JP2005245194A - 複数の外部電源電圧とホットプラグ互換性のある取り外し可能ハード・ディスク・ドライブ（ｈｄｄ） - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＤＤが以前に配置されていたものとは異なるシステム内で電源を再使用することが望まれている。
【解決手段】ＨＤＤ１０′は自己構成電源システム５５を有し、構成可能電源６５は入力電源センサ６２から電圧指示信号を受け取り、必要な電圧変換(通過、ステップ・ダウンまたはブースト調整)を行うために、他の可能な情報と併せてこの情報を使用する。構成可能電源６５で提供される電圧Ｖcc’より高い電圧をＨＤＤが必要とする事実を認識した上での付加的なＤＤＣ及び/またはレギュレータ６７も有している。例えば、(磁気、電流限界値などと関連性がある)システムや物理的な設計上の制限に応じて、１２Ｖから直接的に調整して下げるより、むしろ５Ｖから１．２Ｖに調整する方が好適であろう。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は一般的に大型システムに導入され、他のシステム構成要素の電源からの電力に依存する装置またはモジュールに関するものである。さらに詳細には、本発明はこうした装置またはモジュールに電力を提供する技術に関するものである。説明の大部分は、ホスト電源からの電力に依存するハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）の例に充てられる。

ＨＤＤは容量、性能及び価格などの点で常に改善が見られているが、それでもシステム・コストの相当部分を占めているため、ＨＤＤが以前に配置されていたものとは異なるシステム内で電源を再使用することが望まれている。例えば、一つ二つの理由から、コンピュータ・システムが使用不能になることが考えられるが、システムのＨＤＤは異なるデスク・トップ・システム内のスペア・ドライブ・ベイまたは外部ドライブとして使用する筐体内で利用可能である。

残念ながら、ＨＤＤ技術の発展に伴い、異なる様式の要素が登場してきており、一つのシステムから取り外したＨＤＤは他のシステムでは容易に適用できないことがある。そのＨＤＤが所望の目的とするドライブ・ベイにとって大き過ぎる場合、唯一の手段はそのＨＤＤを外部筐体内に設置することである。しかしながら、ＨＤＤが小さ過ぎる場合には解決策がある。例えば、ある既存の解決方法では、小型化の要素を大型のドライブ・ベイに適合させるべく、ドライブ・キャリアが使用されている。

新しいホスト電源で提供される電圧や各種電圧がＨＤＤに対して要求される電圧とは異なる場合、別の問題が生じる。例えば、モバイル・ドライブは単一の外部５Ｖ電源からしか作動しないように設計されることが多い。しかしながら、小型化されたサーバ・ドライブは、回路では５Ｖ、モータ制御では１２Ｖを使用し、また一部の新出利用法では、単一の外部１２Ｖ電源を使用している。この問題は、電圧を上下動させる一つ以上のＤＣ−ＤＣ変換器または電圧レギュレータを有する電源アダプタで対処されてきた。

この時点で、ＨＤＤの再使用は不経済なものとなっている可能性がある。なぜなら、独立した筐体またはドライブ・キャリア兼電圧アダプタのコストが適切な形式要素や電圧要件を満たす、同等なまたはより良好な新しいＨＤＤのコストを超え得るからである。現在旧式のＨＤＤは、埋立地行きとなっている。

本発明の一態様では、回路が入力供給電圧を検出し、所望の出力電圧を提供する。この回路には電圧検出回路、制御回路及び切り替え素子が含まれている。電圧検出回路は少なくとも（電源オンなどの）所定時点において入力電源電圧の値を検出し且つこうして検出された出力電圧に基づき電圧指示信号を提供するように構成されている。制御回路は電圧指示信号に応答し、切り替え素子の制御端子に適用される制御信号を発生する。この制御信号は、こうして検出された電源電圧のそれぞれ異なる第１値及び第２値に対して異なっている。こうして検出され、所望の出力電圧とは異なる供給電圧の第１値に対しては、制御信号は切り替え素子を切り替えるパルス列の形式をとっている。切り替え素子は、所望の出力電圧を提供するＤＣ−ＤＣ変換回路の構成要素であることが好ましい。この回路には別の切り替え素子が含まれるが、それは付加的ＤＣ−ＤＣ変換回路の構成要素であっても、または制御可能な通過路を形成してもよい。所望の出力電圧はハード・ディスク・ドライブ内のモータと論理回路に電力を供給する目的で使用可能である。一実施例では、電圧コネクタは異なる入力電圧または広範囲で変動する入力電源電圧に接続可能な２ピン・コネクタである。

本発明の別の態様では、ハード・ディスク・ドライブに電力を供給する回路には、電圧検出回路、少なくとも一つのＤＣ−ＤＣ変換回路及び制御回路が含まれる。電圧検出回路は、所定時点に入力ノードで少なくとも電源電圧を検出し且つこうして検出された電源電圧に基づき電圧指示信号を提供する構成とされている。ＤＣ−ＤＣ変換回路は入力ノードと出力ノードに接続され、こうして検出された電源電圧を所望の異なる出力電圧に変換し且つ出力ノード上で異なる電圧を提供できる。制御回路は電圧検出回路及びＤＣ−ＤＣ変換回路に接続され、こうして検出された電源電圧に応じてＤＣ−ＤＣ変換回路を制御する。

本発明の別の態様では、ハード・ディスク・ドライブに電力を供給する回路には、電圧検出回路、少なくとも一つのＤＣ−ＤＣ変換回路、入力ノードと出力ノードの間の切り替え可能な通過路、並びに電圧検出回路、ＤＣ−ＤＣ変換回路及び切り替え可能通過路に接続された制御回路が含まれる。電圧検出回路は少なくとも所定時間に入力ノードで電源電圧を検出し、検出された電源電圧に基づく電圧指示信号を提供するよう構成されている。ＤＣ−ＤＣ変換回路は入力ノードと出力ノードに接続され、検出された電源電圧を所望の異なる出力電圧に変換しその異なる電圧を出力ノードに提供することができる。

