CN110492581B - 响应于外部电源故障从主轴电动机回收能量 - Google Patents

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Abstract

控制驱动多相电动机的半桥以执行操作序列以支持对保持电容器充电。首先，在制动器配置中，控制半桥晶体管，使得半桥的高侧晶体管或低侧晶体管接通。其次，在有源升压配置中，控制半桥晶体管，使得第一半桥的高侧晶体管和第二半桥的低侧晶体管都接通、并且第一半桥的低侧晶体管和第二半桥的高侧晶体管都关断。第三，在有源制动配置中，控制半桥晶体管，使得第一半桥的低侧晶体管和第二半桥的高侧晶体管都接通、并且第一半桥的高侧晶体管和第二半桥级的低侧晶体管都关断。

Description

响应于外部电源故障从主轴电动机回收能量
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月15日提交的专利号为62/671,558的美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及增强用于响应于外部电源的中断而从自由旋转的多相主轴电动机回收能量以对外部电容器充电的过程。
背景技术
响应于硬盘驱动器的电源的外部中断，多相主轴电动机被用作发电机以产生用于完成拾取承载臂的斜坡加载(停放)的功率。发电机的电压取决于多相主轴电动机的旋转的速度和电气常数。通过对在多相主轴电动机的相绕组中感应的反电动势(BEMF)进行整流，向外部保持电容器施加经整流的充电电流，外部保持电容器连接到多相主轴电动机的输出驱动桥级的电源节点和音圈电动机，其中该音圈电动机被致动以使得拾取承载臂移动一段时间以便安全地停放拾取承载臂。
图1示出了用于驱动多相主轴电动机12的传统输出驱动桥电路10的电路图。在这个示例中，多相主轴电动机12是具有第一相绕组PhA、第二相绕组PhB和第三相绕组PhC的三相电动机。每个相绕组可以由其等效电路示意图表示，等效电路示意图包括反EMF电压、电感和电阻的串联电连接。在一个实施例中，如图所示，每个相绕组连接在多相主轴电动机12的对应的控制端子A、B或C与具有Y型配置的多相主轴电动机12的中心抽头CT之间。在备选实施例中，每个相绕组连接在具有三角(Δ)型配置的多相主轴电动机12的对应的一对控制端子A、B或C之间。输出驱动桥电路10包括用于多相主轴电动机12的每个相的输出驱动桥级24x(其中x表示对应的相A、B或C)。每个输出驱动桥级24x被配置为半桥驱动器，半桥驱动器包括与低侧驱动晶体管28串联电连接在电动机电源节点30与接地节点32之间的高侧驱动晶体管26。具体地，晶体管26和28的源极-漏极路径在驱动节点34x处串联连接，驱动节点34x电连接到多相主轴电动机12的对应的控制端子A、B或C。晶体管26和28通常由n沟道功率MOSFET器件形成。晶体管26的漏极连接到电源节点30，晶体管26的源极连接到驱动节点34x，晶体管28的漏极连接到驱动节点34x，并且晶体管28的源极连接到接地节点32。晶体管26的栅极端子由高侧控制信号Hx驱动，并且晶体管28的栅极端子由低侧控制信号Lx驱动。高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx由电动机控制器电路40生成。
外部保持电容器46连接在电动机电源节点30与接地节点32之间。隔离晶体管50(例如，p沟道MOSFET器件)连接在外部电源节点52与电动机电源节点30之间。外部电源节点52被配置为接收外部施加的电源电压VCV。隔离晶体管50由电动机控制器电路40使用控制信号Iso进行去激励，以便在外部电源电压VCV被中断的情况下将电动机电源节点30与外部电源电压VCV隔离。响应于这种中断，在旋转的多相主轴电动机12的相绕组中感应的反电动势由多相主轴电动机12的输出驱动桥级24x的功率MOSFET器件的本征的电流再循环二极管D整流。这生成用于对外部保持电容器46充电的电流，以便有希望维持电动机电源节点30处的电压水平，该电压水平足以在有限的时间段内为音圈电动机(VCM)的控制电路和驱动器供电以安全地停放拾取承载臂。
在一个已知实施例中，在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收过程包括第一阶段，在本领域中称为制动阶段，在第一阶段，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26关断并且所有输出驱动桥级24x中的晶体管28接通。该电路配置有效地使多相主轴电动机的相绕组短路，并且三个BEMF产生三个极性和值的电流，三个极性和值的电流是转子的角位置的函数。例如，关于取决于转子位置的六个可能的电流循环方向中的一个方向，A相的电流将通过绕组PhA进入电动机，而B相和C相中的电流将通过绕组PhB和PhC离开电动机。主轴电动机的BEMF的整流发生在第二阶段，在本领域中称为三态阶段，在第二阶段，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26和28关断。在三态阶段期间，电动机的绕组中的三个电流通过功率MOSFET的本征二极管D进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流通过输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26的本征二极管D向电动机电源节点30流动，而进入相绕组PhA的A相中的电流来自通过输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28的本征二极管D流动的接地节点32。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。
