JP2003153576A - スイッチ型電圧モードドライバ回路用逆起電力電圧補償方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチ型電圧モードパワードライバの負荷
と関連する逆起電力電圧を補償する技術を提供する。 【解決手段】 電圧モードドライバを使用して負荷上の
信号を駆動するパワードライバが提供される。システム
プロセッサが、電圧モードドライバから所望されるプロ
グラムされた駆動信号を表わすコマンドを発生する。Ｖ
_BEMF補償器が、負荷によって発生された逆起電力電圧を
補償するための補償されたコマンドを決定する。該補償
されたコマンドは電圧モードドライバへ供給され、該電
圧モードドライバは補償されたコマンドに基づいて電圧
出力を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大略、ドライバ回
路に関するものであって、更に詳細には、スイッチ型電
圧モードパワードライバ及びその他の回路の負荷と関連
する逆起電力電圧を補償するためのシステム及び方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチ型パワードライバ回路は、モー
タ等の負荷を駆動するための適切なパワーを発生するた
めに広く使用されている。スイッチ型パワードライバ
は、繰返しターンオン及びターンオフして効率的な態様
で調整された電圧又は電流を供給する（即ち、最小のス
イッチング損失で）。スイッチ型パワードライバ回路
は、例えば、負荷へ所望の量のパワーを供給するために
その大きさ（オン及びオフサイクルのデューティサイク
ルによって）を制御するドライバ回路と関連している。
典型的な適用例においては、パワードライバ回路は、し
ばしば、ドライバ回路へのコマンドを発生するマイクロ
コントローラＩＣとして実現されるシステムプロセッサ
によって制御される。ドライバ回路は、基本的に、受取
ったコマンドに応答して予め定めたシーケンスでターン
オン及びターンオフする。オンである場合には、ドライ
バ回路は負荷へ電流を供給し、且つオフである場合に
は、ドライバ回路は負荷への電流供給を遮断する。

【０００３】ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）等の永久磁
石モータ負荷はモータ又は発電機として動作する。モー
タとしての場合には、該負荷は電圧又は電流入力に対す
る応答として運動を供給する。更に、該負荷が運動中で
ある場合には、それは逆起電力電圧（Ｖ_BEMF）を発生す
る場合がある。Ｖ_BEMFは印加電圧から減算され、モータ
加速はこれら２つの電圧における差に応答する。

【０００４】ディスクドライブにおけるＶＣＭモータ等
の典型的な適用例においては、ヘッド位置決めサーボシ
ステムにおける最善の性能は、モータにおける電流がサ
ーボ制御器コマンドに対して比例するものであることを
必要とする。このことはデータトラック上方におけるヘ
ッドの位置決め及び効率的な態様でヘッドをトラックか
ら移動させることの両方に貢献する。

【０００５】ヘッド位置決め制御はサーボ制御システム
によって実現される。低密度ドライブ用の初期のサーボ
制御システムは、ステッパーモータ技術を使用するオー
プンループ位置決め技術を使用していた。然しながら、
より高い密度においては、閉ループ技術が必要とされ
る。例えば、現在のディスクドライブはディスク表面上
に包含しているデータから直接的にヘッド位置上方を獲
得する。エンコードした二進データの形態におけるトラ
ック番号がディスク表面における種々の位置に記録され
ており、且つ、該ディスク上の各記録トラックを一意的
に識別する。隣接するトラック間で位置が互い違いとさ
れている正弦波バースト信号の形態におけるサーボ位置
を使用して、トラック中心線に関してのヘッドの位置を
決定することが可能である。トラック番号及びサーボバ
ーストは位置エラー信号（ＰＥＳ）を計算するために使
用され、該信号は電気機械的サーボ位置決めシステムへ
供給される。

【０００６】動作について説明すると、ディスクドライ
ブ制御器がヘッドを特定の位置へ移動させるためのコマ
ンドを発生し、且つ該コマンドはＶＣＭへ印加される電
圧信号へ変換される。該電圧信号は、しばしば、駆動信
号とも呼称され、それはリニア又はスイッチ型モードと
することが可能である。スイッチ型モードドライバは、
又、パルス幅変調（ＰＷＭ）、位相シフト変調（ＰＳ
Ｍ）及びその他の名称としても知られている。スイッチ
型モードドライバは、電流モード（即ち、電流マイナー
ループを使用する）又は電圧モードドライバとして実現
することが可能である。これらのスイッチ型モードドラ
イバは、ドライバ装置への電力散逸を減少させる利点を
有しており、従って、より小型の装置及びパッケージと
することを可能とする。電流モードドライバにおいて
は、典型的に、フィードバックループを使用してＶＣＭ
へ印加された実際の電流と要求された電流とを比較す
る。印加された信号を該コマンドと比較して電流エラー
信号（ＣＥＳ）を計算する。このＣＥＳを使用して、要
求された電流を発生するために印加された信号を修正
し、従ってヘッドは、究極的に、所望の位置へ移動し且
つＰＥＳ値を減少させる。従って、モータトルク（即
ち、リニアモータにおける力）が電流に対して比例する
という事実に起因して負荷電流をコマンドに比例させる
ことが望ましい。このことは、より高い性能のヘッド位
置決めサーボシステムとすることを可能とする。

