專利名稱:雙模式音圈電機(jī)控制器從d類到線性運(yùn)行的有效轉(zhuǎn)換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域,且更具體地說,針對用于計算機(jī)磁盤驅(qū)動控制器中的音圈電機(jī)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(jī)的現(xiàn)代計算機(jī)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)?,F(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(jī)和“音圈”電機(jī)。在運(yùn)行過程中,主軸電機(jī)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(jī)沿徑向方向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?。?shù)據(jù)傳感器一般位于定位臂的遠(yuǎn)端,定位臂從磁盤圓周外側(cè)的支點(diǎn)或樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)通過旋轉(zhuǎn)磁盤的表面,這樣定位臂繞樞軸的旋轉(zhuǎn)使在磁盤表面上的數(shù)據(jù)傳感器的徑向位置發(fā)生改變。音圈電機(jī)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(jī)控制器電路通常通過一對輸出驅(qū)動器給音圈電機(jī)提供驅(qū)動信號,輸出驅(qū)動器一般包括正側(cè)驅(qū)動器和負(fù)側(cè)驅(qū)動器,其連接于音圈電機(jī)相對側(cè)上。運(yùn)行中,通過正側(cè)驅(qū)動器驅(qū)動電流流過音圈電機(jī)流到負(fù)側(cè)驅(qū)動器,而使定位臂沿一個方向繞樞軸旋轉(zhuǎn),并且通過負(fù)側(cè)驅(qū)動器驅(qū)動電流流過音圈電機(jī)流到正側(cè)驅(qū)動器,而使定位臂沿相反的方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。
于2002年4月16日授權(quán)的美國第6,374,043號專利描述了一種音圈電機(jī)驅(qū)動器和控制器。這種常規(guī)的音圈電機(jī)驅(qū)動器包括一對驅(qū)動器晶體管,分別用于正側(cè)音圈電機(jī)驅(qū)動器和負(fù)側(cè)音圈電機(jī)驅(qū)動器,且控制這些驅(qū)動器對繞驅(qū)動器交叉點(diǎn)以連續(xù)模式和線性AB類模式運(yùn)行。
雙模式音圈電機(jī)控制在本領(lǐng)域是公知的。作為進(jìn)一步的背景技術(shù),美國第5,838,515號專利描述了雙模式音圈電機(jī)驅(qū)動器,其運(yùn)行在脈沖寬度調(diào)制(“D類”)模式和線性模式。本領(lǐng)域眾所周知的是,音圈電機(jī)的“磁道跟蹤”運(yùn)行模式使數(shù)據(jù)傳感器保持在期望的磁道位置,且“磁道尋找”運(yùn)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(xiàn)描述了通過在尋道減速期(deceleration phase)開始時將音圈電機(jī)驅(qū)動器從線性模式轉(zhuǎn)換到脈沖寬度調(diào)制模式,以減小音圈電機(jī)驅(qū)動器的功率耗散。該參考文獻(xiàn)公開了當(dāng)定位傳動器將讀/寫頭向其預(yù)期的目標(biāo)磁道移動時,驅(qū)動器被轉(zhuǎn)換回線性模式,以便在磁道跟蹤過程中使驅(qū)動器運(yùn)行在線性、恒定電流模式。
可以認(rèn)為,其它的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)可將這兩種音圈電機(jī)驅(qū)動模式(線性驅(qū)動和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動)和不同的磁盤驅(qū)動操作相關(guān)聯(lián)。從音圈電機(jī)控制器的角度而言,兩種驅(qū)動模式的可用性給磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)者提供了極大的靈活性。
與本發(fā)明有關(guān),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)音圈電機(jī)驅(qū)動器從脈沖寬度調(diào)制模式轉(zhuǎn)換到線性運(yùn)行模式會在通過音圈電機(jī)的電流中產(chǎn)生一些不連續(xù)。電流的不連續(xù)導(dǎo)致定位臂的運(yùn)動產(chǎn)生誤差,當(dāng)處于磁道尋找操作的減速期時,尤其不希望出現(xiàn)電流不連續(xù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳感器正接近期望的磁盤磁道時,可能導(dǎo)致磁道定位的失敗,使尋道定位時間變長,更嚴(yán)重的情況為在數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫的操作中出現(xiàn)誤差。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的是提供一種雙模式電機(jī)控制器,其能大大減少在從D類、脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動模式到線性驅(qū)動模式的轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的不連續(xù)。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種雙模式電機(jī)控制器,其尤其很好地適用于磁盤驅(qū)動中的音圈電機(jī)控制。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種雙模式電機(jī)控制器,其中可用混合模式型的驅(qū)動模式,而電機(jī)電流中不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換的不連續(xù)。