制御回路は電圧検出回路、ＤＣ−ＤＣ変換回路、切り替え可能な通過路に接続され、以下の様式にてＤＣ−ＤＣ変換回路と切り替え可能通過路を制御する。電源電圧が所望の出力電圧とは異なることを電圧指示信号が示す場合、制御回路は、ＤＣ−ＤＣ変換回路で異なる電圧を出力ノードに供給可能とし、通過路で電源電圧を出力ノードに送るのを防止する。電源電圧が所望の出力電圧と等しいことを電圧指示信号が示す場合、制御回路はＤＣ−ＤＣ変換回路で異なる電圧を出力ノードに供給することを防止し、通過路で電源電圧を出力ノードに送ることができるようにする。

本発明の性状と諸利点についての更なる理解は、明細書の残りの部分と図面を参照することで可能である。

本発明によれば、複数の外部電源電圧とホットプラグ互換性のある取り外し可能ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）を提供することができる。

本発明はホスト電源からハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）の電力供給に特に適用できるが、他の形式のディスク・ドライブ（例えば、ＣＤドライブやＤＶＤドライブなどの取り外し可能な媒体を備えたドライブ）のような他の場合で使用可能である。本発明はまた、システム内に導入され他のシステム構成要素からの電力に依存する他の装置またはモジュールにも使用可能である。
＜本発明が適用される既存ＨＤＤシステムの構造＞
図１Ａはハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）とホスト・システムのブロック図である。ＨＤＤの中心には、スピンドル・モータ２０で回転自在に駆動される１個以上のディスク１５（プラッターとも称する。ディスクは１個しか示されていない）を含む機構がある。ディスク１５はその片面または両面において複数個の同心軌道上でユーザ・データと位置情報を記憶する磁気材料で被覆されている。データはヘッド・モータ３０によって半径方向に沿って往復駆動される読み取り書き込みヘッド２５（単にヘッド２５と称する）によってディスク１５の所定側に対し書き込まれ、そこから読み取られる。(さらに詳細には、ヘッド・モータ３０は、典型的にはヘッド２５が全体的にディスクに対して半径方向である弧状路に沿って駆動するよう回転運動を行う)。ごく現代的なＨＤＤ(極めて小さいものを除く)は複数個のディスクを備え、従って、通常一体的に移動するような、対応する複数個のヘッド（ディスクあたり側部あたり１個のヘッド）を有する。ＨＤＤの中には、ディスク１枚あたりで側部あたり多数のヘッドを有するものもある。

(関連あるメモリと共に示され且つ単一ブロックとして表されている)ＣＰＵとメモリ３２は、ＨＤＤの総合的なデータ処理制御を行う。ＣＰＵとメモリ３２はモータ制御回路３５、ＨＤＤインターフェイス・コントローラ３７及びデータ・チャネル４０と通信する。通信路はバス４２上で発生するものとして模式的に示されているが、これは単に代表的な書き方である。通信路の中には環境に適したプロトコルに従って点対点にすることができるものもある。ＣＰＵは、マイクロプロセッサまたはマイクロ・コントローラ、組み合わせ論理回路、またはそれらの組み合わせを含めてもよい。このブロックはデータの符号化や復号化に用いる１個以上のＤＳＰなどを含めてもよい。ＣＰＵとメモリ３２は単一ブロックとして示してあるが、ＣＰＵの機能は分配可能であり、作業の一部はＨＤＤ内の他の要素によって実行可能であることが理解できるはずである。

モータ制御回路３５には典型的にはサーボとモータ・ドライバが含まれ、この回路はディスク１５上の所望の位置においてヘッド２５を位置付ける役目があり、また、ディスク１５の回転速度を指定限界値内に維持する。ＨＤＤの機械的要素とスピンドル・モータやヘッド・モータは、フィードバック信号を提供する。従って、モータ制御回路３５、モータ２０、３０の間の通信リンクは、信号がモータに向かって流れ、フィードバック信号が元に戻っていることを示す双方向リンクとして示してある。制御信号が発生してヘッドを正確なトラックへ駆動し、ディスクを正確なセクターへ回転させるこうした特定の様式は、本発明の一部ではなく、これ以上の説明はしない。

データ・チャネル４０は、データを表すデジタル信号をメモリから、ヘッド２５で実際にデータをディスク１５上に書き込む信号へと変換し、また、読み取り作動中にヘッドにて拾われたアナログ信号をメモリ内に記憶できるデジタル形式に変換する役目を果たす。データ・チャネルはまた、このデータをメモリに書き込み、データをメモリから読み取る役目を果たす。ＨＤＤインターフェイス・コントローラ３７はホスト・システム１２内のホスト・インターフェイス・コントローラ４５と通信をする役目を果たす。インターフェイス・プロトコルは任意の適切なプロトコルにすることができ、使用可能なバスの例には、ATA、IEEE1394（ファイアワイヤ）、SSA、SCSI、USB及びファイバ・チャネルなどがある。

ホスト電源４７はコネクタ４８を介して（Ｖccと表される）１個以上の固定供給電圧をＨＤＤ１０(５Ｖ及び/または１２Ｖが典型例)に提供する。この電力を管理及び分配するため、ＨＤＤ１０には、模式的にＤＤＣ/レギュレータ・ブロック５０として示された１個以上の電圧レギュレータ及び/またはＤＣ−ＤＣ変換器（ＤＤＣ）が含まれている。ブロック５０を構成する要素または複数の要素は、前述した回路及びモータで要求される一つ以上の電圧Ｖoutを提供する。これらの電圧は、ホスト電源４７から供給される一つ以上の電圧とは異なることがあり、実際異なることが多い。Ｖccから得られる代表的な電圧には、メモリとＩ/Ｏ回路用には３．３Ｖ、メモリ、Ｉ/Ｏ回路、コア論理回路及びASIC用には２．５Ｖ、ＨＤＤ内の特定CMOS回路によっては１．２Ｖ、１．５Ｖまたは１．８Ｖ、差動プレ増幅器用には±５Ｖ、単一端部のプレ増幅器用には８Ｖまたは１０Ｖなどがあり、他にもいろいろある。