图2示出了针对使用第一(制动)阶段、然后是第二(三态)阶段的回收过程的时序图。依次重复这两个阶段。每当输出桥级的配置从“制动”配置切换到“三态”配置时，再循环电动机电流对电容器46充电。这引起电源节点30上的电压递增。
在另一已知实施例中，用于在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收的过程包括第一阶段，在本领域中称为制动阶段，在第一阶段，电机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26关断并且所有输出驱动桥级24x中的晶体管28接通。该电路配置有效地使多相主轴电动机的相绕组短路，并且三个BEMF产生三个极性和值的电流，三个极性和值的电流是转子的角位置的函数。例如，关于取决于转子位置的六个可能的电流循环方向中的一个，A相的电流将通过绕组PhA进入电动机，而B相和C相中的电流将通过绕组PhB和PhC离开电动机。主轴电动机的BEMF的整流发生在第二阶段，在本领域中称为有源升压阶段，在第二阶段，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号以根据转子的角位置选择性地接通功率MOSFET中的某些功率MOSFET并且选择性地关断功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET。在有源升压阶段期间，电动机的绕组中的三个电流通过选择性接通的功率MOSFET中的一些功率MOSFET进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26选择性地接通，并且来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流向电动机电源节点30流动，而输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28也选择性地接通，并且进入相绕组PhA中的A相中的电流来自接地节点32，并且所有其它功率MOSFET关断。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。
在从制动阶段切换到有源升压阶段之前知晓转子位置是很重要的。电动机控制器40可以通过感测多相主轴电动机12的控制端子A、B和C(以及可能还有CT)处的电压来操作以检测转子位置。该转子位置检测提供指示六个可能的电流循环方向中的哪个方向当前有效的信息，并且然后该信息可以用于控制驱动晶体管的ON/OF状态以用于有源升压阶段操作。
图3示出了针对使用第一(制动)阶段、然后是第二(有源升压)阶段的回收过程的时序图。依次重复这两个阶段。每当输出桥级的配置从“制动”配置切换到“有源升压”配置时，再循环电动机电流对电容器46充电。这使得电源节点30上的电压递增。用于感测电动机电压和检测转子位置(其指示六个可能的电流循环方向中的哪个方向当前有效)的操作在每个制动阶段结束时或附近发生。
在又一已知实施例中，用于在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收的过程包括第一阶段，在本领域中称为制动阶段，在第一阶段，电机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26关断并且所有输出驱动桥级24x中的晶体管28接通。该电路配置有效地使多相主轴电动机的相绕组短路，并且三个BEMF产生三个极性和值的电流，三个极性和值的电流是转子的角位置的函数。例如，关于取决于转子位置的六个可能的电流循环方向中的一个方向，A相的电流将通过绕组PhA进入电动机，而B相和C相中的电流将通过绕组PhB和PhC离开电动机。主轴电动机的BEMF的整流与两个后续阶段相关联地发生。在第二阶段(在本领域中称为三态阶段)中，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26和28关断。在三态阶段期间，电动机的绕组中的三个电流可以通过功率MOSFET的本征二极管D进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流通过输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26的本征二极管D向电动机电源节点30流动，而进入相绕组PhA的A相中的电流来自通过输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28的本征二极管D流动的接地节点32。