參考下面的說明書及其附圖,本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
本發(fā)明可以被實(shí)施到雙模式功率控制器中,諸如用于磁盤驅(qū)動器的音圈電機(jī)控制器,其具有橋輸出驅(qū)動器,驅(qū)動電流沿兩個方向中的其中一個流過如音圈電機(jī)之類的負(fù)載。多路復(fù)用器用PWM控制器產(chǎn)生的PWM控制信號或比較器的輸出,來驅(qū)動輸入信號到輸出脈沖寬度調(diào)制器(PWM)驅(qū)動器。每一比較器將音圈電機(jī)終端電壓(指相電壓)和諸如中點(diǎn)處的參考電壓進(jìn)行比較。這樣比較器的輸出對應(yīng)于類似PWM的控制信號,當(dāng)其施加到PWM驅(qū)動器時,將相電壓預(yù)調(diào)節(jié)到中點(diǎn)電壓,諸如線性驅(qū)動模式中提供的中點(diǎn)電壓。在線性驅(qū)動控制電路取代之前,在混合模式運(yùn)行周期期間,比較器驅(qū)動的PWM控制和線性驅(qū)動都能夠被使能。
圖1是以方框圖形式表示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的電路圖。
圖2是以方框圖和示意圖形式表示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的音圈電機(jī)控制器的電路圖,及圖1磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的輸出驅(qū)動電路的電路圖。
圖3是以方框圖和示意圖形式表示的、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例構(gòu)建的圖2電路中的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動和控制電路。
圖4a到4c是說明圖2和3中根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的音圈電機(jī)控制器和輸出驅(qū)動電路運(yùn)行的時序圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將結(jié)合其優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行描述,也就是,和實(shí)施到磁盤驅(qū)動器中一樣實(shí)施到音圈電機(jī)(VCM)的控制器中,其原因是本發(fā)明被認(rèn)為在這種應(yīng)用中特別有用。然而,可以認(rèn)為本發(fā)明同樣在其它應(yīng)用中也是有用的,例如能在多種模式下(也就是多個放大器類)運(yùn)行的驅(qū)動器電路。
圖1一般描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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,其由主軸電機(jī)14旋轉(zhuǎn),主軸電機(jī)14由主軸驅(qū)動器電路16驅(qū)動。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,會提供多個定位臂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(jī)(VCM)22運(yùn)行使定位臂17繞樞軸旋轉(zhuǎn),以將數(shù)據(jù)傳感器18放置在磁盤12的可選擇的徑向磁道上。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(yùn)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”)在磁盤上及從磁盤上讀取用戶數(shù)據(jù),以檢測識別從此處寫入數(shù)據(jù)的磁道和扇區(qū)的信號,和檢測能使讀/寫頭恰好與磁盤的磁道橫向?qū)R的伺服脈沖串(servo burst)。
響應(yīng)于記錄在磁盤12上的磁信號而由讀/寫頭18產(chǎn)生的模擬電信號被發(fā)送到數(shù)據(jù)通道13,以與主計算機(jī)系統(tǒng)(未示出)往來進(jìn)行結(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30(DSP)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可以在普通的微控制器中實(shí)現(xiàn),該微控制器具有控制主軸電機(jī)14的主軸驅(qū)動器電路16。定位驅(qū)動器電路32也可根據(jù)需要與磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10內(nèi)的其它電路集成在一起。
現(xiàn)在參考圖2,將描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的定位驅(qū)動器電路32的構(gòu)造,以及音圈電機(jī)(VCM) 22本身。從這個描述可以明顯看出,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)動器模式又包括脈沖寬度調(diào)制(或D類)驅(qū)動器模式。