この時点において、一つのＤＣ電圧を別のＤＣ電圧に変換する装置に適用される名称に関連する技術には統一性が欠如していることがわかる。一部の装置では、“ＤＣ−ＤＣ変換器”という用語には或る種の切り替え発生が必要である。従って、”切り替えレギュレータ“という用語と同義的であり、一方、”電圧レギュレータ”という用語は切り替えレギュレータと非切り替えレギュレータを含むような一般的なものと考えられる。他の装置では、「電圧レギュレータ」という用語は非切り替えまたはリニア・レギュレータを意味し、「電圧レギュレータ」と「ＤＣ−ＤＣ変換回路」という用語は相互を除外するものとなる。混乱防止のため、本願で使用されている「ＤＣ−ＤＣ変換回路」という用語は、切り替え作動を伴うか否かに関係なく、あるＤＣ電圧を他のＤＣ電圧に変換するあらゆる装置を含むよう広い意味で理解すべきである。

電源モニタ５２は各種供給電圧をモニタし、これらの電圧を１個以上の基準電圧と比較し、他の各種回路と通信されるパワー・グッド(Power Good)信号と称する１個以上の出力信号を提供する。パワー・グッド(Power Good)信号は供給電圧Ｖoutが許容限界値内にあるか否かを特定する。許容限界値内にあれば、１組の作動が許可され、供給電圧が許容限界値外であれば、別の異なる組の作動が許可または命令される。先行技術のディスク・ドライブ電力制御回路の一つの特徴は、ディスク・ドライブの意図的な電力供給ダウンに起因してまたは不幸にも停電に起因して電源ダウンが発生した際、ヘッド２５をディスク１５の作動領域から離して無事に待機させる能力にある。

ＨＤＤに対して要求される電圧は、ＨＤＤ回路上で使用される特定の回路技術により決定され、おそらくは回路技術が発展するのに伴い変化するものと思われる。しかし、要求される特定の電圧は演繹的に公知であり、ＤＤＣ/レギュレータ・ブロック５０と電源モニタ５２の設計で考慮される。

図１Ｂは、先行技術のシステムでは典型的なピン配列を有する４８a、４８b、４８cで表された３個の従来型コネクタを示す。コネクタ４８aは、多くのパーソナル・コンピュータやサーバで見られる標準的な２電圧（１２Ｖと５Ｖ）ＨＤＤ電源接続用である。コネクタ４８bは多くのラップトップ装置やモバイル装置で見られる標準的な１電圧（１２Ｖ）ＨＤＤ電源接続用である。この接続はバス接続へと一体化されることが多い。コネクタ４８cは、やはりバス接続へと一体化される、サーバ用に提案された１電圧（５Ｖ）小型ＨＤＤ電源接続用である。
＜自己構成電源システムの概要＞
図２Ａは、図１ＡのＨＤＤ１０とは異なるため１０’としたＨＤＤ内で本発明の諸実施態様が発展する様式を示した模式的ブロック図である。図１Ａ における要素に対応する要素には同じ参照番号を使用する。本発明はＨＤＤに供給される電力の制御技術に向けられているので、ＨＤＤ回路の関連部分についてのみ説明する。また本図は、ＨＤＤがコネクタ４８’を通じて電力を受け取るホスト電源４７を有するホスト１２と通信状態にあるＨＤＤ１０’を示す。ホスト電源はコンピュータ、ドライブ筐体、またはＨＤＤ１０’に電力を提供するものとされるシステムまたはサブ・システムになり得る。

一実施態様では、本発明はホスト電源４７からの単一供給電圧に限定されることなくＨＤＤ１０’の作動用電力をＨＤＤ１０’が得ることができるようにする。例として、サーバと企業システムが典型的には５Ｖと１２Ｖ(１２Ｖのみが使用されている)を提供し、ラップトップ・コンピュータと他の携帯型ホスト装置は典型的には５Ｖを提供し、パーソナル・コンピュータは典型的には５Ｖと１２Ｖを提供する。一部の実施態様において、自己構成電源システム５５は電圧供給ノード５７上での電圧レベルＶcc（即ち、ホスト電源からの電圧）を検出し、要求される電源電圧を決定し、要求される電圧レベルＶcc’を出力ノード６０上に提供すべく電圧変換を行う。

自己構成電源システム５５には、入力電源センサ６２と構成可能電源６５が含まれている。一般的に図１Ａの電源モニタ５２に対応する電源モニタは、一部の実施態様では先行技術の電源モニタで行われる機能とは別の付加的な機能を行うことから、自己構成電源システム５５の一部として示されている。しかし、一部の実施態様は、別々の電源モニタ作動よりむしろ以前からある電源モニタ作動に依存していることがある。

電源を入れた時に、入力電源センサ６２はホスト電源から電圧を決定し、関連ある電圧指示信号一つ以上を構成可能電源６５に提供する。入力電源センサ６２には、１組の基準電圧源（例えば、アース、バンドギャップ、または他の既知の値）を含むことができよう。検出された電圧(または一つ以上の基準化されたもの)は一つ以上の基準電圧と対比されよう。基準化電圧は、検出された電圧とアースなどの基準電圧、バンドギャップ、または他の既知の値との間での抵抗分割器により提供可能であろう。比較回路の出力は、検出電圧がＶccの予測値の一つに対する所定閾値を上回るか否かを表すパワー・グッド（Power Good）信号を提供する。電力の比較対象となる基準電圧を提供すべくＤ/Ａ変換器を使用すれば一層柔軟な検出が可能となろう。その代わり、これは複雑であり、初期化に時間がかかる。こうした電圧検出技術は当技術の熟知者には公知であり、これ以上は説明しない。

