CN1211104A - 具有用于避免反向电流的后栅极浮动型mosfet的电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

在一个电动机(5)的驱动装置中包括第一及第二端子(T1、T2),一个后栅极浮动型MOSFET(14)具有与第一端子相连接的漏极。一个桥式电路(10)连接在后栅极浮动型MOSFET的源极及第二端之间,并对电动机提供负载电流。一个升压电路(15)连接在第一端子及后栅极浮动型MOSFET的栅极之间,并根据第一端子上的电压控制后栅极浮动型MOSFET。

Description

具有用于避免反向电流的后栅极 浮动型MOSFET的电动机驱动装置

本发明涉及一种电动机驱动装置，例如用于驱动硬盘驱动(HDD)单元的主轴电动机的装置，其中主轴电动机的反电势用于对HDD单元的音圈电动机执行缩回操作。

在由主轴电动机及音圈电动机构成的HDD单元中，当对主轴电动机驱动装置供电的电源电压下降时，在主轴电动机中产生的反电势被用来执行对音圈电动机的缩回操作，由此恢复它原始的位置。

在对于主轴电动机的现有电动机驱动装置中，为了由在主轴电动机中产生的反电势对音圈电动机的电动机驱动装置供给电流，一个阻止反向电流的肖特基二极管是必不可少的，这将在下文中详细解释(见JP-A-7-45826的图5)。

但是在上述现有技术的电动机驱动装置中，在常规操作方式时，对电动机驱动装置施加电源电压减去阻止反向电流的肖特基二极管的正向电压。因此，如果电源电压低时，不可能对主轴电动机有效地供电。

本发明的目的是对如HDD单元的主轴电动机这样的电动机有效地供电。

根据本发明，在一个包括第一及第二端子的电动机驱动装置中，一个后栅极浮动型金属氧化物半导体场效应晶体三极管(MOSFET)具有与第一端子相连接的漏极。一个桥式电路连接在后栅极浮动型MOSFET的源极及第二端子之间，并对电动机负载电流。一个升压电路连接在第一端子及后栅极浮动型MOSFET的栅极之间，并根据第一端子上的电压控制后栅极浮动型MOSFET。

在常规工作时，因为后栅极浮动型MOSFET的导通(ON)电阻非常小，直接施加于第一端子的电源电压也直接地供给桥式电路。

由以下对比现有技术并参照附图作出的说明将会更清楚的理解本发明，附图为：

图1是说明现有技术的电动机驱动装置的电路图；

图2是说明根据本发明的电动机驱动装置一个实施例的电路图；

图3是图2中升压电路的详细的电路图。

在对优选实施例说明以前，将参照图1来解释现有技术的HDD电动机驱动装置(参见JP-A-7-45826的图5)。

在图1中，标号100表示一个SPM驱动装置，它可由具有端子T1、T2、T3、T4、T5、T6及T7的单个半导体集成电路器件构成。在此情况下，端子T4被接地。

端子T1通过阻止反向电流的肖特基二极管1与电源2相连接。

支撑电容器3被连接在端子T2及T4之间。

传感电阻4被连接在端子T3及T4之间。

一个三相主轴电动机(SPM)5被连接在端子T5、T6及T7上。

在电动机驱动装置100中设有一个三相桥式电路10，一个上侧前置驱动器11，一个下侧前置驱动器12，及一个二极管13、它用于避免支撑电容器3中的电荷向电源2放电。

三相桥式电路10由P沟道功率MOSFETs101、102及103和N沟道功率MOSFETs104、105及106构成。MOSFETs101、102及103的源极与端子T1相连接，而MOSFETs104、105及106的源极与端子T3相连接。MOSFETs101及104的漏极与端子T5相连接，MOSFETs102及105的漏极与端子T6相连接，和MOSFETs103及106的漏极与端子T7相连接。