功率晶體管50被布置成傳統(tǒng)的“H”橋,以驅(qū)動電流流過VCM 22。正側(cè)驅(qū)動由晶體管50PH、50PL提供,在本發(fā)明的這個實(shí)施例中,它們都是N溝道功率金屬氧化物半導(dǎo)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(bǔ)的MOS(CMOS)技術(shù)來驅(qū)動VCM 22,在這種情況下,晶體管50PH為P溝道MOS晶體管。正側(cè)晶體管50PH、50PL的源極-漏極通道串聯(lián)連接于電源電壓VM和地之間。同樣地,負(fù)側(cè)驅(qū)動由晶體管50NH、50NL提供,其源極-漏極通道也串聯(lián)連接于電源電壓VM和地之間。音圈電機(jī)22連接于節(jié)點(diǎn)VCMP和節(jié)點(diǎn)VCMN之間,節(jié)點(diǎn)VCMP位于晶體管50PH的源極和晶體管50PL的漏極之間,節(jié)點(diǎn)VCMN位于晶體管50NH的源極和晶體管50NL的漏極之間。節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN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相串聯(lián),其傳感節(jié)點(diǎn)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,如果正側(cè)驅(qū)動晶體管50PH、50PL的柵極被加偏壓,就使得和晶體管50PL相比,晶體管50PH相對難導(dǎo)通,如果負(fù)側(cè)驅(qū)動晶體管50NH、50NL的柵極被加偏壓,就使得和晶體管50NH相比,晶體管50NL相對難導(dǎo)通,這樣節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓比節(jié)點(diǎn)VCMN的相電壓高。這會產(chǎn)生電流,它源于晶體管50PH,傳導(dǎo)通過VCM 22,然后通過晶體管50NL導(dǎo)走,這樣導(dǎo)致VCM 22使定位臂17沿一個方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。相反地,如果正側(cè)驅(qū)動晶體管50PH、50PL的柵極被加偏壓,使得和晶體管50PH相比,晶體管50PL相對難導(dǎo)通,給負(fù)側(cè)驅(qū)動晶體管50NH、50NL的柵極加偏壓,使得晶體管50NH相對晶體管50NL難導(dǎo)通,節(jié)點(diǎn)VCMN的相電壓就會比節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓高。這會產(chǎn)生電流,它源于晶體管50NH,傳導(dǎo)通過VCM 22,然后通過晶體管50PL導(dǎo)走,這導(dǎo)致VCM22使定位臂17沿相反的方向繞樞軸旋轉(zhuǎn)。
相應(yīng)地,施加到晶體管50柵極上的電壓控制傳導(dǎo)流過VCM 22的電流的極性和量值。定位驅(qū)動器電路32在圖1的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)10中實(shí)現(xiàn)的就是該功能。
再參考圖2,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(diǎn)VCMP和ISP的電壓作為其輸入,產(chǎn)生的信號對應(yīng)于電阻器51上的壓降,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(bǔ)償反饋網(wǎng)絡(luò)37,其目的是為了運(yùn)行的穩(wěn)定性,如本領(lǐng)域公知的。誤差放大器36的輸出為誤差信號,其對應(yīng)于期望電壓VDAC與對應(yīng)于通過VCM 22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(diǎn)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,從而控制定位臂17和傳感器18(圖1)在磁盤12上尋找或跟蹤期望的磁道位置時的運(yùn)動。
可以和本發(fā)明相關(guān)聯(lián)使用的線性前置級驅(qū)動器38的構(gòu)造和運(yùn)行的附加詳細(xì)情況,在美國第6,374,043號專利中提供??梢灶A(yù)計用于音圈電機(jī)22的其它結(jié)構(gòu)的線性驅(qū)動器也可以替代地用于本發(fā)明中。
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的一個輸出被施加到比較器42P的一個輸入,而差分放大器40的另一輸出被施加到比較器42N的一個輸入。各個比較器42P、42N將這些輸入與斜坡信號RAMP相比較,如用在常規(guī)的PWM和D類放大器控制中的情形,該斜坡信號在選定的切換頻率一般為鋸齒波或三角波。因此比較器42P、42N各自產(chǎn)生全擺幅(full-rail)輸出信號,其響應(yīng)于從差分放大器40接收到的其輸入和斜坡信號RAMP之間的比較值,且將產(chǎn)生的邏輯電平提供給PWM控制邏輯44。PWM控制邏輯44由脈沖寬度調(diào)制使能信號PWM_en使能,且產(chǎn)生一對控制信號,該對控制信號被施加到PWM前置級驅(qū)動器46,PWM前置級驅(qū)動器46產(chǎn)生被施加到晶體管50的柵極的驅(qū)動信號。以這種方式,“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,其控制VCM 22的繞樞軸旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動。按照本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,PWM前置級驅(qū)動器46也接收相電壓VCMP、VCMN,用于從PWM驅(qū)動模式到線性驅(qū)動模式的轉(zhuǎn)換過程中施加到晶體管50上的驅(qū)動控制,下面會參考圖3進(jìn)行描述。