【０００７】ディスクドライブにおけるＶＣＭ用のドラ
イバの場合には、フィードバックループに対する典型的
な回路トポロジィは、「電流マイナーループ」（ＣＭ
Ｌ）と呼ばれるものである。これは、負荷における電流
の大きさに比例するかそれを表わす信号を発生するフィ
ードバック回路のことを意味している。「マイナー」ル
ープという用語は、「メイジャー」ループがヘッド位置
を制御するということに対比して、ドライバ回路におけ
る局所化されたフィードバックが存在することを表わし
ている。負荷における電流は、例えば、負荷に直列に結
合されている外部電流検知抵抗によって検知される。こ
の抵抗は、典型的に、高精度パワー抵抗であり、それは
比較的高価である。モータ負荷の逆起電力は印加電圧か
ら減算され、従って、モータにおける電流は、最早、コ
マンドの関数だけではなく、モータ速度の関数でもあ
る。ＣＭＬの場合には、モータ電流はモータと直列して
いる電流検知抵抗を横断する電圧によって検知され且つ
該コマンドと比較される。モータへ印加される電圧は、
モータ電流がＣＭＬへの入力コマンドに比例したままで
あるように、閉ループ態様で調節される。

【０００８】電流検知抵抗を横断しての電圧は付加的な
ピンを介して制御ＩＣ内へ持ち込まれる。測定された電
圧が現在要求されてコマンド値と比較され且つ補正され
たコマンド値がパワードライバへ印加されたコマンド値
に比例する負荷電流を得る。この抵抗電圧をポート入力
するために必要とされるこのエキストラなＩＣピンは、
パッケージコストが増加するので、高度の集積回路にお
いては望ましいものではない。更に、このエキストラな
ＩＣピンはこのピンを使用して実現することが可能であ
るその他の機能性を喪失させる。より高いレベルの回路
の集積化が所望され且つ外部コンポーネント及びピンの
減少がコスト及び回路面積拘束条件から望ましいので、
ＣＭＬ技術は望ましいものではない。

【０００９】外部的電流検知抵抗及び付加的なピンに対
する必要性を取除く１つのトポロジィは電圧モードドラ
イバである。電圧モードパワードライバは、出力電流で
はなく出力電圧を制御する制御回路の種類を意味してい
る。電圧モードドライバは、必要とするデバイスＩ／Ｏ
ピンの数が少なく且つ電流検知抵抗を必要としないの
で、電圧モードドライバは好適なものである。更に、Ｃ
ＭＬトポロジィは電流検知抵抗からの電圧信号を処理す
るための特別の差動増幅器を必要とする。このことはダ
イに対する面積を増加させ且つ開発コストを増加させ
る。現在使用可能なスイッチ型電圧モードパワードライ
バは負荷における電流を検知するものではなく、従っ
て、負荷の逆起電力電圧を補正する手段を具備するもの
ではない。

【００１０】永久磁石負荷における電圧及び電流が関連
しているが、電圧モードドライバは印加電圧を調整する
ことによって間接的にモータ負荷における電流を調節す
る。この場合には、ドライバの平均電圧出力はコマンド
値に比例する。負荷が純粋に抵抗性である場合には、出
力平均電圧値は電流に比例する。この場合には（抵抗性
負荷）、出力電圧は外部電流検知抵抗及び付加的なピン
なしで検知することが可能である。然しながら、永久磁
石モータ負荷の場合には、モータにおいて本来的に発生
する逆起電力電圧がこのトポロジィを使用することを阻
止する。

【００１１】別の方法は、スイッチ型モードドライバ技
術を使用することである。スイッチ型モードドライバ
は、又、パルス幅変調（ＰＷＭ）、位相シフト変調（Ｐ
ＳＭ）及びその他の名称としても知られている。スイッ
チ型モードドライバは、電流モード（即ち、電流マイナ
ーループを使用）又は電圧モードドライバとして実現す
ることが可能である。これらのスイッチ型モードドライ
バは、ドライバ装置に対する電力散逸を減少させるとい
う利点を有しており、従って、より小型の装置及びパッ
ケージとすることを可能とする。

【００１２】スイッチ型モード及び電圧モードの両方で
あるＶＣＭのような永久磁石モータ負荷を駆動する装置
においては、負荷に対する結果的に発生する定常状態出
力電流は負荷端子へ印加される平均電圧−Ｖ_BEMFに対し
て直接的に比例し、即ちＩ_A＝（Ｖ_AVE−Ｖ_BEMF）／Ｒ_L
であり、尚Ｒ_Lはモータ負荷の抵抗値である。電圧モー
ドドライバにおいては、平均印加電圧Ｖ_AVEは入力コマ
ンドに比例する。ＶＣＭはその速度に比例してＶ_BEMFを
発生する。従って、１ステップのコマンド入力に対し
て、アクチュエータにおける電流は、ＶＣＭが速度を増
加させる場合に減少する。従って、アクチュエータへ印
加される電流Ｉ_Aをコマンドに比例する状態を維持する
ためにＶ_BEMFに起因する電圧損失を相殺させることが望
ましい。