上侧前置驱动器11控制MOSFETs101、102及103，而下侧前置驱动器12控制MOSFETs104、105及106。

上侧前置驱动器11由电源2供电，而下侧前置驱动器12由支撑电容器3供电。

另一方面，标号200表示VCM驱动装置，它可由具有端子T1′、T2′、T3′、T4′、T5′及T6′的单个半导体集成电路器件构成。在此情况下，端子T4′被接地。

端子T1′通过阻止反向电流的肖特基二极管与电源2相连接。

支撑电容器3与端子T2′相连接。

传感电阻4′被连接在端子T3′及T4′之间。

一个音圈电动机(VCM)5′被连接在端子T5′和T6′之间。

在电动机驱动装置200中设有桥式电路10′及前置驱动器11′。

桥式电路10′是由P沟道功率MOSFETs101′、102′及103′和N沟道功率MOSFETs104′、105′、及106′构成。MOSFET101′的源极与端子T1′相连接，而MOSFETs102′和103′的源极与端子T2′相连接。并且，MOSFETs104′、105′及106′与端子T3′相连接。MOSFETs103′、104′、及106′的漏极与端子T5′相连接，及MOSFETs102′、104′、及105′的漏极与端子T6′相连接。MOSFETs101′及104′用于执行缩回操作，及MOSFETs102′、103′、105′及106′用于执行常规操作。

前置驱动器11′控制MOSFETs101′、102′、103′、104′、105′及106′。

前置驱动器11′由支撑电容器3供电。

因为MOSFET101′的源极与端子T1相连接，当电源2的电源电压下降时，音圈电动机5′由主轴电动机5的反电势来驱动，以使得音圈电动机5′恢复到它的原始起动点。这称为缩回操作。

更详细地，当电源2的供电电压下降时，由电源2供电的上侧前置驱动器11关断了所有的MOSFETs101、102及103，而由支撑电容器3供电的下侧前置驱动器12使MOSFETs104′及105′导通，并使MOSFET106′关断。其结果是，在端子T7上产生反电势，使电流从端子T7经过MOSFET103的寄生二极管流到端子T1，也就是，VCM驱动装置200的端子T1′。因此，音圈电动机5′使用主轴电动机5产生的反电势执行缩回操作。

在图1中，为了将由反电势产生的电流供给VCM驱动装置200，不可避免地需要阻止反向电流的肖特基二极管1。

但是，在图1中，当常规操作方式时，提供给端子T1的是电源电压减去阻止反向电流的肖特基二极管1的正向电压VF。应注意到，该正向压降VF约为O.4V，而不管流过阻止反向电流的肖特基二极管1的负载电流如何。因此，如果电源2的电压低时，不可能有效地对主轴电动机5供电。

在表示本发明一个实施例的图2中，没有设置图1中的阻止反向电流的肖特基二极管1，及图1中的SPM驱动装置100改变为SPM驱动装置100′。并且VCM驱动装置200的端子T1′连接到SPM驱动装置100′的端子T7。

在SPM驱动装置100′中，此SPM驱动装置的元件增加了N沟道后栅极浮动型MOSFET14及用于控制后栅极浮动型MOSFET14的升压电路15。这就是，MOSFET14具有与端子T1相连接的漏极，与升压电路15相连接的栅极，及与MOSFETs101、102及103相连接的源极。MOSFET14的后栅极处于浮动状态。

应注意到，升压电路15由支撑电容器3供电。

以下参考图3详细地解释升压电路15。

升压电路15的构成为：电压比较器151，用于产生两个反相信号φ1及φ2的脉冲发生电路152，由两个二极管1531及1532形成的电荷泵电路153，用于防止从电荷泵电路153向电源2的反向泵操作，连接在二极管154及电荷泵电路153之间并由电压比较器151的输出信号控制的P沟道MOSFET155，及连接在电荷泵电路153和地之间并由电压比较器151的输出信号控制的N沟道MOSFET156。电荷泵电路153的输出信号提供给MOSFET14的栅极，由此使MOSFET14导通及关断。

电压比较器151的参考电压VR由对支撑电容器3上的电压分压的分压器来产生。这样一种分压器可以被置入装置100′的半导体集成电路器件中。

并且，在常规操作方式时，电荷泵电路153由电源2的供电电压操作以导通MOSFET14。在此情况下，因为MOSFET14保持导通，电容器1533及1534的电容量不需要大。例如，电容器1533及1534的电容量为几个PF至几十PF。因此，电容1533及1534也可作在装置100′的半导体集成电路器件中。

首先来解释图3中的升压电路15的操作。

当电源2的电源电压正常时，则该电源电压高于参考电压VR，电压比较器151的输出信号为低。其结果是，MOSFETs155及156分别被导通及关断。因此，充电泵电路153由电源2的电源电压供电，以使升压电压供给MOSFET14的栅极。

另一方面，当电源2的电源电压不正常，以致该电源电压低于参考电压VR时，电压比较器151的输出信号为高电位。其结果是，MOSFETs155及156分别关断及导通。因此，存储在电容器1533中的电荷从MOSFET155的后栅极向端子T1放电。同时，电荷泵电路153的输出被MOSFET156接地。因此，MOSFET14的栅极接地。