圖3根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,結(jié)合功率晶體管50和VCM22,圖解說明了PWM前置級驅(qū)動器46的構(gòu)造。如圖3所示,來自PWM控制邏輯44的PWM控制信號HiLoP、HiLoN分別被施加到每一多路復(fù)用器52H、52L的一個輸入。多路復(fù)用器52H、52L由控制電路53產(chǎn)生的控制信號TR_en分別控制,該控制電路53可以位于PWM控制邏輯44中或定位驅(qū)動器電路32的其它邏輯中,其對線性模式或PWM模式的選擇進(jìn)行控制??刂齐娐?3可包括一定時器,其用于啟用或表明(assert)控制信號TR_en,且將控制信號TR_en維持一選定的持續(xù)時間,或可替代地根據(jù)節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN處的相電壓,來維持控制信號TR_en。多路復(fù)用器52H、52L的輸出分別被施加到輸出PWM驅(qū)動器54H、54L;在PWM模式下,多路復(fù)用器52H、52L選擇PWM控制信號HiLoP、HiLoN,應(yīng)用于其各自的輸出PWM驅(qū)動器54H、54L。輸出PWM驅(qū)動器54H產(chǎn)生的驅(qū)動信號施加到正側(cè)功率晶體管50PH、50PL的柵極,并且輸出PWM驅(qū)動器54L產(chǎn)生的驅(qū)動信號施加到負(fù)側(cè)功率晶體管50NH、50NL的柵極。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,比較器56H、56L控制從PWM模式到線性驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換過程中施加到功率晶體管50上的驅(qū)動。比較器56H的第一輸入接收節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓,而第二輸入接收參考電壓。施加到比較器56H上(施加到比較器56L上的電壓會在下面進(jìn)行描述)的參考電壓是這樣的電壓在實(shí)現(xiàn)從PWM模式轉(zhuǎn)換到線性模式時朝著該電壓優(yōu)選驅(qū)動相電壓。在此例中,該電壓是加到“H”橋中的晶體管50的電源電壓的一半,即電壓VM/2。同樣地,比較器56L在第一輸入處接收節(jié)點(diǎn)VCMN的相電壓,且在第二輸入處接收參考電壓(如,VM/2)。
比較器56H的輸出作為多路復(fù)用器52H的第二輸入,并且比較器56L的輸出作為多路復(fù)用器52L的第二輸入。如上所述,多路復(fù)用器52H、52L由控制信號TR_en控制。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例,在從PWM模式到線性模式的轉(zhuǎn)換過程中,控制信號TR_en控制多路復(fù)用器52H、52L,以分別選擇比較器56H、56L的輸出分別應(yīng)用到輸出PWM驅(qū)動器54H、54L,且在PWM模式下,控制信號TR_en控制多路復(fù)用器52H、52L從PWM控制邏輯44中選擇進(jìn)入的PWM控制信號HiLoP、HiLoN,分別應(yīng)用于輸出PWM驅(qū)動器54H、54L。在線性模式期間,可以預(yù)計其它的選通邏輯和控制信號(未示出)是可操作用于使PWM前置級驅(qū)動器46對功率晶體管50不起作用或從功率晶體管50去耦。如下面的描述,定位驅(qū)動器32在從PWM模式轉(zhuǎn)換到線性模式的過程中,優(yōu)選運(yùn)行在混合模式,PWM驅(qū)動信號和線性驅(qū)動信號都施加到功率晶體管50的柵極。
在正常運(yùn)行中,定位驅(qū)動器32運(yùn)行以使定位臂17繞樞軸旋轉(zhuǎn),且這樣將數(shù)據(jù)傳感器18移動到磁盤12的磁道上,其對應(yīng)于由主機(jī)計算機(jī)及其磁盤操作系統(tǒng)產(chǎn)生的磁盤存儲器地址。按照本發(fā)明的這個實(shí)施例,預(yù)計由定位驅(qū)動器32提供的兩種模式(PWM和線性)可用于各種操作中,諸如磁道尋找、磁道尋找操作末期的減速和磁道跟蹤,其可用于實(shí)現(xiàn)對磁盤12的確定地址的磁道的存取。例如,正如上述本發(fā)明的背景技術(shù)中所述,定位驅(qū)動器32的PWM(或D類)驅(qū)動模式可以用于磁道尋找和磁道跟蹤操作,定位驅(qū)動器32的線性驅(qū)動模式用于磁道尋找操作的減速期,即當(dāng)數(shù)據(jù)傳感器18接近期望的磁道位置時。替代地,PWM驅(qū)動模式和線性驅(qū)動模式的其他組合是有用的,例如,使用線性驅(qū)動模式進(jìn)行磁道跟蹤,和使用PWM驅(qū)動模式進(jìn)行磁道尋找。參考本說明書,本專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員都能理解,與定位驅(qū)動器32的PWM驅(qū)動模式和線性驅(qū)動模式相關(guān)聯(lián)的特殊磁盤驅(qū)動操作的其它組合也是有用的,例如,在磁道跟蹤時使用線性驅(qū)動模式,這取決于特定的性能要求和磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用。
綜合參考圖2和圖3,現(xiàn)在結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的功率晶體管50對PWM前置級驅(qū)動器46的運(yùn)行進(jìn)行描述。在PWM或D類放大器模式下,根據(jù)誤差放大器36產(chǎn)生的誤差信號和參考電壓VREF(由比較器42P、42N(相對于斜坡信號RAMP)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制)的比較結(jié)果,PWM控制邏輯44產(chǎn)生PWM控制信號HiLoP、HiLoN。在PWM模式中,PWM控制邏輯44使控制信號TR_en無效(de-assert),PWM控制邏輯44控制多路復(fù)用器52H、52L,以將PWM控制信號HiLoP、HiLoN分別傳遞到輸出PWM驅(qū)動器54H、54L。輸出PWM驅(qū)動器54H將電壓施加到功率晶體管50PH、50PL的柵極,以控制節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓,且輸出PWM驅(qū)動器54L將電壓施加到功率晶體管50NH、50NL的柵極,以控制節(jié)點(diǎn)VCMN的相電壓。在這種模式中,預(yù)計以D類脈沖寬度調(diào)制方式軌對軌(rail-to-rail)地驅(qū)動節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN的相電壓。相電壓的占空比和極性決定流過VCM22的平均電流,由此控制定位臂17和其數(shù)據(jù)傳感器18的定位。