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。在第三阶段(在本领域中称为有源升压阶段)中，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号以根据转子的角位置选择性地接通功率MOSFET中的某些功率MOSFET并且选择性地关断功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET。在有源升压阶段期间，电动机的绕组中的三个电流通过选择性接通的功率MOSFET中的一些功率MOSFET进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26选择性地接通，并且来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流向电动机电源节点30流动，而输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28也选择性地接通，并且进入相绕组PhA的A相中的电流来自接地节点32，并且所有其它功率MOSFET关断。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。
在从三态阶段切换到有源升压阶段之前知晓转子位置是很重要的。电动机控制器40可以通过感测多相主轴电动机12的控制端子A、B和C(以及可能还有CT)处的电压来操作以检测转子位置。该转子位置检测提供指示六个可能的电流循环方向中的哪个方向当前有效的信息，并且然后该信息可以用于控制驱动晶体管的ON/OF状态以用于有源升压阶段操作。
图4示出了针对使用第一(制动)阶段、然后是第二(三态)阶段、然后是第三(有源升压)阶段的回收过程的时序图。依次重复这三个阶段。每当输出桥级的配置从“制动”配置切换到“三态”并且然后切换到“有源升压”配置时，再循环电动机电流对电容器46充电。这使得电源节点30上的电压递增。用于感测电动机电压和检测转子位置(其指示六个可能的电流循环方向中的哪个方向当前有效)的操作在每个三态阶段期间发生。
发明内容
在实施例中，提供了用于对保持电容器进行充电的方法，该保持电容器耦合在驱动多相电动机的输出晶体管半桥级的电源节点之间。检测到外部电源的故障。响应于此，执行以下操作的序列：a)切换输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现制动配置，其中输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；b)然后切换输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现有源升压配置，其中第一输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管和第二输出晶体管半桥级的低侧MOS晶体管都接通，并且其中第一输出晶体管半桥级的低侧MOS晶体管和第二输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管都关断；以及c)然后切换输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现有源制动配置，其中第一输出晶体管半桥级的低侧MOS晶体管和第二输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管都接通，并且其中第一输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管和第二输出晶体管半桥级的低侧MOS晶体管都关断。
在实施例中，用于驱动多相电动机的电路包括：电源节点，被配置为接收用于为多相电动机供电的外部电源；公共参考节点；多个半桥，耦合在所述电源节点与所述公共参考节点之间，每个半桥包括高侧MOS晶体管、低侧MOS晶体管和耦合到多相电动机的相应绕组端子的输出节点；以及控制电路。控制电路被配置为感测外部电源的故障。响应于此，执行以下操作序列：a)切换半桥的MOS晶体管以实现制动配置，其中半桥的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；b)然后切换半桥的MOS晶体管以实现有源升压配置，其中第一半桥的高侧MOS晶体管和第二半桥的低侧MOS晶体管都接通，并且其中第一半桥的低侧MOS晶体管和第二半桥的高侧MOS晶体管都关断；c)然后切换半桥的MOS晶体管以实现有源制动配置，其中第一半桥的低侧MOS晶体管和第二半桥的高侧晶体管都接通，并且其中第一半桥的高侧MOS晶体管和第二半桥的低侧晶体管都关断。
附图说明
在结合附图的对具体实施例的以下非限制性描述中将详细讨论前述和其它特征和优点，在附图中：
图1是用于驱动多相主轴电动机的传统输出驱动桥电路的电路图；
图2是针对在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收的过程的时序图；