構成可能電源６５は、入力電源センサ６２から電圧指示信号を受け取り、ＶccとＨＤＤの必要事項の機能として、必要な電圧変換(通過、ステップ・ダウンまたはブースト調整)を行うために、他の可能な情報と併せてこの情報を使用する。構成可能電源６５も電源モニタ５２及びバス４２との双方向通信状態にあるものとして示されている。これらの通信路はその広い意味において本発明実行上必要ではなく、一部の実施態様では、これらリンクの一つを使用しての通信は一方向または他方向においてのみ行わることがある。これら可能な方式の一部について以下に説明する。

また図面は、自己構成電源システム５５の構成可能電源６５で提供される電圧Ｖcc’より高い電圧をＨＤＤが必要とする事実を認識した上での付加的なＤＤＣ及び/またはレギュレータも示している。先に説明した如く、一部の考えられる付加的電圧が必要とされることがあり、その有効性については電源モニタ５２でモニタされる。

例えば、(磁気、電流限界値などと関連性がある)システムや物理的な設計上の制限に応じて、１２Ｖから直接的に調整して下げるより、むしろ５Ｖから１．２Ｖに調整する方が好適であろう。従って、別の内部発生電圧から作動する内部ＤＣ−ＤＣ変換回路が選ばれよう。これには普通コスト、寸法/スペース/容積、電力消失、効率交換などが含まれる。

図２Ｂは本発明の一つ以上の実施態様に適したコネクタ４８’の利用状態を示す。本発明は特定形式のコネクタに限定されないが、本発明の好適実施態様は、１２Ｖと５Ｖの両システムと両立可能な共通で単一の２−ピン型外部電源接続を利用している。他の実施態様も可能であるが、複雑性が高くなる。ＨＤＤへの電源接続とＨＤＤへのホスト・インターフェイス・コントローラ・バス接続は、別々の接続部として示されているが、これは必要ではない。電源に対して万能型２ピン接続を適合させることにより、一部の実施態様では電源用のバスにピンを２個使用できよう。
＜構成可能電源の特定実施態様＞
本節では、供給電圧Ｖccを５Ｖまたは１２Ｖにできるという特定の例を目的に、構成可能電源６５の４件の実施態様が説明されている。図２Ａに示された番号に対応する参照番号が使用されるが、異なる実施態様を区別する意味から英数字の添え字が使用される。

図３Ａと図３Ｂは本発明の第１実施態様による構成可能電源６５aの模式的回路図である。この実施態様において、このシステムは電圧供給ノード５７上の電源電圧Ｖccが１２Ｖと５Ｖのどちらであるかを自動的に検出し、出力ノード６０a上に調整された５Ｖの出力を提供する。構成可能電源には電源制御回路８０とバック変換器８５が含まれている。特定の設計で望ましくなる場合でも、５Ｖ出力を提供することに加えてＶccの通過を阻止するものは基本的に存在しない。

電源制御回路は、Ｉｎ１及びＩｎ２のラベルが付いた第１入力部と第２入力部それぞれにて電圧レベルＶccを電圧供給ノード５７から受け取り、Ｖcc’を出力ノード６０aから受け取るものとして示されている。接続については、接続を以下の如く間接的または直接的にできる可能性を様式化したものとして２個のS-字形横断線による破断線で示されている。図２に示されているように、電源への間接的接続は、入力電源センサ６２及び電源モニタ５２といった別々の構成要素により入力電源検出機能及び電源モニタ機能が行われる場合になされる。あるいは、電圧ノードへの接続は直接的にでき、電圧検出とモニタ動作は電源制御回路８０により実行可能である。電源制御回路８０は電力を必要とし、これは少なくともＶccから、おそらくはまた、Ｖcc’から生じることが注目される。

バック変換器８５はトランジスタＱ１などの切り替え素子、ダイオードＤ１(ショットキー・ダイオードまたはダイオード導通ロスの低減化のためＱ１と同期的に作動する他のトランジスタでもよい)、誘電子Ｌ１、コンデンサＣ１を含む。トランジスタは金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ（MOSFET）でもよく、その図解をしてある。しかし、これは可能な切り替え素子(例えば、JFET、バイポーラ・トランジスタ、BiCMOSトランジスタ、IGBT)の単純な事例に過ぎない。便宜上、本実施態様における切り替え素子は以下に説明する実施態様での切り替え素子と同様、トランジスタと称する。電源制御回路８０の出力端子Ｏｕｔ１はトランジスタＱ１のゲートに結合される。バック変換器の残りの部分には、誘電子や、トランジスタＱ１のソースとアースの間で直列に接続されたコンデンサが含まれ、ダイオードはソースとアースの間で逆バイアスされている。

図３ＡはＶccが１２Ｖとして決定される状況を示している。本例の場合、電源制御回路８０は、平均値が大略所望の出力電圧、本例では５Ｖであり、電圧供給ノード６０a上に出力として提供されるダイオードＤ１を横切って波形を生じさせる目的から矩形波により出力端子Ｏｕｔ１を駆動する。Ｑ１がオフの場合、誘電子の電流はダイオードＤ１を循環し、これはフリーホイール・ダイオードとして作動する。誘電子Ｌ１の所要値は大略切り替え周波数に反比例し、（例えば、１００Khz以上の）比較的高い切り替え周波数が好適である。トランジスタの本体ダイオードは常時逆バイアスされ、導通しない。

図３ＢはＶccが５Ｖとして決定される状況を示している。本例の場合、電源制御回路８０はトランジスタＱ１をオン状態に保つ出力をその出力端子Ｏｕｔ１に提供する。従って、このトランジスタはパス・トランジスタとして作用し、５Ｖが出力として電圧供給ノード６０a上に提供される。あるいは、所望の電圧が５Ｖ以外、例えば３．３Ｖとされた場合、電源制御回路は、５Ｖを３．３Ｖに落とす負荷同期を有する矩形波にて出力端子を駆動する。