【００１３】パワードライバへのコマンドは、システム
のフィードバック情報レート即ち速度に一致するレート
即ち速度でアップデートされる。ディスクドライブにお
いては、これはサーボセクターレート（速度）である。
速度はサーボセクター間において著しく増加する場合が
あるので、コマンドがメインループによって供給される
レート即ち速度はＶ_BEMFを効果的に補償するためには遅
過ぎる場合がある。従って、ドライバがより速いレート
即ち速度で補正するものであることが望ましい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、改良したドライバ回路及び方法を提供する
ことを目的とする。本発明の別の目的とするところは、
スイッチ型電圧モードパワードライバ及びその他の回路
の負荷と関連する逆起電力電圧を補償する改良したシス
テム及び方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】一般的には、本発明は、
電圧モードドライバを使用して負荷における信号を駆動
するパワードライバを提供している。システムプロセッ
サが、電圧モードドライバに対して所望されるプログラ
ムされた駆動信号を表わすコマンドを発生する。補償器
が負荷に関連する逆起電力電圧をオフセットさせるため
のコマンド補償係数を決定する。コマンド補償係数とコ
マンドとの結合である補償されたコマンドが電圧モード
ドライバへ供給され、電圧モードドライバは補償された
コマンドに基づいて電圧出力を発生する。

【００１６】別の側面においては、本発明は、電圧モー
ドドライバへ補償した駆動コマンドを供給する技術を提
供している。電圧モードドライバが負荷へ結合され且つ
負荷に対する駆動信号を発生する。電圧モードドライバ
から所望されたプログラムされた電圧出力を表わす駆動
コマンドがプロセッサから供給される。該負荷と関連す
る逆起電力電圧に対するコマンド補償が決定されて、負
荷と関連する逆起電力電圧をキャンセル即ち相殺させ
る。該駆動コマンドは、コマンド補償を使用して修正さ
れて補償された駆動コマンドを発生する。その補償され
た駆動コマンドは電圧モードドライバへ供給される。電
圧モードドライバからの電圧出力はこの補償された駆動
コマンドに基づいて発生される。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、フィードフォアワード
態様でパワードライバ回路へのコマンド経路内にＶ_BEMF
補償器を付加した制御システム及び方法を提供してい
る。制御器によって発生されたコマンドはＶ_BEMF補償器
の出力によって修正されて補償されたコマンドを発生す
る。この補償されたコマンドを使用してパワードライバ
を制御する。本発明は、特に、アクチュエータ又はボイ
スコイルモータ等の永久磁石モータ負荷が駆動されるデ
ィスクドライブシステム即ちディスク駆動システムに関
連して説明を行う。

【００１８】本発明に基づく補償ユニットは、ハードウ
エア又はファームウエアで実現されフィードフォアワー
ド態様でパワードライバへ印加される前にシステムプロ
セッサからのコマンドを補正するために使用される。本
発明をディスクドライブエレクトロニクス、特に、ＶＣ
Ｍドライバに関連して説明するが、本発明は永久磁石モ
ータを駆動するためのスイッチ型モード又はリニアであ
る任意の電圧モードドライバに対して適用可能である。

【００１９】図１は本発明を実施した駆動システム１０
０の概略図を示している。ディスクドライブシステム１
００は、システムプロセッサ１１３を有しており、それ
はドライブシステムがディスクドライブ組立体１０７が
関与する特定の動作を実施させることを指示するホスト
コンピュータ１０１からの要求及びコマンドを処理す
る。その例としては、ディスクドライブ組立体１０７に
対してのデータの読取及び書込、欠陥テーブル、エラー
ステータス等の状態情報の提供等がある。ディスク制御
器ユニット１０３は受取ったコマンド及び要求に対する
応答を発生するためのＲＯＭ１１２及びバッファメモリ
１０４の形態におけるメモリ及びデータ処理能力を有し
ている。発生された応答は実施される特定の動作に依存
して、データ、状態情報及び／又はエラーコードをリタ
ーンする。

【００２０】ディスクドライブ組立体１０７は、典型的
に、ディスクとの間でデータを転送するための複数個の
磁気ディスク及び読取／書込ヘッドエレクトロニクスに
関して物理的な大量記憶部を実現する。ディスクドライ
ブ組立体１０７は、典型的に、磁気媒体から読取ったデ
ータを予備処理し且つ増幅するための読取チャンネルハ
ードウエア、ディスクを回転させるためのスピンモー
タ、ディスク表面に関しての特定の位置に読取／書込ヘ
ッドエレクトロニクスを位置決めさせるためのボイスコ
イルモータ（ＶＣＭ）を有している。

【００２１】サーボ制御器１０８がＶＣＭ及び／又はス
ピンモータを制御する駆動信号を発生する。これらの駆
動信号はモータを直接的に駆動する精密電流信号の形態
である。本発明に基づいて、サーボ制御器１０８は電圧
モードドライバを有しており、且つＨブリッジトランジ
スタ形態等のパワー駆動回路を使用して駆動信号を供給
する。本発明は、電流マイナーループにおいて精密電流
測定抵抗を使用することを回避するシステム及び方法を
提供しており、従って、サーボ制御器１０８とディスク
ドライブ組立体１０７との間の１つの接続を取除いてい
る。