接着解释图2中装置的操作。

当电源2的供电电压正常时，升压电路15的升压电压供给MOSFET14的栅极，以使MOSFET14导通。其结果是，在MOSFETs101、102及103的源极上施加了电源电压减去由MOSFET14确定的压降。在此情况下，MOSFET14的导通电阻为0.4Ω及流过它的电流为0.2A，该压降为0.08V(=0.4×0.2)。该压降明显地小于图1中阻止反向电流的肖特基二极管1的正向压降VF。

另一方面，当电源2的供电电压不正常、以致该供电电压低于参考电压VR时，MOSFET14的栅极接地。其结果是，MOSFET14被关断。在此情况下，上侧前置驱动器11使MOSFETs101、102及103关断，及下侧前置驱动器12使MOSFETS104、及105导通并使MOSFET106关断。其结果是，在端子T7上产生了反电势。由该反电势产生的电流不能流过MOSFET103的寄生二极管，因为MOSFET14已关断。因此，该电流完全供给到VCM驱动装置200的端子T1′。于是，音圈电动机5′执行缩回操作。

在上述实施例中，主轴电动机可作为第一电动机，及音圈电动机可作为使用第一电动机的反电势执行缩回操作的第二电动机。

如上所解释的，根据本发明，由于被升压电路所控制的后栅极浮动型MOSFET连接在电源端子上且没有阻止反向电流的二极管，故可以有效地由电源向电动机供电。

Claims (7)

1、用于驱动第一电动机(5)的装置，包括：

第一及第二端子(T1、T4)；

后栅极浮动型MOSFET(14)，它具有与所述第一端子相连接的漏极和源极；

桥式电路(10)，它连接在所述后栅极浮动型MOSFET的源极及所述第二端子之间，用于对所述第一电动机提供负载电流；及

升压电路(15)，它连接在所述第一端子及所述后栅极浮动型MOSFET的栅极上，用于根据所述第一端子上的电压控制所述后栅极浮动型MOSFET。

2、根据权利要求1的装置，其中当所述第一端子上的电压高于参考电压时，所述升压电路使所述后栅极浮动型MOSFET导通，及当所述第一端子上的电压不高于所述参考电压时，所述升压电路关断所述后栅极浮动型MOSFET。

3、根据权利要求1的装置，其中所述升压电路包括：

电压比较器(151)，用于将所述第一端子上的电压与参考电压(VR)相比较；

脉冲发生器(152)；

电荷泵电路(153)，它与所述脉冲发生器及所述后栅极浮动型MOSFET相连接，用于使用所述脉冲发生器的脉冲产生升压信号，并将所述升压信号传送到所述后栅极浮动型MOSFET的栅极；

二极管(154)，它与所述第一端子连接相连接，用于避免由所述电荷泵电路流向所述第一端子的反向电流；

第一开关电路(155)，它连接在所述二极管及所述电荷泵电路的输入之间，用于根据所述电压比较器的输出将所述二极管电连接到所述电荷泵电路的输入；及

第二开关电路(156)，它连接在所述电荷泵电路的输出及所述第二端子之间，用于根据所述电压比较器的输出将所述电荷泵电路的输出连接到所述第二端子。

4、根据权利要求3的装置，其中所述第-开关电路包括一个P沟道MOSFET，它具有连接到所述二极管阴极的源极，连接到所述电荷泵电路输入的漏极，及连接到所述电压比较器的输出的栅极，

所述第二开关电路包括一个N沟道MOSFET，它具有连接到所述第二端的源极，连接到所述电荷泵电路输出的漏极，及连接到所述电压比较器的输出的栅极。

5、根据权利要求3的装置，其中所述电荷泵电路包括：

第一及第二个二极管(1531、1532)，它们串联在所述电荷泵电路的输入及输出之间；

第一电容器(1533)，它连接在所述第一个二极管的阳极及所述脉冲发生器的第一输出之间；及

第二电容器(1534)，它连接在所述第二个二极管的阳极和所述脉冲发生器的第二输出之间。

6、根据权利要求1的装置，其中所述桥式电路连接到用于驱动电动机(5′)的装置上，

所述第二电动机驱动装置是由所述第一电动机产生的反电势驱动的，以便当所述第一端子上的电压低于预定阈值时执行对所述第二电动机的缩回操作。

7、根据权利要求6的装置，其中所述第一及第二电动机分别包括一个硬盘驱动单元的主轴电动机及音圈电动机。

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