如上所述,在如圖2和圖3所示的雙模式VCM定位系統(tǒng)中,可以由PWM模式轉(zhuǎn)換到線性模式,反之亦然。然而,已經(jīng)注意到,根據(jù)本發(fā)明,在PWM驅(qū)動模式期間,節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN處的相電壓及“H”橋中每一個功率晶體管50的柵極處的電壓所處的電平通常與線性模式運(yùn)行的電平截然不同。相應(yīng)地,當(dāng)突然由PWM驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換到線性驅(qū)動模式時,可以觀察到流過VCM 22的電流中有不連續(xù)存在。而且已經(jīng)進(jìn)一步觀察到誤差電壓中出現(xiàn)相電壓和柵極電壓的這些不連續(xù),如由電流傳感放大器34和誤差放大器36測量到的誤差電壓。已觀察到一旦突然進(jìn)入線性模式,由于這些轉(zhuǎn)換不連續(xù)造成的誤差隨時間積累,引起磁道定位誤差,并因此增加了磁道尋找定位時間。在嚴(yán)重的情況下,這些不連續(xù)會導(dǎo)致在數(shù)據(jù)寫和數(shù)據(jù)讀操作中產(chǎn)生錯誤。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,在從PWM驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換到線性驅(qū)動模式時,比較器56和多路復(fù)用器52的作用是預(yù)調(diào)節(jié)功率晶體管50的柵極電壓,及節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN處的相電壓。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,這種預(yù)調(diào)節(jié)速度很快,且實(shí)際上傳感誤差的減少提高了磁盤性能。
相應(yīng)地,在電流PWM模式運(yùn)行的末期,諸如在磁道尋找操作的減速期開始,當(dāng)雙模式定位驅(qū)動器32要轉(zhuǎn)換到線性模式時,PWM控制邏輯44就啟用TR_en控制信號,將其加到多路復(fù)用器52H、52L。在這個轉(zhuǎn)換周期期間,多路復(fù)用器52H、52L據(jù)此選擇比較器56H、56L的輸出以分別應(yīng)用到輸出PWM驅(qū)動器54H、54L。同樣在這個轉(zhuǎn)換周期期間,如下所述,線性前置級驅(qū)動器38也優(yōu)選驅(qū)動功率晶體管50的柵極,給VCM 22提供混合模式(PWM和線性)的驅(qū)動。
例如,在這個轉(zhuǎn)換周期期間,比較器56H將節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓和參考電壓VM/2進(jìn)行比較,然后,對應(yīng)于這個比較的結(jié)果,在其輸出產(chǎn)生軌對軌信號。類似地,同樣在轉(zhuǎn)換期間,比較器56L將節(jié)點(diǎn)VCMN的相電壓和參考電壓VM/2進(jìn)行比較,然后,對應(yīng)于這個比較的結(jié)果,在其輸出產(chǎn)生軌對軌信號。比較器56H、56L的目的就是產(chǎn)生輸出信號以使輸出PWM驅(qū)動器54H、54L驅(qū)動功率晶體管50,使其處于相電壓都在參考電壓VM/2的狀態(tài)。相應(yīng)地,每一個PWM回路優(yōu)選布置為負(fù)反饋回路。例如,在轉(zhuǎn)換周期開始時,如果節(jié)點(diǎn)VCMP的相電壓高于參考電壓VM/2,由比較器56H、多路復(fù)用器52H和輸出PWM驅(qū)動器54H組成的回路優(yōu)選驅(qū)動晶體管50PH、50PL的柵極,以使晶體管50PL比晶體管50PH的導(dǎo)通時間長,以便節(jié)點(diǎn)VCMP被拉低。由比較器56L、多路復(fù)用器52L和輸出PWM驅(qū)動器54L組成的回路也以同樣的方式運(yùn)行。
施加到多路復(fù)用器52H、52L的TR_en控制信號被優(yōu)選啟用或保持一段選定的持續(xù)時間,例如由控制電路53中的定時器控制的持續(xù)時間。替代地,控制電路53可包括比較器或其它電路,其它電路根據(jù)節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN的相電壓使控制信號TR_en無效,例如當(dāng)相電壓接近參考電壓VM/2時。可以預(yù)計,如適合于本發(fā)明的特殊實(shí)施方式,在參考了本說明書后,用于確定何時使控制信號TR_en無效的其它控制方案對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
在轉(zhuǎn)換期期間,當(dāng)比較器56H、56L正在控制其各自的輸出PWM驅(qū)動器54H、54L時,線性前置級驅(qū)動器38也優(yōu)選驅(qū)動功率晶體管50的柵極。線性前置級驅(qū)動器38的輸出和輸出PWM驅(qū)動器54H、54L的輸出在相應(yīng)的柵極節(jié)點(diǎn)處連接在一起,如圖2明顯看出的,并且兩者是互相兼容的。在這個混合模式運(yùn)行中,前置級驅(qū)動器38和46都驅(qū)動功率晶體管50,此外還對柵極電壓和相電壓進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié),雖然可以認(rèn)為在混合模式運(yùn)行轉(zhuǎn)換過程中,輸出PWM驅(qū)動器54H、54L趨于支配線性前置級驅(qū)動器38。