图3是针对在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的另一回收的过程的时序图；
图4是针对在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的又一回收的过程的时序图；
图5是针对在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收的过程的时序图；
图6是示出电动机电流的时序图；
图7是根据产生图6的电动机电流的图5的过程的用于驱动电动机的输出驱动桥电路的简化电路图；
图8示出了图7的电路在制动阶段中的操作；
图9示出了图7的电路在三态/有源升压阶段中的操作；以及
图10示出了图7的电路在有源制动阶段中的操作。
具体实施方式
在各个附图中，相同的要素用相同的附图标记表示，并且各个附图未按比例绘制。为清楚起见，仅示出了并且详细描述了对理解所描述的实施例有用的那些要素。
改进的用于在主轴电动机的相绕组中感应的反电动势的回收的过程包括第一阶段，在本领域中称为制动阶段，在第一阶段，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26关断并且所有输出驱动桥级24x中的晶体管28接通。该电路配置有效地使多相主轴电动机的相绕组短路，并且三个BEMF产生三个极性和值的电流，三个极性和值的电流是转子的角位置的函数。例如，关于取决于转子位置的六个可能的电流循环方向中的一个方向，A相的电流将通过绕组PhA进入电动机，而B相和C相中的电流将通过绕组PhB和PhC离开电动机。
应当理解，在第一阶段的替代实现中，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管28关断，并且所有输出驱动桥级24x中的晶体管26接通。该电路配置还有效地使多相主轴电动机的相绕组短路并且产生相同的三个电流。
主轴电动机的BEMF的整流与两个后续阶段相关联地发生。在第二阶段(在本领域中称为三态阶段)中，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，使得所有输出驱动桥级24x中的晶体管26和28被关断。在三态阶段期间，电动机的绕组中的三个电流可以通过功率MOSFET的本征二极管D进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流通过输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26的本征二极管D向电动机电源节点30流动，而进入相绕组PhA的A相中的电流来自通过输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28的本征二极管D流动的接地节点32。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。在第三阶段(在本领域中称为有源升压阶段)中，电动机控制器生成Hx和Lx控制信号以根据转子的角位置选择性地接通功率MOSFET中的某些功率MOSFET并且选择性地关断功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET。在有源升压阶段期间，电动机的绕组中的三个电流通过选择性接通的功率MOSFET中的一些功率MOSFET进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，输出驱动桥级24B和24C的高侧驱动晶体管26选择性地接通，并且来自相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流向电动机电源节点30流动，而输出驱动桥级24A的低侧驱动晶体管28也选择性地接通，并且进入相绕组PhA的A相中的电流来自接地节点32，并且所有其它功率MOSFET关断。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合，并且有效地对该电容器充电。
最后，执行有源制动阶段。电动机控制器生成Hx和Lx控制信号，以选择性地接通功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET(即，在第三阶段中被关断的MOSFET)并且选择性地关断功率MOSFET中的某些功率MOSFET(即，在第三阶段中被接通的MOSFET)，该操作取决于转子的角位置，并且与有源升压阶段中运用的通/断控制相反。这里的要点是，对于指示基于有效的转子位置的电流循环方向中的一个电流循环方向的转子的某个角位置以及在有源升压阶段期间接通的所标识的功率MOSFET中的某些功率MOSFET(以及功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET)，具有转子的同一相对角位置和基于转子位置的电流循环方向中的同一电流循环方向的紧接着的有源制动阶段进行操作以相反地控制功率MOSFET，功率MOSFET中的某些其它功率MOSFET接通并且功率MOSFET中的某些功率MOSFET关断。在有源制动阶段期间，电动机的绕组中的三个电流通过选择性接通功率MOSFET中的一些功率MOSFET进行再循环。关于基于转子位置的相同的示例电流循环方向，输出驱动桥级24B和24C的低侧驱动晶体管28选择性地接通，并且进入相绕组PhB和PhC的B相和C相中的电流来自接地节点32，而输出驱动桥级24A的高侧驱动晶体管26也选择性地接通，并且来自相绕组PhA的A相中的电流向电动机电源节点30流动，并且所有其它功率MOSFET关断。因此，电动机的绕组的三个电流的再循环回路通过连接在电源节点30和32之间的保持电容器46而闭合。