【００２２】ホスト１０１は、典型的に、ディスクドラ
イブ組立体１０７のバルクデータ記憶容量に対してのア
クセスを必要とするパソコン、サーバー、ワークステー
ション等のデータ処理装置を有している。ホスト１０１
は、ディスク上にデータを書込むために制御器１０３を
介して書込コマンド及びデータを送り、且つディスクド
ライブ組立体１０７内のディスクから以前に書込んだデ
ータを検索するための読取コマンドを送る。読取動作及
び書込動作の両方において、ホスト１０１からディスク
制御器１０３へ送信されるデータは、アクセスすべきデ
ータを包含するディスクドライブ組立体上の１つの特定
の位置又は１組の位置の表示を包含している。

【００２３】ディスク制御器１０３を介して交換される
データは、典型的に、メモリ制御器１０９を介してアク
セス可能なバッファメモリ１０４においてバッファ動作
され、且つ、その後に、ディスク組立体１０７又はホス
ト１０１へ送信される。バッファメモリ１０４は、ディ
スク組立体１０７が動作する速度とホスト１０１が動作
する速度との間の差を解消するために使用される。バッ
ファメモリ１０４の代わりに又はそれに加えて、メモリ
制御器１０９に対して適宜の変更（例えば、タグ管理、
ヒット／ミス検知等）を行うことによりキャッシュメモ
リを構成することが可能である。

【００２４】図２は図１のコンポーネントの幾つかをよ
り詳細に示している。図２に示したように、サーボ制御
器１０８はスピン制御ユニット２０１を有しており、そ
れはシステムプロセッサ１１３からのコマンドに応答し
てスピンドルモータ２０９の回転速度を調節する。ヘッ
ド位置決め制御ユニット２０３は電圧モードドライバユ
ニット２０５を介して動作してシステムプロセッサ１１
３からのコマンドに応答して制御された電圧信号をボイ
スコイルモータ２０７へ供給する。これらの電圧信号
は、ボイスコイルモータユニット２０７をして読取／書
込ヘッド２１３をディスク２１１の表面に関して精密な
整合状態に移動させる。本発明の電圧制御型ドライバ形
態は、特に、ボイスコイルモータ２０７に適用している
が、それはその他の適用例における回転制御ユニット２
０１を駆動するために適用することが可能である。

【００２５】読取チャンネル回路１０５はデータ及び制
御情報をディスク２１１の表面と通信を行う。サーボ制
御データ、位相ロックオシレータ同期パターン、サーボ
バースト等の制御情報はディスク２１１の一部にエンコ
ードされている。この情報は、読取チャンネル回路１０
５を介してシステムプロセッサ１１３へ供給される。シ
ステムプロセッサ１１３はこの情報を使用して回転制御
ユニット２０１及びヘッド位置決め制御ユニット２０３
に対するコマンドを計算する。モータ負荷の特性に起因
して、計算されたコマンドは理想的な結果を発生するも
のではなく、従って、計算されたコマンドは、モータ特
性を補償するためにヘッド位置決め制御ユニット２０３
及び／又は電圧モードドライバ２０５によって修正され
る。

【００２６】図３は本発明の１実施例に基づく例示的な
電圧モードドライバ回路２０５の詳細を示している。パ
ルス幅変調／位相シフト変調（ＰＷＭ／ＰＳＭ）発生器
３０２は、例えば、４個の制御信号を出力し、その場合
に各信号はパワードライバ３０３におけるスイッチ
「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」のうちの１つのオン／
オフ状態を制御する。本発明のＶ_BEMF補償器３０１が存
在しない場合には、ＰＷＭ／ＰＳＭ発生器３０２は、シ
ステムプロセッサ１１３から受取られたコマンドの値に
基づいて制御信号を発生する。パワードライバ３０３
は、この特定の例においては「Ｈブリッジ」ドライバ回
路として構成されているが、幾つかの適用例において
は、その他のパワードライバ形態とすることも可能であ
る。ドライバ回路３０３は負荷へ駆動信号を出力し、そ
れは負荷を駆動するための電流を供給する。

【００２７】基本的に、電圧モードドライバ２０５は電
流コマンドコードを受取り、負荷と関連する逆起電力電
圧に対して電流コマンドコードを補償し、且つ補償した
コマンドコードをＰＷＭ／ＰＳＭ発生器３０２へ供給す
べく機能する。この特定の例においては、補償ユニット
３０１はＶ_BEMF補償器と呼称される。何故ならば、それ
は電圧モードドライバによって処理される前にパワーア
ンプコマンドを修正し、従って負荷に関連する逆起電力
電圧（Ｖ_BEMF）の電圧損失をキャンセル即ち相殺させる
からである。