在轉(zhuǎn)換周期末期,由控制邏輯53暫?;蛟谄涓袦y到節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN的相電壓被適當(dāng)預(yù)調(diào)節(jié)時,PWM前置級驅(qū)動器46停止驅(qū)動功率晶體管50的柵極。取而代之的是線性前置級驅(qū)動器38(圖2)控制這些柵極電壓,且因此控制節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN的相電壓,并且相應(yīng)地,控制流過VCM 22的電流的量值和極性。由于通過比較器56和輸出PWM驅(qū)動器54的運(yùn)行,對柵極電壓和相電壓進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié),使其接近在線性模式下這些節(jié)點(diǎn)被偏置的電壓,因此與傳統(tǒng)雙模式VCM系統(tǒng)相比,在進(jìn)行PWM模式和線性模式之間的轉(zhuǎn)換時,功率晶體管50運(yùn)行中的不連續(xù)性以及由此導(dǎo)致的誤差被大大減少。
圖4a到圖4c說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的定位驅(qū)動器電路46運(yùn)行的一個例子。圖4a圖解說明了節(jié)點(diǎn)VCMP、VCMN的相電壓。圖4b圖解說明了晶體管50PH、50PL、50NH、50NL各自的柵極的電壓GPH、GPL、GNH、GNL。圖4c圖解說明了控制信號TR_en的時序,其從t0時刻到t1時刻之間啟用。例如,可以認(rèn)為從t0時刻到t1時刻的總持續(xù)時間可以在500納秒到1.5微秒左右。
在圖4a到圖4c中,在t0時刻以前,定位驅(qū)動器電路46和功率晶體管50運(yùn)行于PWM模式(為清楚起見,不同節(jié)點(diǎn)的脈沖在這些圖中未示出)。在此例中,t0時刻之前緊接的最后PWM脈沖已經(jīng)將晶體管50NH和50PL的柵極置為高,將晶體管50PH和50NL的柵極置為低,這樣節(jié)點(diǎn)VCMN為高,節(jié)點(diǎn)VCMP為低。因此,這最后一個PWM脈沖驅(qū)動從右向左(圖2和圖3)流過VCM 22的電流。
在t0時刻,從PMW驅(qū)動模式向線性驅(qū)動模式的轉(zhuǎn)換開始時,控制信號TR_en被啟用。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)VCMN的相電壓相對高于參考電壓VM/2(且相反地,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)VCMP的相電壓相對低于參考電壓VM/2),比較器56H、56L就產(chǎn)生輸出信號,輸出信號使輸出PWM驅(qū)動器54H、54L產(chǎn)生脈沖,將晶體管50PH、50NL的柵極置為高,而將晶體管50NH,50PL的柵極置為低,分別如圖4b中所示的電壓GPH、GNH、GPL|。|在從時刻t0到時刻t1的轉(zhuǎn)換時間期間,這些脈沖對相電壓VCMN放電,而對相電壓VCMP充電。如上所述,在這段時間期間,線性前置級驅(qū)動器38也用線性模式偏置電壓驅(qū)動晶體管50的柵極,這有助于限制柵極電壓的偏移。
在轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時,即t1時刻,控制信號TR_en被無效。在轉(zhuǎn)換周期期間,比較器56和輸出PWM驅(qū)動器54的動作已對相電壓VCMP、VCMN和柵極電壓GPH、GPL、GNH、GNL進(jìn)行了預(yù)調(diào)節(jié),使得它們能更快地達(dá)到其線性驅(qū)動模式電平,其大約在t2時刻發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,通過仿真,預(yù)計經(jīng)過大約15微秒左右的時間,在t2時刻可以達(dá)到線性電平。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例,由于對“H”橋功率晶體管50的柵極電壓和相電壓進(jìn)行的預(yù)調(diào)節(jié),當(dāng)線性驅(qū)動模式接替時,和常規(guī)電路中的情況相比,柵極電壓和相電壓被驅(qū)動得更接近其線性電壓電平。流過音圈電機(jī)電流中的不連續(xù)和產(chǎn)生的定位臂的誤動作因此大大減小了,電流的不連續(xù)和定位臂的誤動作會引起傳感誤差,該傳感誤差會維持到線性驅(qū)動模式反饋??梢哉J(rèn)為本發(fā)明將使磁盤驅(qū)動系統(tǒng)或其它使用本發(fā)明的系統(tǒng)的精度和性能得以改進(jìn)提高,且同樣能在實(shí)施系統(tǒng)的其它操作中使用雙模式驅(qū)動器。
結(jié)合其在磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中的音圈電機(jī)的控制的預(yù)期應(yīng)用,已經(jīng)對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。然而,如上所述,除電機(jī)控制和磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用之外,可預(yù)計本發(fā)明可以用于其它應(yīng)用中。例如,可以預(yù)計本發(fā)明可以與雙模式或多模式輸出放大器一起使用,或與其中只使用單一驅(qū)動器對而不是如以上所述的正側(cè)和負(fù)側(cè)驅(qū)動器對的驅(qū)動電路一起使用。可以預(yù)計本領(lǐng)域技術(shù)人員在參考這個說明書后,能夠?qū)⒈景l(fā)明用在這樣的其它應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.