本実施態様では切り替えレギュレータ、即ちバック変換器を使用しているが、ステップ・ダウンはリニア・レギュレータでも達成可能である。主としてダイオードと誘電子のコストが原因で切り替えレギュレータはリニア・レギュレータよりコスト高であるが、電力消費量の低さに特徴がある。デスク・トップ・システムでは、電池寿命は問題ではなく、多くの状況下においてコスト節約は保障可能である。リニア・レギュレータを使用すれば、別のバイパス路を設けることができる。スイッチ・オン及びスイッチ・オフする代わりにトランジスタＱ１をリニア領域内で作動状態に保つよう電源制御回路が設計されればバイパス路は必要ないであろう。従って、トランジスタは飽和状態が可能とされる。その場合、ダイオードＤ１と誘電子Ｌ１は必要とされず、又、トランジスタは必要に応じて調整又は飽和状態とされるよう制御される。

電源制御回路８０には、典型的にはバッファ又はゲート・ドライバ回路を介して調整トランジスタを駆動すべくエラー増幅器（補償付き）又は比較器を使用する電圧制御ループが含まれている。このことは、適切な電圧を作成する必要がある場合、レベル・シフタの使用を課することになる。

図４Ａと図４Ｂは本発明の第２実施態様による構成可能電源６５bの模式的回路図である。本実施態様において、構成可能電源は、電圧供給ノード５７における電圧が５Ｖと１２Ｖのどちらであるかとは無関係に、出力ノード６０b上に１２Ｖを提供することが要求される。構成可能電源には供給制御回路９５、ブースト回路１００及びバイパス路を設けた１個以上の付加的要素が含まれている。供給制御回路は一対の出力端子Ｏｕｔ２及びＯｕｔ３において適切な信号を提供することによりブースト回路及び付加的要素を制御する。特別の設計に対して望ましい場合でも、１２Ｖの出力を提供することに加えてＶccの通過を阻止するものはやはり基本的に存在しない。

ブースト回路１００にはトランジスタＱ２、 ダイオードＤ２、誘電子Ｌ２、コンデンサＣ２が含まれている。付加的要素にはトランジスタＱ３が含まれる。誘電子Ｌ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２は電圧供給ノード５７（Ｖcc）とアースの間に直列に接続され、出力ノード６０b（Ｖcc’）はダイオードＤ２とコンデンサＣ２の間にある。トランジスタＱ２のドレーンは誘電子Ｌ２とダイオードＤ２の間でノードに接続され、ソースはアースに接続されている。出力端子Ｏｕｔ２はトランジスタＱ２のゲートに接続されている。トランジスタＱ３のソースとドレーンはダイオードＤ２と並列接続され、出力端子Ｏｕｔ３はトランジスタＱ３のゲートに接続される。ブースト・レギュレータは誘電子の代わりにコンデンサを使っても作成可能であり、この特別の実施方法は例示的なものである。

図４Ａは電圧供給ノード５７（Ｖcc）における電圧が５Ｖとして決定される状態を示す。本例の場合、電源制御回路９５はその出力端子Ｏｕｔ２を駆動し、端子は矩形波がオンの状態でトランジスタＱ２のゲートに接続される。電源制御回路は又、ブースト作動中にトランジスタＱ３をオフ状態に保つ出力をその出力端子Ｏｕｔ３上に提供する。ブースト作動の結果は出力ノード６０bにおける所望の１２Ｖである。代替的に、トランジスタＱ３はダイオードＤ２を介して充電コンデンサＣ２の代わりにトランジスタＱ２と同期的に作動可能である。

図４Ｂは電圧供給ノード５７における電圧が１２Ｖとして限定される状態を示す。本例の場合、電源制御回路９５はトランジスタＱ２をオフ状態に保つ出力をその出力端子Ｏｕｔ２上に提供し、パス・トランジスタとして作用し且つ１２Ｖ Ｖccレベルを出力電圧ノード６０b上に提供するようトランジスタＱ３をオン状態に保つ出力をその出力端子Ｏｕｔ３上に提供する。

図３Ａ及び図３Ｂの電源制御回路８０の場合と同様、電源制御回路９５は電圧供給ノード５７（Ｖcc）及び出力ノード６０b(Ｖcc’)における電圧の状態を表す信号を受け取る入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２を備えている。図３Ａ及び図３Ｂにおけると同様、これらの状態は接続が直接的又は間接的であれ、或る可能性を示唆する様式化された形態で示してある。

図５Ａは一対の出力ノード６０aと６０bで５Ｖと１２Ｖ両方の出力を提供する構成可能電源６５cの第３実施態様の模式的回路図である。本実施態様には図３Ａと図３Ｂのバック変換器及び図４Ａ及び図４Ｂのブースト変換器を導入していることから、図３Ａ乃至図３Ｂおよび図４Ａ乃至図４Ｂでは出力ノードに対して使用されたものと同じ参照番号が使用されていることに注意されたい。特に、構成可能電源６５ｃには、図３Ａのバック変換器８５に対応するバック変換器を制御する出力端子Ｏｕｔ１を備え、図４Ａ及び図４Ｂに示されたブースト変換器１００と他の要素に対応するブースト変換器と他の要素を制御する１組の出力Ｏｕｔ２及びＯｕｔ３を備えた電源制御回路１１０が含まれている。

図５Ｂは、図５Ａに示された構成可能電源６５ｃに入出力電源電圧を組み合わせを提供する目的で使用可能な信号の、予想される組の一部を示す表である。これは例えば、両方のＶcc’出力ノードにおいて５Ｖを提供するよう回路が構成可能である可能性を図示している。さらに、一部の構成においては、この回路は異なるＶcc’出力ノードにおいて異なる変換電圧を提供でき、例えば、５Ｖをさらに低い電圧、例えば、出力ノード６０aにおいて３．３Ｖまで低くする間に、Ｖccにおける５Ｖを出力ノード６０bで１２Ｖへと上昇させる。同様に、この回路はＶccが１２Ｖである場合でも電圧を上げられるよう構成可能である。例えば、２４Ｖの電圧はさらに高い電機子トルクを提供できる。