在从三态阶段切换到有源升压阶段之前知晓转子位置是很重要的。电动机控制器40可以与所包括的感测电路一起操作以通过感测多相主轴电动机12的控制端子A、B和C(以及可能还有CT)处的电压来检测转子位置。该转子位置检测提供指示六个可能的电流循环方向中的哪个方向当前有效的信息。根据有效电流循环方向的确定，电动机控制器40可以正确选择要接通/关断的高侧和低侧晶体管，以便适当地实现有源升压阶段。同样，当移动到紧接着的有源制动阶段时，电动机控制器40可以相反地选择高侧和低侧晶体管的通/断状态。
图5示出了针对使用第一(制动)阶段、然后是第二(三态)阶段、然后是第三(有源升压)阶段、然后是第四(有源制动)阶段的回收过程的时序图。这四个阶段相对于基于转子位置而检测的六个可能的电流循环方向中的同一个电流循环方向顺序地重复和实施。每当输出桥级的配置从“制动”配置切换到“三态”并且然后切换到“有源升压”配置时，再循环电动机电流对电容器46充电。这使得电源节点30上的电压递增。用于感测电动机电压和检测转子位置的操作在每个三态阶段期间发生。每当输出桥级的配置从“有源升压”配置切换到“有源制动”配置时，电动机绕组中的电流流动跃升地启动以为随后切换到“制动”配置做准备。
图6示出了作为时间的函数的电动机电流和包括第四(有源制动)阶段的有利效果。在第一(制动)阶段期间，电动机电流增加。在由“TS+ASU”表示的第二(三态)阶段和第三(有源升压)阶段期间，当保持电容器46被充电时，电动机电流减小。在由“AB”表示的第四(有源制动)阶段期间，电动机电流增加并且为随后的第一(制动)阶段中的电动机电流增加提供跃升的启动。结果，在随后的第一(制动)阶段结束时可获取更高幅度的电流。图6中的虚线表示在没有使用第四(有源制动)阶段的情况下在随后的第一(制动)阶段结束时将实现的电动机电流水平。
包括有源升压、紧接着有源制动的该过程的优点在于，从主轴电动机(作为发电机运行)拉取幅度增大的电流。这种幅度增大的电流不仅提供了更好地对电容器充电，而且还使得主轴电动机更快地减速。
图7示出了用于驱动电动机112的输出驱动桥电路110的简化电路图。电动机112例如可以包括多相主轴电动机12，诸如如前所述的三相电动机。在所示的简化中，仅示出了电动机112的两个控制端子A和B。例如，这些控制端子可以分别连接到电动机112的第一相绕组PhA和第二相绕组PhB，电动机112的第一相绕组PhA和第二相绕组PhB在Y型配置中的中心抽头节点处彼此连接。或者，单相绕组可以连接在三角(Δ)型配置中的电动机的两个控制端子A和B之间。在任何情况下，相绕组Ph由其等效电路示意图表示，该等效电路示意图包括反EMF电压114、电感116和电阻118的串联电连接。
输出驱动桥电路110包括第一输出驱动桥级124A和第二输出驱动桥级124B。每个输出驱动桥级124被配置为半桥驱动器，半桥驱动器包括与低侧驱动晶体管S2或S4串联电连接在电动机电源节点130与接地节点132之间的高侧驱动晶体管S1或S3。特别地，晶体管S1/S2和S3/S4的源极-漏极路径在驱动节点134处串联连接，驱动节点134电连接到多相主轴电动机112的对应的控制端子A或B。晶体管S1至S4通常由n沟道功率MOSFET器件形成。晶体管S1/S3的漏极连接到电源节点130，晶体管S1/S3的源极连接到驱动节点134，晶体管S2/S4的漏极连接到驱动节点134，并且晶体管S2/S4的源极连接到接地节点132。晶体管S1/S3的栅极端子由高侧控制信号Hx驱动，并且晶体管S2/S4的栅极端子由低侧控制信号Lx驱动。高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx由电动机控制器电路140生成。
外部保持电容器146连接在电动机电源节点130与接地节点132之间。隔离晶体管150(例如，p沟道MOSFET器件)连接在外部电源节点152与电动机电源节点130之间。外部电源节点152被配置为接收外部施加的电源电压VCV。隔离晶体管150由电动机控制器电路140使用控制信号Iso进行去激励，以便在外部电源电压VCV被中断的情况下将电动机电源节点130与外部电源电压VCV隔离。响应于这种中断，在旋转电机112的相绕组Ph中感应的反电动势被整流，并且电流被生成以对外部保持电容器146充电，以便有希望维持电动机电源节点130处的电压水平，该电压水平足以在有限的时间段内为音圈电动机(VCM)的控制电路和驱动器供电以安全地停放拾取承载臂。
输出驱动桥电路110根据上面结合图5讨论的过程进行操作。