一種多模式驅(qū)動器電路,其包括脈沖寬度調(diào)制電路,其用于產(chǎn)生第一和第二脈沖寬度調(diào)制信號;第一驅(qū)動器對,其包括第一和第二晶體管,它們的導(dǎo)電通道串聯(lián)連接在電源電壓和接地電壓之間,且在所述第一和第二晶體管的導(dǎo)電通道之間的連接處確定第一相節(jié)點(diǎn),所述第一和第二晶體管各具有一控制端;第一脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器,其具有一個輸入和復(fù)數(shù)個輸出,所述復(fù)數(shù)個輸出連接到所述第一和第二晶體管的所述控制端;第一比較器,其具有連接到所述第一相節(jié)點(diǎn)的第一輸入,和接收參考電壓的第二輸入;和第一多路復(fù)用器,其連接的第一輸入接收所述第一脈沖寬度調(diào)制信號,連接的第二輸入接收所述第一比較器的輸出,其還具有控制輸入,和連接到所述第一脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器的所述輸入的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路,進(jìn)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(dǎo)電通道串聯(lián)連接在電源電壓和接地電壓之間,且確定第二相節(jié)點(diǎn),其位于所述第三和第四晶體管的導(dǎo)電通道之間的連接處,所述第三和第四晶體管各具有一控制端;第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器,其具有一個輸入和復(fù)數(shù)個輸出,所述復(fù)數(shù)個輸出連接到所述第三和第四晶體管的所述控制端;第二比較器,其具有連接到所述第二相節(jié)點(diǎn)的第一輸入,和接收參考電壓的第二輸入;和第二多路復(fù)用器,其連接的第一輸入接收所述第二脈沖寬度調(diào)制信號,連接的第二輸入接收所述第二比較器的輸出,其還具有控制輸入,和連接到所述第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器的所述輸入的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路,進(jìn)一步包括控制電路,其連接到所述第一多路復(fù)用器和所述第二多路復(fù)用器的所述控制輸入,用于控制所述第一和第二多路復(fù)用器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路,其中所述控制電路包括用于測量選定的持續(xù)時間的定時器;和用于產(chǎn)生控制信號的電路,以控制所述第一和第二多路復(fù)用器選擇它們的第一輸入,用于連接到它們的輸出所述選定的持續(xù)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路,其中所述控制電路包括比較器電路,其用于測量所述第一和第二相節(jié)點(diǎn)的電壓;和用于產(chǎn)生控制信號的電路,以控制所述第一和第二多路復(fù)用器選擇它們的第一輸入,用于響應(yīng)于所述比較器電路連接到它們的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路,進(jìn)一步包括連接于所述第一和第二相節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路,進(jìn)一步包括連接到所述第一相節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。
8.一種驅(qū)動磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中的電機(jī)的方法,其包括產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號以驅(qū)動第一對驅(qū)動器晶體管,從而在負(fù)載處產(chǎn)生第一相電壓;響應(yīng)于所述第一相電壓和參考電壓的比較結(jié)果,產(chǎn)生第一預(yù)調(diào)節(jié)信號;在轉(zhuǎn)換周期中,響應(yīng)于所述第一預(yù)調(diào)節(jié)信號,驅(qū)動所述第一對驅(qū)動器晶體管;在所述轉(zhuǎn)換周期之后,以線性模式驅(qū)動所述第一對驅(qū)動器晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,進(jìn)一步包括產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號以驅(qū)動第二對驅(qū)動器晶體管,從而在所述負(fù)載處產(chǎn)生第二相電壓,所述第一和第二相電壓產(chǎn)生通過所述負(fù)載中的電流;響應(yīng)于所述第二相電壓和參考電壓的比較結(jié)果,產(chǎn)生第二預(yù)調(diào)節(jié)信號;在轉(zhuǎn)換周期中,響應(yīng)于所述第二預(yù)調(diào)節(jié)信號,驅(qū)動所述第二對驅(qū)動器晶體管;在所述轉(zhuǎn)換周期之后,以所述線性模式驅(qū)動所述第二對驅(qū)動器晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中所述產(chǎn)生步驟包括將脈沖寬度調(diào)制信號施加到第一輸出放大器,所述第一輸出放大器的輸出連接到所述第一對驅(qū)動器晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中驅(qū)動所述第一對驅(qū)動器晶體管的所述步驟包括將所述第一預(yù)調(diào)節(jié)信號施加到所述第一輸出放大器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中將脈沖寬度調(diào)制信號施加到所述第一輸出放大器的所述步驟包括控制第一多路復(fù)用器,以將所述脈沖寬度調(diào)制信號連接到所述第一輸出放大器;且其中,將所述第一預(yù)調(diào)節(jié)信號施加到所述第一輸出放大器的所述步驟包括控制所述第一多路復(fù)用器,以將所述第一預(yù)調(diào)節(jié)信號連接到所述第一輸出放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,進(jìn)一步包括在所述轉(zhuǎn)換周期期間,以所述線性模式驅(qū)動所述第一對驅(qū)動器晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,進(jìn)一步包括用電源電壓給所述第一對驅(qū)動器晶體管加偏壓;其中,所述參考電壓大約是所述電源電壓的一半。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,進(jìn)一步包括結(jié)束所述轉(zhuǎn)換周期。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,進(jìn)一步包括測量所述轉(zhuǎn)換周期的所述持續(xù)時間;其中,當(dāng)所述測量的持續(xù)時間達(dá)到選定的持續(xù)時間時,執(zhí)行所述結(jié)束步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,進(jìn)一步包括測量所述第一相電壓;其中,當(dāng)所述第一相電壓達(dá)到選定的電壓水平時,執(zhí)行所述結(jié)束步驟。