図６Ａは構成可能電源６５dの第４実施態様の模式的回路図である。この実施態様は単一の供給電圧Ｖｃｃを単一の出力電圧Ｖcc’へ上下動するよう調整すべく動作する。この動作の重要点は、安定し、さらに有用で調整された出力電圧をＨＤＤに提供する間に大きな揺れが生じる未調整供給電圧をホスト電源が潜在的に供給可能となる点である。この実施態様には電源制御回路１２０が含まれ、この回路はオプションの第４トランジスタＱ４の場合と同様、図５Ａの実施態様の場合と同様一般的に３個のトランジスタＱ１、Ｑ２及びＱ３を制御する。この実施態様は下方変換用のトランジスタＱ１と上方変換用トランジスタＱ２を切り替える装備を含むが、この回路が誘電子Ｌ２とコンデンサＣ２を共有する点で図５Ａの実施態様とは異なっている。

この実施態様には、Ｖccとアースの間の経路内にオプションの電流検出抵抗Ｒｓが含まれている。その抵抗はＶcc’を電流とは無関係に所望の出力値へと強制する電源制御回路１２０内のループにより使用される信号を提供する。トランジスタＱ４は下方変換中にトランジスタＱ１と協働する。即ち、ダイオードＤ１のフライ・バック回復中に、トランジスタＱ４は効率を上昇させる目的で使用可能である。電圧降下が潜在的に大きいにも拘わらず、ダイオードＤ１はトランジスタＱ４を伴わずに再循環路を提供するので、このトランジスタは必要ではない。

トランジスタＱ４は出力電圧を上昇させる目的でオフとなる。その上昇の場合、オプションのトランジスタＱ３は上方変換中に他の場合ならダイオードＤ２内に発生する損失を低減化させるべく捕捉的様式にてＱ２に切り替えることができる。従って、Ｑ３又はＱ４が表内で「オフ」にされると、この状態は両者を使用しないオプションの実行と同等のものになる。同様に、これらが表内において「切り替え」であるとされる場合、これら両者を利用するオプションが実行され、これらの状態は以下の様式にて切り替わる：[下方では：（トランジスタＱ１がオンの場合、トランジスタＱ４はオン）、及び（トランジスタＱ１がオフの場合、トランジスタＱ４はオン）]、さらに、[上方では：（トランジスタＱ２がオンで、トランジスタＱ３がオフの場合）、及び（トランジスタＱ２がオフで、トランジスタＱ３がオンの場合）]。最後に、トランジスタＱ３は下方利用中にダイオードＤ２と置換可能であり、ダイオードＤ２に対する電圧降下を低減化できる。そこで、（Ｑ３が存在すると仮定して）表ではＱ３をこれらの場合には「オン」としているのである。

図６Ｂは、図６Ａの実施態様で用いる入力供給電圧と出力供給電圧の各種組み合わせに用いる制御信号の予想される組の一部を示す表である。この表の第１列は、上方変換が必要であることを示すＶcc＜Ｖcc’が決定された場合の回路の作動を示す。この表の第２列は、下方変換または上方変換のどちらでもないことを示すＶcc＝Ｖcc’に決定された際の回路の作動を示す。この表の第３列は下方変換が必要であることを示すＶcc＞Ｖcc’が決定された際の回路の作動を示す。
＜付加的構成と制御局面＞
本発明の各種実施態様は一つ以上の利点を提供できるが、任意の実施態様が予想される諸利点すべてを提供することや、他の実施態様で提供され得る利点を提供することは要求されていない。本発明の一部の実施態様では柔軟性を提供できるが、他の実施態様では制限されることがある。例えば、諸実施態様は（モバイル用に設計されたドライブを大型のホスト機械に差し込む）上方利用のみを目的とする仕様を制限するか（大型システム用に設計されたドライブをモバイル・ホスト機械に差し込む）下方利用のみを対象に使用することを制限するよう構成できる。一部の実施態様では、ＨＤＤ上での電源発生及び/又は配電が柔軟性なのでホスト・システムの電源発生及び/又は配電コストを節約できる。例えば、「未調整」Ｖcc電源（例えば１２Ｖ±３０％）を許容し、しかもＶcc’電圧を適切に調整することで信頼性の高い動作ができる実施態様を設計することが可能である。

図２に関連して先に説明したように、構成可能電源６５と電源モニタ５２は他の基板論理回路やホスト装置と通信することがある。多くの実施態様でこのことは必要ないが、ＨＤＤの機能性付加や性能改善は、付加作動を通じて達成可能である。

例えば、モータ制御回路内のランダム・アクセス・サーボは、入力電源センサ６２で決定される利用可能な電源電圧に基づいてある程度再構成できる。これにより、一層広範囲の適用例向けに電力消費仕様を適合させる性能の最適化が可能となる。アクセス時間を犠牲にすればシーク電力を低減化して５の電池電力を節約できるし、性能の利用を目的に消費電力を高めればシーク電力を増加させることができる。

さらに、現行の磁気記録技術では回転速度を大幅に変えることはできないので、スピンドル・モータの制御は所要の仕様に保持することができる。スピンドル・モータ制御の面から生じる一つの利点は、利用可能電圧の上昇によって対応するＲＰＭが高くなることから、同じ電気機械的システムをモバイル装置からデスク・トップやサーバ用に拡張できる点にある。逆に高性能ＨＤＤは、おそらくは利用可能供給電圧の下降から生じる低速度でＨＤＤを回転させるだけでモバイルに適用できる。この場合は、予測される電源状態の範囲に対応するモータ制御装置技術が必要なだけである。

ＨＤＤに存在するファームウエアは、製品の設計パラメータに従って電源検出を構成するようプログラムを組むことができる。又、任意の命令セットをホスト・システム用に定義付けし、初期化後に使用することができる。これらの命令により、ホスト・システムはドライブに特定の構成を要求することができる。モバイルでの利用を目的に節電したり、ホスト・システムにとって優先順位が高い場合には性能を最大に引き出すなどの例がある。