【００２８】Ｖ_BEMF補償ユニット３０１はファームウエ
ア／プロセッサアナログ及び／又はデジタルフィルタ技
術を使用して、それがパワードライバ３０３へ印加され
る前に、システムプロセッサ１１３からのコマンドを補
正する。スイッチングシーケンスがＶＤＤ及び接地を負
荷の端子へ印加し、従ってその電圧の平均値は補償した
コマンドに比例する。定常状態負荷電流はコマンドレベ
ルに比例する。

【００２９】Ｖ_BEMF補償器３０１はパワーアンプ即ち電
圧モードドライバ回路２０５内に設けられており、電圧
モードドライバによって処理される前にパワーアンプコ
マンドを修正する。結果的に得られる補償された駆動コ
マンドは、アクチュエータ又は負荷の速度における増加
によって発生されるＶ_BEMFの効果をキャンセル即ち相殺
させる。この修正を成功裡に実施するために、Ｖ_BEMF補
償器３０１はアクチュエータ速度、Ｖ_BEMF及びＶ_BEMFに
起因する実効電圧損失を相殺するために必要なコマンド
を推定する。Ｖ_BEMF補償器３０１はアナログ回路、デジ
タル回路、又は専用プロセッサを具備するデジタルパワ
ーアンプの場合においてはファームウエアで実現するこ
とが可能である。

【００３０】デジタル又はファームウエア／プロセッサ
実現例を仮定すると、Ｖ_BEMF補償器３０１はサーボセク
ターよりも著しく高いサンプリングレートで動作するこ
とが可能であり、従って、サーボセクター間においてＶ
_BEMFを補償することが可能である。このことが可能であ
るのは、パワーアンプ処理（専用論理か又はＭＡＣ／プ
ロセッサシステムのいずれか）が例えば５０ＫＨｚ又は
それ以上のサンプリングレートで動作するからである。
Ｖ_BEMF補償器３０１はサーボバーストにおける位置変化
情報から派生される速度計算からサーボセクター時間に
おいて補正することが可能である。速度計算は、シーク
速度プロフィルを制御するためにメインプロセッサにお
いて実施される。

【００３１】図４は、更に、Ｖ_BEMF補償器３０１の１実
施例を示している。係数利得（例えば、図４におけるＫ
_i，Ｋ_o，Ｋ_s）は、例えばアクチュエータ等の負荷及び
増幅器回路のある特性の推定から計算的に又は経験的の
いずかにより決定される。Ｖ _BEMF補償器３０１に対する
係数利得が、補償器がシステムプロセッサによって稼動
される前に、補償器ブロック内にロードされる。

【００３２】図４に示したように、メインプロセッサか
らのコマンドが積分器利得係数Ｋ_i４１０によって乗算
される。その結果得られる出力はアクチュエータ加速の
推定である。アクチュエータ加速Ｕ（Ｎ）の推定は積分
器４００へ導入されて速度の推定を発生する。該積分器
の初期条件は、利得係数Ｋ_s４２０によってシステムプ
ロセッサからの計算された速度を乗算することにより得
られる。積分器出力Ｙ（Ｎ）は出力利得Ｋ_o４３０によ
って乗算される。このことは、Ｖ_BEFMが相殺されるよう
にアクチュエータへの平均印加電圧を補正するコマンド
へ推定速度を変化させる。

【００３３】前述したように、Ｖ_BEMF補償器ブロック３
０１における機能は、好適実施例として示したように、
アナログ回路、デジタルフィルタ、又はマイクロプロセ
ッサ又はマイクロコントローラによって実行されるファ
ームウエアで実現することが可能である。専用の乗算及
び累算（ＭＳＥ）プロセッサシステムが補償器３０１に
対して使用される場合には、ＰＷＭ／ＰＳＭ発生器３０
２、ＶＤＤ変化に対する補正、負荷の電気的時定数に対
する補償、ノッチフィルタ等の補助的機能等のその他の
機能及びその他のシステム機能は、全て、このプロセッ
サによって実現することが可能である。その機能の範囲
はこのパワードライバプロセッサシステムの命令速度に
よって決定される。

【００３４】図５はＶ_BEMF補償型電圧モード増幅器の機
能のより詳細を示している。このブロック図の上半分
は、コマンド補償用の加算ノードと共に、スタンダード
の電圧モード増幅器及びＶＣＭアクチュエータを示して
いる。該ブロック図の下半分は、どのようにしてコマン
ド補償値が発生されるか示している。

【００３５】図５に示したように、メインプロセッサ
（ＣＭＤ）からのコマンドがコマンド補償と加算されて
補償されたコマンド（ＣＣＭＤ）を発生する。電圧モー
ドパワー増幅器（ＫＡ）がアクチュエータコイルを横断
して平均電圧（Ｖ_AVE）を発生する。Ｖ_BEMFがＶＣＭコ
イルにおいて減算されて実効電圧（Ｖ_EFF）を発生す
る。この実効電圧はアクチュエータアドミッタンスにお
いて比例電流を発生する。アクチュエータ（Ｊ）のトル
ク定数（ＫＴ）及び慣性はアクチュエータ電流に対して
比例的加速度を発生する。加速度を一度積分すると速度
（ＶＥＬ）が得られ、且つ２回目に積分を行うと位置
（ＰＯＳ）が得られる。これらの積分器はアクチュエー
タシステムの原理を記述するものであって処理を付加す
るものではない。速度（ＶＥＬ）は逆ＥＭＦ定数（Ｋ
Ｂ）のスケーリングでの比例的Ｖ_BEMF電圧を発生する。
これはアクチュエータを横断しての平均電圧から減算す
る。