18.一種磁盤驅(qū)動系統(tǒng),其包括磁盤;定位臂,其延伸越過所述磁盤;數(shù)據(jù)傳感器,其安裝在所述定位臂的遠(yuǎn)端;音圈電機(jī),其連接到所述定位臂的近端,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(dǎo)電通道串聯(lián)連接于電源電壓和接電電壓之間,且在所述第一和第二晶體管的所述導(dǎo)電通道之間的連接處確定連接到所述音圈電機(jī)的第一相節(jié)點(diǎn),所述第一和第二晶體管各具有一控制端,和所述第一相節(jié)點(diǎn);線性電路,其用于在線性驅(qū)動模式中,產(chǎn)生線性驅(qū)動信號以控制所述第一和第二晶體管的所述控制端;脈沖寬度調(diào)制電路,其用于產(chǎn)生第一和第二脈沖寬度調(diào)制信號;第一脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器,其具有一個輸入和連接到所述第一和第二晶體管的所述控制端的復(fù)數(shù)個輸出;第一比較器,其具有連接到所述第一相節(jié)點(diǎn)的第一輸入,以及接收參考電壓的第二輸入;第一多路復(fù)用器,其連接的第一輸入接收所述第一脈沖寬度調(diào)制信號,連接的第二輸入接收所述第一比較器的一個輸出,其還具有一個控制輸入,和連接到所述第一脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器的所述輸入的一個輸出;以及控制電路,其連接到所述第一和第二多路復(fù)用器的所述控制輸入,用于控制所述第一多路復(fù)用器和所述第二多路復(fù)用器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁盤驅(qū)動系統(tǒng),進(jìn)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(dǎo)電通道串聯(lián)連接于所述電源電壓和接地電壓之間,且確定第二相節(jié)點(diǎn),其在所述第三和第四晶體管的導(dǎo)電通道之間的連接處連接到所述音圈電機(jī),所述第三和第四晶體管各具有一控制端;第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器,其具有一個輸入和連接到所述第三和第四晶體管的所述控制端的復(fù)數(shù)個輸出;第二比較器,其具有連接到所述第二相節(jié)點(diǎn)的第一輸入,和接收參考電壓的第二輸入;和第二多路復(fù)用器,其連接的第一輸入接收所述第二脈沖寬度調(diào)制信號,連接的第二輸入接收所述第二比較器的輸出,其還具有一控制輸入,和連接到所述第二脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動器的所述輸入的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁盤驅(qū)動系統(tǒng),進(jìn)一步包括控制電路,其連接到所述第一和第二多路復(fù)用器的所述控制輸入,用于控制所述第一和第二多路復(fù)用器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的磁盤驅(qū)動系統(tǒng),其中所述控制電路包括用于測量選定的持續(xù)時間的定時器;和用于產(chǎn)生控制信號的電路,以控制所述第一和第二多路復(fù)用器選擇它們的第一輸入,用于連接到它們的輸出所述選定的持續(xù)時間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的磁盤系統(tǒng),其中所述控制電路包括用于測量所述第一和第二相節(jié)點(diǎn)的電壓的比較器電路;和用于產(chǎn)生控制信號的電路,以控制所述第一和第二多路復(fù)用器選擇它們的第一輸入,用于響應(yīng)于所述比較器電路連接到它們的輸出。
全文摘要
本說明書公開了應(yīng)用于磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中音圈電機(jī)(22)的雙模式定位驅(qū)動器。線性前置級驅(qū)動器和脈沖寬度調(diào)制前置級驅(qū)動器(46)都連接到布置成“H”橋的功率晶體管(50PH,50NH,50PL,50NL),以驅(qū)動音圈電機(jī)(22)。因此定位驅(qū)動器是可操作的,以便以線性模式或脈沖寬度調(diào)制D類模式驅(qū)動功率晶體管(50)。在從脈沖寬度調(diào)制模式到線性模式的轉(zhuǎn)換周期中,比較器(56H,56L)將“H”橋的相電壓和參考電壓進(jìn)行比較。比較器(56H,56L)的輸出施加到PWM輸出放大器(54H,54L),以驅(qū)動功率晶體管50,以便朝著它們的線性偏壓點(diǎn)預(yù)調(diào)節(jié)相電壓。結(jié)果,使得流過音圈電機(jī)(22)的驅(qū)動電流的不連續(xù)最少。
文檔編號G11B5/55GK1961354SQ200580017391
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K·W·則邁, A·Y·依爾-切瑞夫, G·普路托斯基 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司