壓達到所述下限時，對所述定時電容器進行充電，還用于控制所述放電電路，當所述檢測到的電壓達到所述上限時，對所述定時電容器進行放電；和控制電路，其用于測量所述電源電壓，和根據(jù)所述測量的電源電壓，將所述上限和所述下限傳送給所述電平檢測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述充電電路包括第一電流源，其根據(jù)第一控制信號，將充電電流傳導給所述定時電容器；其中，所述放電電路包括第二電流源，其根據(jù)第二控制信號，將放電電流傳導給所述定時電容器；且進一步包括頻率控制電路，其用于將所述第一和第二控制信號施加到所述第一和第二電流源，以根據(jù)所述測量的電源電壓，控制所述充電電流和所述放電電流。
7.一種控制脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路的方法，其包括產(chǎn)生在上限和下限之間周期性變化的斜坡時鐘信號；將誤差信號和所述斜坡時鐘信號進行比較；根據(jù)所述誤差信號和所述斜坡時鐘信號的比較結(jié)果，產(chǎn)生處于一占空比的第一脈沖寬度調(diào)制信號；根據(jù)所述第一脈沖寬度調(diào)制信號，驅(qū)動第一對驅(qū)動器晶體管的控制端，所述第一對驅(qū)動器晶體管的導電通道串聯(lián)連接于電源電壓和參考電壓之間；當所述電源電壓高于額定值時，降低所述第一脈沖寬度調(diào)制信號的所述占空比；和當電源電壓低于所述額定值時，提高所述第一脈沖寬度調(diào)制信號的所述占空比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述降低步驟包括提高所述上限；和降低所述下限。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述提高步驟包括降低所述上限；和提高所述下限。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括當所述電源電壓高于所述額定值時，提高所述下限和所述上限之間的所述斜坡時鐘信號的所述斜率；且當所述電源電壓低于所述額定值時，降低所述下限和所述上限之間的所述斜坡時鐘信號的所述斜率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，產(chǎn)生所述斜坡時鐘信號的所述步驟包括用充電電流對所述定時電容器進行充電；當所述定時電容器上的電壓達到所述上限時，用放電電流對所述定時電容器進行放電；和當所述定時電容器上的所述電壓達到所述下限時，重復所述充電步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括當所述電源電壓高于所述額定值時，增大所述充電和放電電流；和當所述電源電壓低于所述額定值時，減小所述充電和放電電流。
13.一種磁盤驅(qū)動系統(tǒng)，其包括磁盤；定位臂，其在所述磁盤之上伸展；數(shù)據(jù)傳感器，其安裝在所述定位臂的遠端；音圈電機，其連接于所述定位臂的近端，用于使所述定位臂繞樞軸旋轉(zhuǎn)；第一驅(qū)動器對，其包括第一和第二晶體管，它們的導電通道串聯(lián)連接于電源電壓和接地電壓之間，所述音圈電機連接于所述第一和第二晶體管的所述導電通道之間的接連處的節(jié)點，且所述第一和第二晶體管各有一控制端；脈沖寬度調(diào)制電路，其用于根據(jù)誤差信號和斜坡時鐘信號的比較結(jié)果產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號；第一脈沖調(diào)制驅(qū)動器，其具有連接的一個輸入，以接收所述第一脈沖寬度調(diào)制信號，和連接到所述第一和第二晶體管的所述控制端的復數(shù)個輸出；和斜坡時鐘發(fā)生器，其用于產(chǎn)生在上限和下限之間周期性變化的斜坡時鐘信號，所述斜坡時鐘發(fā)生器包括一電路，該電路用于根據(jù)所述電源電壓的變化，改變所述上限和所述下限。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖寬度調(diào)制電路也用于根據(jù)所述誤差信號和所述斜坡時鐘信號的比較結(jié)果，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號；進一步包括第二驅(qū)動器對，其包括第三和第四晶體管，它們的導電通道串聯(lián)連接于所述電源電壓和接地電壓之間，所述音圈電機連接于所述第三和第四晶體管的所述導電通道之間的連接處的節(jié)點，所述第三和第四晶體管各有一控制端；和第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器，其具有連接的一個輸入，以接收所述第二脈沖寬度調(diào)制信號，和連接到所述第三和第四晶體管的所述控制端的復數(shù)個輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述斜坡時鐘發(fā)生器進一步包括一電路，該電路用于按照電源電壓變化，改變所述斜坡時鐘信號的所述斜率。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述斜坡時鐘發(fā)生器包括定時電容器；充電電路，其用于周期性地對所述定時電容器進行充電；放電電路，其用于周期性地對所述定時電容器進行放電；電平檢測器，其用于檢測所述定時電容器的電壓，用于控制所述充電電路，當所檢測到的電壓達到所述下限時，對所述定時電容器進行充電，和用于控制所述放電電路，當所檢測到的電壓達到所述上限時，對所述定時電容器進行放電；和控制電路，其用于測量所述電源電壓，和用于根據(jù)所測量到的電源電壓將所述上限和所述下限傳送給所述電平檢測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述充電電路包括第一電流源，其用于根據(jù)第一控制信號將充電電流傳導至所述定時電容器；其中所述放電電路包括第二電流源，其用于根據(jù)第二控制信號將放電電流傳導至所述定時電容器；且進一步包括頻率控制電路，其用于將所述第一和第二控制信號施加到所述第一和第二電流源，以根據(jù)所測量到的電源電壓控制所述充電和放電電流。
全文摘要
本說明書公開了磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中用于音圈電機(22)的定位驅(qū)動器(32)。脈沖寬度調(diào)制前置級驅(qū)動器(46)連接到布置成“H”橋的功率晶體管(50PH、50NH、50PL、50NL)，以驅(qū)動音圈電機(22)，其所加偏壓為電源電壓(V
文檔編號G11B5/596GK1961353SQ200580017384
公開日2007年5月9日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者A·Y·依爾-切瑞夫, E·F·普路托斯基, K·W·則邁 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司