【００３６】Ｖ_BEMF補償器３０１は、又、サーボセクタ
ーレート（速度）でのメインプロセッサからのコマンド
を受取る。該コマンドは（Ｋ_i）の積分器利得で積分さ
れる。１実施例においては、Ｋ_iはＫＡ，ＫＴ，Ｊ，Ｚ
Ａの推定から計算され、即ちＫ_i＝（ＫＡ×ＫＴ）／
（Ｊ×ＺＡ）である。該積分器の出力はアクチュエータ
速度の推定である。該積分器の出力は利得係数Ｋ_oによ
って乗算されてコマンド補償を発生する。この出力利得
係数Ｋ_oはＫＢ及びＫＡの推定から計算され、即ちＫ_o＝
推定ＫＢ／推定ＫＡである。これは、Ｖ_BEMFが相殺され
るようにＶ_AVEを修正するためのコマンドを計算する。
利得（Ｋ_i，Ｋ_o，Ｋ_S）は、実現例が簡単化されるか又
はより正確なものとされるように結合、スケーリング、
又はシフトさせることが可能である。例示した分布は、
本発明の機能を理解することを助けるために提供してあ
る。

【００３７】図５に示したように、Ｖ_BEMF補償器３０１
は、又、サーボセクター時間においてメインプロセッサ
から計算された速度値を受取る。メインプロセッサはサ
ーボセクターからの位置データの変化から速度を計算す
る。簡単な場合には、これは位置の逆方向差から計算す
ることが可能であり、即ち（ＰＯＳ（Ｎ）−ＰＯＳ（Ｎ
−１））／セクター時間である。これはメインプロセッ
サによって使用されてシーク速度プロフィルを制御す
る。Ｖ_BEMF補償器３０１は、必要である場合には、この
値をスケーリングし且つ速度計算が正確であると考えら
れるように積分値及び各サーボセクター時間におけるそ
の内部状態を補正する。このように、推定された速度は
各セクター時間において補正され且つサーボセクター間
におけるより高いサンプリングレートにおいて推定され
る。この方法によれば、積分器におけるエラーの蓋然性
が著しく減少される。

【００３８】サーボセクターデータから測定された速度
が使用可能である時間において且つ推定された速度が積
分器に対する初期条件入力によってこの値に設定される
前に、これら２つの値における差を計算することが可能
である。正又は負であるこの差の値は、エラーがゼロに
近づくようにＶ_BEMF補償器の利得を適応させるために使
用することが可能である。実際には、入力利得ブロック
（Ｋ_i）を調節することによって積分器利得を変化させ
るためにそのエラーの百分率を使用する。この変化は、
幾つかのサーボセクター時間の後に適応結果がゼロのエ
ラーとなるように小さなインクリメントで行われる。こ
のようにして利得の変化を適用することは安定な適応化
システムを提供する。上述した適応化メカニズムはＶ
_BEMF補償器ブロックにおける何等かのエラーを継続して
除去しながら、測定された速度における時折発生するエ
ラーを無視する。更に、この適用化メカニズムは、又、
モータ負荷及び駆動エレクトロニクスの特性変化を補償
する。

【００３９】図６，７，８は、本発明のＶ_BEMF補償がな
い場合の典型的な電圧モード増幅器に対する従来技術の
波形を示している。図６は、１．０ボルトのステップが
時間ゼロにおいて印加される場合のアクチュエータ電圧
を示している。図７はアクチュエータの速度が増加する
ことに対してアクチュエータ電流の減少を示している。
図７は逆起電力電圧における増加によって発生される増
加する速度及び一定でない加速を示している。図７の問
題は本明細書に開示した本発明によって対処されてい
る。

【００４０】図９，１０，１１は本発明のＶ_BEMF補償が
存在する場合の電圧モードパワー増幅器に対する波形を
示している。図９に示したように、Ｖ_BEMF補償の付加
は、アクチュエータ速度が増加するに従いアクチュエー
タへの電圧が増加する。図１０は、アクチュエータにお
いて結果的に得られる電流は一定に止まることを示して
いる。図１１に示したように、入力コマンドの固定した
ステップから速度における直線的増加が発生している。
この結果は電流マイナーループ増幅器に類似しており、
即ちコマンドに対して比例する一定の加速である。図１
２に示したように、Ｖ_BEMF補償器の出力はリニア即ち直
線的である。何故ならば、その速度がリニア即ち直線的
だからである。