５Ｖ電源や１２Ｖ電源の使用は、一般的な既存の外部ＨＤＤ電源電圧に一致する例として役立つ。前述した構成可能電圧調整に鑑み、必要に応じて異なる電圧を生じさせることが可能である。例えば、図５Ａの実施態様は入力５Ｖの電源をＶcc’(２)に通すか、５Ｖを１２Ｖまで引き上げるようにしたり、５Ｖを調整して例えば、３．３Ｖなど別の異なる低い電圧をＶcc’(２)に供給するよう５Ｖを調整すべく構成することができる。このように、コア論理電圧は技術の要求に応じてスケール・ダウンでき、モータ供給電圧を任意の適用の希望に応じて独立して設定できる。こうした制御は、オン・チップ・バンド・ギャップ基準及びデジタル制御レジスターと関連して作動する制御ノードや抵抗分圧回路網を築くことで確立できる。
＜結論＞
結論として、本発明の諸実施態様によりＨＤＤはより広範囲の適用で作動可能であることがわかる。例えば、小型ＨＤＤを単一の１２Ｖ及び/又は５Ｖ外部電源に合わせれば、ドライブは、デスク・トップ、モバイル及び/又は自動車その他のシステムを、直流電源配電構成の間で柔軟かつ携帯性をもって作動させることができる。別の潜在的利点は、形式要因の継続的縮小に伴い、一般的になりつつあるエレクトロニクスの組み合わせで、より多くの機械的設計を支持でき、それがＨＤＤ回路基板規模縮小を促すことにある。

前掲の内容は本発明の特定の諸実施態様を完全に説明するものであるが、前掲の説明は特許請求の範囲で定められた本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。

ホスト・システムからハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）に電力を供給し制御する慣用的なシステムのブロック図である。 ホスト電源をＨＤＤに接続するために使用可能な先行技術のコネクタ３個を示す模式図である。 本発明の実施態様における、他の場合には従来型となるＨＤＤでの自己構成電源システムの配置方法を示すブロック図である。 本発明の一つ以上の実施態様に関連して使用可能なコネクタを示す模式図である。 構成可能電源の第１実施態様の模式的回路図である。 構成可能電源の第１実施態様の模式的回路図である。 構成可能電源の第２実施態様の模式的回路図である。 構成可能電源の第２実施態様の模式的回路図である。 構成可能電源の第３実施態様の模式的回路図である。 図５Ａの実施態様に用いる入力電源電圧と出力電圧の各種組み合わせ用の制御信号を示す表である。 構成可能電源の第４実施態様の模式的回路図である。 図６Ａの実施態様に用いる入力電源電圧と出力電圧の各種組み合わせ用の制御信号を示す表である。

符号の説明

１０，１０′…ＨＤＤ、
１２…ホスト・システム、
１５…ディスク、
２０…スピンル・モータ、
２５…ヘッド、
３０…ヘッド・モータ、
３５…モータ制御回路、
３７…ＨＤＤインターフェイス・コントローラ、
４０…データ・チャネル、
４５…ホスト・インターフェイス・コントローラ、
４７…ホスト電源、
４８′…コネクタ、
５２…電源モニタ、
５５…自己構成電源システム、
５７…電圧供給ノード、
６０，６０ａ，６０ｂ…出力ノード、
６２…入力電源センサ、
６５，６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ…構成可能電源、
６７…予想される付加ＤＤＣ／レギュレータ、
８０，９５，１１０，１２０…電源制御回路、
８５…バック変換器、
１００…ブースト回路。

Claims (22)