图8示出了在第一(制动)阶段期间电动机112的端子A和B的连接。电动机控制器电路140生成高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx，以使得功率晶体管S1和S3关断并且使得功率晶体管S2和S4接通。在这种配置中，电动机112的端子A和B都连接到接地节点132。响应于转子旋转，生成如图6中的附图标记200a所示的增加的电动机电流Imotor。
图9示出了在第二(三态)阶段和第三(有源升压)阶段期间电动机112的端子A和B的连接。电动机控制器电路140最初生成用于三态阶段的高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx，以使得功率晶体管S1至S4全部关断。然后，电动机控制器电路140生成高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx，以使得功率晶体管S2和S3接通并且使得功率晶体管S1和S4关断。在这种配置中，端子A连接到接地节点132，并且电动机112的端子B连接到电动机电源节点130。如图6中的附图标记202所示的减小的电动机电流Imotor被生成以对外部保持电容器146充电。可以理解，第二(三态)阶段中的电流流过晶体管S2和S3的本征二极管D，而第三(有源升压)阶段中的电流流过晶体管S2和S3的源极-漏极导通路径。第三(有源升压)阶段优于第二(三态)阶段的优点是在对外部保持电容器146充电的同时避免了二极管电压降。
图10示出了在第四(有源制动)阶段期间电动机112的端子A和B的连接。电动机控制器电路140生成高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx，以使得功率晶体管S1和S4接通并且使得功率晶体管S2和S3关断。应当注意，与第三(有源升压)阶段相比，晶体管S1至S4的导通状态相反。在这种配置中，电动机112的端子A连接到电动机电源节点130，并且电动机112的端子B连接到接地节点132。再次，应当注意，与第三(有源升压)阶段相比，电动机端子的连接状态相反。响应于转子旋转而生成如图6中的附图标记204所示的增加的电动机电流Imotor。附图标记204处的这种增加的电动机电流Imotor的斜率大于与第一(制动)阶段相关联的增加的电动机电流(虚线电流；附图标记200b)的斜率。
然后，通过返回到第一(制动)阶段和如图8中所示的配置而重复该过程。电动机控制器电路140生成高侧控制信号Hx和低侧控制信号Lx，以使得功率晶体管S1和S3关断并且使得功率晶体管S2和S4接通。在这种配置中，电动机112的端子A和B都连接到接地节点132。响应于转子旋转而生成如图6中的附图标记206所示的增加的电动机电流Imotor。由于通过第四(有源制动)阶段的实现而提供的电动机电流的跃升的启动，附图标记206处的电动机电流将比如附图标记200b所示的不使用第四(有源制动)阶段的情况下可以取得的水平达到更高的水平。
通过电动机绕组的相同的电流方向适用于每个相。对于该相同的电动机电流方向，图9和图10示出了从有源升压到有源制动的变化实现了开关晶体管相对于该电动机电流方向的相反的ON/OF驱动。在图9的有源升压阶段中，施加该电动机电流以对电容器146充电，而在图10的有源制动阶段中，该电动机电流用于跃升地启动在随后的第一(制动)阶段(图8)期间将生成的电流。这种电流增加有利地提供了更好地对电容器充电，并且进一步使得主轴电动机减速的速率的增加。
改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，而不是旨在限制。本发明仅由以下权利要求及其等同物限定。

Claims (29)

1.一种用于对保持电容器进行充电的方法，所述保持电容器耦合在驱动多相电动机的输出晶体管半桥级的电源节点之间，所述方法包括：
通过执行以下操作序列来响应于外部电源的故障：
a)切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现制动配置，其中所述输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；
b)然后切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现有源升压配置，其中第一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和第二输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都接通，并且其中所述第一输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管都关断；以及