【００４１】図１３及び１４はＶ_BEMF補償器出力をより
詳細に示している。図１３はコマンド補償値の５０ＫＨ
ｚアップデートレートを示している。結果的に得られる
波形はリニア即ち直線的である。何故ならば、速度の推
定及び実際に計算された速度はこの例の場合には等しい
からである。この場合には、該補償器の利得は正しい。
図１４は２０％推定エラーを有する場合の該補償器利得
の同一の出力を示している。積分器に対する補正はより
低い５ＫＨｚレート（サーボセクターレートの例示的周
波数）において見られる。

【００４２】好適実施例においては、サーボ制御回路１
０８は、ボイスコイルモータ２０７へ駆動信号を供給す
るのに専用の１組の１個又はそれ以上のピンを具備する
集積回路において実現される。このＩＣは駆動信号出力
ピンを必要とする。電流マイナーループ調整を実現する
ために必要な駆動信号エキストラピンは除去されてい
る。更に、本発明は、精密に出力を制御することが所望
されるが、精密な調整のために必要なエキストラなピン
を除去することが所望される任意の駆動エレクトロニク
スに対して容易に適用することが可能である。

【００４３】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施したディスクドライブ制御シス
テムを示した概略ブロック図。

【図２】 図１に示したコンポーネントの幾つかをより
詳細に示した概略ブロック図。

【図３】 本発明に基づく電圧モードドライバ回路のコ
ンポーネントを示した概略ブロック図。

【図４】 図３に示したＶ_BEMF補償器回路の構成をより
詳細に示した概略ブロック図。

【図５】 図３に示したＶ_BEMF補償器回路及びパワー増
幅器／アクチュエータ回路の構成をより詳細に示した概
略ブロック図。

【図６】 従来技術におけるアクチュエータ電圧を示し
たグラフ図。

【図７】 従来技術のアクチュエータ電流を示したグラ
フ図。

【図８】 従来技術のＶ_BEMFにおける増加に関連した一
定でない加速及び速度の増加を示したグラフ図。

【図９】 本発明に基づくアクチュエータ電圧を示した
グラフ図。

【図１０】 本発明に基づくアクチュエータ電流を示し
たグラフ図。

【図１１】 本発明に基づくアクチュエータ速度を示し
たグラフ図。

【図１２】 本発明に基づくＶ_BEMF補償器からの出力を
示したグラフ図。

【図１３】 推定速度が測定速度と等しい場合の本発明
に基づくＶ_BEMF補償器からの出力を示したグラフ図。

【図１４】 本発明に基づいて推定速度が測定速度と比
較して−２０％ずれている場合のＶ_BEMF補償器からの出
力を示したグラフ図。

【符号の説明】

１００ ディスクドライブシステム １０１ ホストコンピュータ １０３ ディスク制御器ユニット １０４ バッファメモリ １０７ ディスクドライブ組立体 １０８ サーボ制御器 １０９ メモリ制御器 １１２ ＲＯＭ １１３ システムプロセッサ ２０１ 回転制御ユニット ２０３ ヘッド位置決め制御ユニット ２０５ 電圧モードドライバ回路 ２０７ ボイスコイルモータ ２１１ ディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ピー． ヒル アメリカ合衆国， コロラド 80466， ネーダーランド， ピー．オー． ボック ス 494 Ｆターム(参考） 5D088 PP01 SS14 TT03 5H560 AA10 CC02 CC04 DA13 DB13 EB01 EC02 RR03 XA03 XA04 XA12 XA15