1. 少なくとも所定時間に入力電源電圧の値を検出し、検出された電源電圧に基づき電圧表示信号を供給するよう構成された電圧検出回路と、
   前記電圧表示信号に応答し、制御信号を発生する制御回路と、
   前記制御信号を受信する制御端子を有する切り替え素子と、を有し、
   前記制御信号が、検出された前記電源電圧のそれぞれ異なる第１及び第２値に対して異なっており、
   前記検出された電源電圧の前記第１値が所望の出力電圧とは異なり、
   前記制御信号が、検出された前記電源電圧の前記第１値用の前記切り替え素子を切り替えるパルス列の形態になっていることを特徴とする入力電源電圧を検出し所望の出力電圧を供給する回路。
2. 前記所定時間が電源を入れるときであることを特徴とする請求項１記載の回路。
3. 前記所望の出力電圧が、ハード・ディスク・ドライブ内のモータと論理回路に電力を与えるのに使用されることを特徴とする請求項１記載の回路。
4. 前記検出された電源電圧の前記第１値が、前記検出された電源電圧の前記第２値未満であることを特徴とする請求項１記載の回路。
5. 前記検出された電源電圧の前記第２値が前記所望の出力電圧と等しく、
   前記制御信号が、前記電源電圧の前記第２値用固定レベルの形態になっていることを特徴とする請求項１記載の回路。
6. 前記固定レベルが前記切り替え素子をオン状態に保つことを特徴とする請求項５記載の回路。
7. 前記固定レベルが前記切り替え素子をオフ状態に保つことを特徴とする請求項５記載の回路。
8. さらに、制御端子を有する第２切り替え素子を有し、
   前記制御回路がさらに、検出された電源電圧に基づき第２制御信号を前記第２切り替え素子の前記制御端子に供給するように構成され、
   前記制御信号が、前記第２切り替え素子を、前記電源電圧の前記第１及び第２値の一方をオン状態に維持し、前記電源電圧の前記第１及び第２値の他方をオフ状態に維持することを特徴とする請求項１記載の回路。
9. さらに、制御端子を有する第３切り替え素子を有し、
   前記制御回路がさらに、検出された電源電圧に基づき第３制御信号を前記第３切り替え素子の前記制御端子に供給するよう構成され、
   前記第３制御信号が前記電源電圧の前記第１及び第２値の一方を目的に前記第３切り替え素子を切り替え、前記電源電圧の前記第１及び第２値の他方を目的に固定レベルを切り替えるパルス列であることを特徴とする請求項８記載の回路。
10. 請求項１の回路と、
    前記回路からの前記所望の出力電圧により電力を受けるモータ制御回路と、を有することを特徴とするハード・ディスク・ドライブ用チップセット。
11. 請求項１の回路と、
    磁気ディスクと、
    前記ディスクに接続され、電力の適用直後に前記ディスクを回転させるスピンドル・モータと、
    前記ディスクに対してデータの読み取りと書き込みを行うヘッドと、
    電力の適用直後に前記ディスクを横切って前記ヘッドを移動させるように接続されたヘッド・モータと、
    前記スピンドル・モータと前記ヘッド・モータに対する電力の適用を制御するように前記スピンドル・モータと前記ヘッド・モータに接続されたモータ制御回路と、を有し、
    前記スピンドル・モータ、ヘッド・モータ及びモータ制御回路の少なくとも一つが前記回路から供給された電力を受けることを特徴とするハード・ディスク・ドライブ。
12. 少なくとも所定時間に入力ノードでの電源電圧を検出し、検出された電源電圧に基づき電圧表示信号を供給するように構成された電圧検出回路と、
    検出された前記電源電圧を異なる所望の出力電圧に変換し、前記異なる電圧を出力ノード上に供給するよう前記入力ノードと出力ノードに接続された少なくとも一つのＤＣ−ＤＣ変換回路と、
    検出された前記電源電圧に応じて前記ＤＣ−ＤＣ変換回路を制御するよう前記電圧検出回路と前記ＤＣ−ＤＣ変換回路に接続された制御回路と、
    を有することを特徴とするハード・ディスク・ドライブに電力を供給する回路。
13. 少なくとも所定時間に入力ノードでの電源電圧を検出し、検出された電源電圧に基づき電圧表示信号を供給するよう構成された電圧検出回路と、
    検出された前記電源電圧を異なる所望の出力電圧に変換し、前記異なる電圧を出力ノード上に供給するよう前記入力ノードと出力ノードに接続された少なくとも一つのＤＣ−ＤＣ変換回路と、
    前記入力ノードと前記出力ノードの間の切り替え可能な通過路と、
    前記電圧検出回路、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路及び前記切り替え可能通過路に接続された制御回路と、を有し、
    前記電源電圧が前記所望の出力電圧とは異なることを前記電圧表示信号が示すと、前記制御回路が前記ＤＣ−ＤＣ変換回路に前記異なる電圧を前記出力ノードに供給できるようにし、且つ前記通過路が前記電源電圧を前記出力ノードへ流れないよう防止し、
    前記電源電圧が前記所望の出力電圧と等しいことを前記電圧表示信号が示すと、前記制御回路が、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が前記異なる電圧を前記出力ノードに供給するのを防止し、且つ前記通過路が前記電源電圧を前記出力ノードに渡せるように、前記制御回路が前記ＤＣ−ＤＣ変換回路と前記切り替え可能通過路を制御することを特徴とするハード・ディスク・ドライブに電力を供給する回路。
14. 前記所望の出力電圧が前記入力ノードで検出された前記電圧を超えることを特徴とする請求項１３記載の回路。
15. 前記所望の出力電圧が前記入力ノードで検出された前記電圧未満であることを特徴とする請求項１３記載の回路。
16. 前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が切り替えレギュレータであることを特徴とする請求項１３記載の回路。
17. 前記制御回路が、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路を作動不能にすることにより、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が前記異なる電圧を前記出力ノードに供給するのを阻止することを特徴とする請求項１３記載の回路。
18. 前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が、前記通過路に位置する切り替え素子をも含むことを特徴とする請求項１３記載の回路。
19. 磁気ディスクと、
    前記ディスクに接続され、電力の適用直後に前記ディスクを回転させるスピンドル・モータと、
    前記ディスクに対してデータの読み取り書き込みをするヘッドと、
    電力の適用直後に前記ディスクを横切って前記ヘッドを移動させるように接続されたヘッド・モータと、
    前記スピンドル・モータと前記ヘッド・モータへの電力の適用を制御するように前記スピンドル・モータと前記ヘッド・モータに接続されたモータ制御回路と、を有し、
    電源への２ピン接続を介して単独で電源に接続する配電回路が、前記接続が電圧供給ノードとアース・ノードの間に電源電圧を提供し、
    少なくとも所定時間に前記電源電圧を検出し、検出された電源電圧に基づき電圧表示信号を供給するよう構成された電圧検出回路と、
    検出された前記電源電圧を異なる所望の出力電圧に変換し、前記異なる電圧を前記出力ノード上に供給するよう前記電源電圧ノードと出力ノードに接続された少なくとも一つのＤＣ−ＤＣ変換回路と、
    検出された前記電源電圧に応じて前記ＤＣ−ＤＣ変換回路を制御するように前記電圧検出回路と前記ＤＣ−ＤＣ変換回路に結合された制御回路と、を含むことを特徴とするハード・ディスク・ドライブ。
20. 前記電圧供給ノードが５Ｖであり、
    前記ハード・ディスク・ドライブの少なくとも一つの構成要素が５Ｖを超える電圧を必要とし、
    前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が、５Ｖをそれより高い電圧へと変換する切り替えレギュレータを含むことを特徴とする請求項１９記載の回路。
21. 前記電圧供給ノードが１２Ｖであり、
    前記ハード・ディスク・ドライブの構成要素が１２Ｖ未満の所定電圧値を超える電圧を必要とせず、
    前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が、１２Ｖを１２Ｖ未満の電圧に変換する切り替えレギュレータを含むことを特徴とする請求項１９記載の回路。
22. 前記電圧供給ノードが１２Ｖであり、
    前記ハード・ディスク・ドライブの構成要素が１２Ｖ未満の所定電圧を超える電圧を必要とせず、
    前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が、１２Ｖを１２Ｖ未満の電圧に変換するリニア・レギュレータを含むことを特徴とする請求項１９記載の回路。
    

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