c)然后切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现有源制动配置，其中所述第一输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管都接通，并且其中所述第一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都关断。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括重复步骤a)至c)的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在步骤a)之后并且在步骤b)之前，切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现三态配置，其中所述第一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管、以及所述第一输出晶体管半桥级的所述低侧晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述低侧晶体管全部关断。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
在所述三态配置期间感测所述多相电动机的端子处的电压；
基于所感测的电压确定转子位置；以及
基于所确定的转子位置，选择所述第一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述低侧晶体管都接通。
5.根据权利要求1所述的方法，其中切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现所述有源升压配置生成充电电流，所述方法还包括：向所述保持电容器施加所述充电电流，以生成由所述保持电容器存储的电压。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：使用由所述保持电容器存储的所述电压来为另一电动机的操作供电。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多相电动机是磁盘驱动器的主轴电动机，并且其中所述另一电动机是所述磁盘驱动器的音圈电动机。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在步骤b)之前：
感测所述多相电动机的端子处的电压；
基于所感测的电压确定转子位置；以及
基于所确定的转子位置，选择所述第一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和所述第二输出晶体管半桥级的所述低侧晶体管都接通。
9.一种用于驱动多相电动机的电路，包括：
电源节点，被配置为接收用于为所述多相电动机供电的外部电源；
公共参考节点；
多个半桥，耦合在所述电源节点与所述公共参考节点之间，每个半桥包括高侧MOS晶体管、低侧MOS晶体管和耦合到所述多相电动机的相应绕组端子的输出节点；以及
控制电路，被配置为：
感测所述外部电源的故障，并且执行以下操作序列：
a)切换所述半桥的MOS晶体管以实现制动配置，其中所述半桥的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；
b)然后切换所述半桥的MOS晶体管以实现有源升压配置，其中第一半桥的所述高侧MOS晶体管和第二半桥的所述低侧MOS晶体管都接通，并且其中所述第一半桥的所述低侧MOS晶体管和所述第二半桥的所述高侧MOS晶体管都关断；以及
c)然后切换所述半桥的MOS晶体管以实现有源制动配置，其中所述第一半桥的所述低侧MOS晶体管和所述第二半桥的所述高侧晶体管都接通，并且其中所述第一半桥的所述高侧MOS晶体管和所述第二半桥的所述低侧晶体管都关断。
10.根据权利要求9所述的电路，还包括耦合在所述电源节点与所述公共参考节点之间的保持电容器，并且其中所述有源升压配置生成用于对所述保持电容器充电以生成由所述保持电容器存储的电压的电流。
11.根据权利要求10所述的电路，还包括从所述电源节点和由所述保持电容器存储的所述电压来供电的另一电动机。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述多相电动机是磁盘驱动器的主轴电动机，并且其中所述另一电动机是所述磁盘驱动器的音圈电动机。
13.根据权利要求9所述的电路，其中所述制动配置在所述多相电动机的相绕组中生成第一电流，并且其中所述有源制动配置在所述多相电动机的所述相绕组中生成斜率大于所述第一电流的斜率的第二电流。
14.根据权利要求9所述的电路，其中所述控制电路还被配置为使得步骤a)至c)被重复。
15.根据权利要求9所述的电路，其中所述控制电路还被配置为在a)之后并且在b)之前，执行操作以切换所述半桥的MOS晶体管以实现三态配置，其中所述第一半桥的所述高侧MOS晶体管和所述第二半桥的所述高侧MOS晶体管、以及所述第一半桥的所述低侧晶体管和所述第二半桥的所述低侧晶体管全部关断。
16.一种用于对保持电容器进行充电的方法，所述保持电容器耦合在驱动多相电动机的输出晶体管半桥级的电源节点之间，所述方法包括：
通过执行以下操作序列来响应于外部电源的故障：
a)切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现制动配置，其中所述输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；
b)检测通过所述多相电动机的电流流动的方向；