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧モードドライバへ補償した駆動コマ
   ンドを供給する方法において、 負荷へ結合されている電圧モードドライバを設け、 前記電圧モードドライバからの所望の電圧レベル出力を
   表わす駆動コマンドをプロセッサから供給し、 前記負荷と関連する逆起電力電圧に対するコマンド補償
   を発生し、 前記駆動コマンドを前記コマンド補償で修正して補償し
   た駆動コマンドを発生し、 前記補償した駆動コマンドを前記電圧モードドライバへ
   供給し、 前記補償した駆動コマンドに基づいて駆動信号を発生す
   る、ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記補償した駆動コ
   マンドが前記コマンド補償を前記駆動コマンドへ加算す
   ることによって得られることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、更に、前記電圧モー
   ドドライバ及び前記負荷へ結合されているパワードライ
   バを設け、前記負荷へ印加される電圧の平均値が前記駆
   動信号に比例するように前記負荷に対して電圧を印加す
   るために前記駆動信号が前記パワードライバに対してス
   イッチングシーケンスを発生することを特徴とする方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記コマンド補償を
   発生する場合に、 前記駆動コマンドを第一利得係数で乗算して推定アクチ
   ュエータ加速を決定し、 前記推定アクチュエータ加速を積分して推定アクチュエ
   ータ速度を決定し、 前記推定アクチュエータ速度を第二利得係数で乗算して
   前記コマンド補償を得る、ことを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記コマンド補償を
   発生する場合に、 前記駆動コマンドをスケーリングし、 前記スケーリングした駆動コマンドを積分して推定速度
   を発生し、 前記推定速度をスケーリングして前記コマンド補償を発
   生する、ことを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記電圧モードドラ
   イバからの電圧出力がアクチュエータコイルへの平均印
   加電圧を有していることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項１において、前記コマンド補償を
   発生する動作が専用ＭＡＣ／プロセッサシステムによっ
   て実施されることを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記コマンド補償を
   発生する動作が専用論理によって実施されることを特徴
   とする方法。
9. 【請求項９】 請求項１において、前記コマンド補償を
   発生する動作が専用アナログによって実施されることを
   特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項１において、前記駆動コマンド
    を供給する動作がサーボセクター速度において発生する
    ことを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 請求項１において、更に、 前記プロセッサから計算されたアクチュエータ速度を受
    取り、前記計算されたアクチュエータ速度は前記サーボ
    セクターからの位置変化から決定され、 前記計算されたアクチュエータ速度を前記推定アクチュ
    エータ速度と比較し、 前記２つの速度の間の差をスケーリングし且つ前記スケ
    ーリングした差を使用して前記コマンド補償に関連する
    利得を調節する、ことを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】 電圧モードドライバにおいて、 負荷へ結合されており且つ駆動信号を発生する電圧モー
    ドドライバ、 前記電圧モードドライバへ結合されており且つ前記電圧
    モードドライバから出力される電圧レベルを表わす駆動
    コマンドを発生する形態とされているプロセッサ、 前記負荷に関連する逆起電力電圧に基づいて駆動コマン
    ド補償を決定する補償器、 前記補償コマンドを前記電圧モードドライバへ供給する
    接続体、を有しており、前記電圧モードドライバが前記
    駆動コマンド及び前記駆動コマンド補償の結合に基づい
    て前記駆動信号を発生することを特徴とする電圧モード
    ドライバ。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、パワードライバ
    を有しており、前記パワードライバはＨブリッジを有し
    ており且つ前記駆動信号が前記Ｈブリッジ内のスイッチ
    の活性状態を制御することを特徴とする電圧モードドラ
    イバ。
14. 【請求項１４】 請求項１２において、前記電圧モード
    ドライバがパルス幅変調制御器を有しており、そのデュ
    ーティサイクルが前記駆動コマンド及び前記駆動コマン
    ド補償の結合に応答することを特徴とする電圧モードド
    ライバ。
15. 【請求項１５】 請求項１２において、前記電圧モード
    ドライバが位相シフト変調制御器を有しており、そのデ
    ューティサイクルが前記駆動コマンド及び前記駆動コマ
    ンド補償の結合に応答することを特徴とする電圧モード
    ドライバ。
16. 【請求項１６】 請求項１２において、前記駆動コマン
    ドが、電圧出力として所望されるプログラムされた電圧
    を表わすコマンド値を発生することを包含していること
    を特徴とする電圧モードドライバ。
17. 【請求項１７】 ディスクドライブシステムにおいて、 データを格納することが可能な表面を具備しているディ
    スク、 前記ディスク表面の特定した位置へデータを書込み且つ
    それからデータを読取る形態とされている読取／書込ヘ
    ッド、 前記読取／書込ヘッドへ結合されており且つ駆動信号に
    応答して前記読取／書込ヘッドを前記特定した位置に位
    置決めさせるボイスコイルモータ、 コマンドを受取り且つ前記ボイスコイルモータへの駆動
    信号を発生すべく結合されている電圧モードドライバ、 前記電圧モードドライバへ所望のプログラムした駆動信
    号を表わすコマンドを発生する形態とされているシステ
    ムプロセッサ、 前記ボイスコイルモータと関連する逆起電力電圧に基づ
    いてコマンド補償を決定する補償器、 前記コマンド補償を前記電圧モードドライバへ結合する
    接続体、を有しており、前記電圧モードドライバが前記
    補償したコマンドに基づいて前記駆動信号を発生するこ
    とを特徴とするディスクドライブシステム。
18. 【請求項１８】 電圧モードドライバに対して適応性逆
    起電力電圧補償器利得を供給する方法において、 負荷へ結合されている電圧モードドライバを設け、 前記電圧モードドライバから出力される所望の電圧レベ
    ルを表わす駆動コマンドをプロセッサから供給し、 前記負荷と関連する逆起電力電圧に基づいて駆動コマン
    ド補償を決定する補償器を設け、 推定アクチュエータ速度と測定速度との間の差を計算し
    て速度差を発生し、前記速度差を使用して前記補償器の
    利得を調節し、前記駆動コマンド補償と関連するエラー
    がゼロに近づく、ことを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記補償した駆
    動コマンドが前記コマンド補償を前記駆動コマンドへ加
    算することによって得られることを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】 請求項１８において、更に、 第一利得係数を前記速度差で修正し、 前記駆動コマンドを前記第一利得係数で乗算して推定ア
    クチュエータ加速度を決定し、 前記推定アクチュエータ加速度を積分して前記推定アク
    チュエータ速度を決定し、 前記推定アクチュエータ速度を第二利得係数で乗算して
    前記駆動コマンド補償を得る、ことを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 請求項１８において、更に、前記推定
    速度を前記測定速度値へ設定する前にサーボセクターデ
    ータから前記測定速度を受取り且つ前記補償器利得を調
    節するために前記速度差を発生する動作を有しているこ
    とを特徴とする方法。