c)基于所检测的电流流动的方向，选择所述输出晶体管半桥级中的一个输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的另一输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都接通，以在有源升压操作的阶段中对所述保持电容器充电；以及
d)基于相同的所检测的电流流动的方向，选择所述输出晶体管半桥级中的所述另一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的所述一个输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都接通，以在随后的所述制动配置的实现之前，在有源制动操作的阶段中跃升地启动电流流动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中步骤c)还包括：选择所述输出晶体管半桥级中的所述一个输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的所述另一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管在所述有源升压操作的阶段期间都关断。
18.根据权利要求16所述的方法，其中步骤d)还包括：选择所述输出晶体管半桥级中的所述另一输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的所述一个输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管在所述有源制动操作的阶段期间都关断。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：重复步骤a)至d)的步骤。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：在步骤c)之前，步骤d)切换所述输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现三态配置，其中所述输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管和所述输出晶体管半桥级的所述低侧晶体管全部关断。
21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤b)在步骤d)期间执行。
22.根据权利要求16所述的方法，还包括：使用由所述保持电容器存储的电荷来为另一电动机的操作供电。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述多相电动机是磁盘驱动器的主轴电动机，并且其中所述另一电动机是所述磁盘驱动器的音圈电动机。
24.一种用于驱动多相电动机的电路，包括：
电源节点，被配置为接收用于为所述多相电动机供电的外部电源；
公共参考节点；
保持电容器，耦合在所述电源节点与所述公共参考节点之间；
多个半桥，耦合在所述电源节点与所述公共参考节点之间，每个半桥包括高侧MOS晶体管、低侧MOS晶体管和耦合到所述多相电动机的相应绕组端子的输出节点；以及
控制电路，被配置为：
感测所述外部电源的故障，并且执行以下操作序列：
a)切换输出晶体管半桥级的MOS晶体管以实现制动配置，其中所述输出晶体管半桥级的高侧MOS晶体管或低侧MOS晶体管接通；
b)检测通过所述多相电动机的电流流动的方向；
c)基于所检测的电流流动的方向，选择所述输出晶体管半桥级中的一个输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的另一输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都接通，以在有源升压操作的阶段中对所述保持电容器充电；以及
d)基于相同的所检测的电流流动的方向，选择所述输出晶体管半桥级中的所述另一输出晶体管半桥级的所述高侧MOS晶体管、以及所述输出晶体管半桥级中的所述一个输出晶体管半桥级的所述低侧MOS晶体管都接通，以在随后的所述制动配置的实现之前，在有源制动操作的阶段中跃升地启动电流流动。
25.根据权利要求24所述的电路，还包括从所述电源节点和由所述保持电容器存储的电荷供电的另一电动机。
26.根据权利要求25所述的电路，其中所述多相电动机是磁盘驱动器的主轴电动机，并且其中所述另一电动机是所述磁盘驱动器的音圈电动机。
27.根据权利要求24所述的电路，其中所述多相电动机的相绕组中的第一电流在所述制动配置中被生成，并且其中所述多相电动机的所述相绕组中的第二电流在有源制动配置中被生成，所述第二电流的斜率大于所述第一电流的斜率。
28.根据权利要求24所述的电路，其中所述控制电路还被配置为使得步骤a)至c)被重复。
29.根据权利要求24所述的电路，其中所述控制电路还被配置为在c)之前执行操作，以切断所述输出晶体管半桥级的所有MOS晶体管以实现三态配置。
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