JP7242164B2 - シングル磁気記録型のハードディスクドライブ - Google Patents

Description

本発明は、ハードディスク装置等の電子機器に関する。

近年の電子機器では、所定の動作停止の操作を行うことなく電源を遮断しないよう求めるものが多くなっている。例えばハードディスク装置等では、記録指示を行ってもすぐにディスクに書き込まれるとは限らず、半導体メモリによるバッファが行われている。このためハードディスク装置等では、動作停止の操作を行わずに電源を遮断した場合に、半導体メモリ内の記録が失われ、結果として記録指示をしたはずのデータが喪失するということが発生し得る。このためハードディスク装置等では、電源遮断前には動作停止の操作を必ず行うよう求めているのが一般的である。

近年では電子機器内で行われる情報処理がますます高度化しているため、半導体メモリに保持されるデータ量も大きくなっており、動作停止の操作を行わずに電源を遮断することによるデータの喪失量が増大する可能性が懸念される。

また、ハードディスクドライブの情報の記録容量を増大させる技術の一つとして、例えば、記録媒体の円周内側から外側へと順次、隣接するデータトラックで一部を上書きしながら、板葺き屋根（shingle）のようにデータトラックを記録していくハードディスクドライブがある（以下、シングル磁気記録型のハードディスクドライブと呼ぶ）。このようなシングル磁気記録型のハードディスクドライブを用いる場合は、一般に、従来のシングル磁気記録型でないハードディスクドライブよりも、半導体メモリ内にバッファされるデータ量が大きくなっている。このため、所定の停止操作が行われないまま電源が遮断されると、それにより喪失するデータ量は従来のものに比べて大きくなってしまう。

特開２０１２－１００５１７号公報

一方、電源が不安定な環境（入力電圧が一定しないなどの環境）での使用を考慮して、電気二重層コンデンサを用いたバックアップ電源装置の例が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の技術では、電気二重層コンデンサを含んだ充電池部に充電する充電制御部を有しており、この充電制御部が、電気二重層コンデンサを急速充電し、その電圧が満充電の状態になると、出力制御部が負荷への電力供給を開始するようにしている。

このようなバックアップ電源により、所定の停止操作が行われずに電源が遮断されたときに、ハードディスクドライブ等への半導体メモリからの書き込みを完了するだけの電力が供給されることにより、データの喪失量がなるべく低減される、ということも考えられる。

しかしながら、上記従来の電気二重層コンデンサを用いたバックアップ電源では、例えば電子機器の電源投入時、電子機器の動作開始前に電気二重層コンデンサを充電することとすると、電子機器の起動が遅れてしまう。一方、電子機器の起動と並行して電気二重層コンデンサを充電することとすると、電子機器の電源容量を大きくせざるを得ず、一時的に大電流を要するうえ、電源部が大型化してしまう懸念もある。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、電源容量を増大させることなく、また起動の遅れを抑えて、電気二重層コンデンサ等のバックアップ電源を充電できる電子機器を提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決する本発明の電子機器は、外部からの電力供給を受けて機器へ電力を供給する電源部と、前記電源部が供給する電力により充電される充電器を有し、前記電源部からの電力供給が喪失したときに、機器に対して前記充電器から電力を供給する予備電源部と、前記電源部から前記予備電源部への電力供給を制御する充電制御部であって、電源投入後、所定の時間だけ遅延してから前記予備電源部への電力の供給を開始する遅延手段を有する充電制御部と、を含むこととしたものである。

これにより電子機器の起動を行ってから予備電源部への充電を開始でき、電源容量を増大させることなく、また起動の遅れを抑えて、予備電源部を充電できる。

また、本発明の一態様では、前記充電器は、電気二重層コンデンサを含んでもよい。また本発明の一態様では、前記遅延手段は、受動回路からなる。この受動回路は、ＲＣ回路であってもよい。さらに、前記機器は、シングル磁気記録型のハードディスクドライブを有してもよい。

本発明によると、電源容量を増大させることなく、また起動の遅れを抑えて、予備電源部を充電できる。

本発明の実施の形態に係る電子機器の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電子機器の電力供給部の構成例を表す回路図である。 本発明の実施の形態に係る電子機器の動作例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る電子機器における遅延部のもう一つの例を表す回路図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る電子機器１は、図１に例示するように、電力供給部１１と、機器部１２とを含んで構成されている。また電力供給部１１は、安定化電源部２０と、第１の整流部２１と、第２の整流部２２と、電流制限部２３と、バックアップ電源部２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２５と、遅延部２６とを含んで構成される。

機器部１２は、起動時（電源投入後から一定の時間）に比較的大きい電力を消費するが、その後は消費電力が（起動時よりも）低下する機器であるものとする。このような機器部１２としては例えば、起動時にスピンアップのために、電力消費が比較的大きくなるハードディスクドライブを含む機器がある。またこのハードディスクドライブは、シングル磁気記録型のハードディスクドライブであってもよい。

第１の整流部２１は、安定化電源部２０が供給する電流を受け入れて整流し、機器部１２へ電流を供給する。この安定化電源部２０と第１の整流部２１とが本発明の電源部として機能する。また第２の整流部２２は、安定化電源部２０が供給する電流を受け入れて整流し、電源制限部２３に電流を供給する。これら第１、第２の整流部２１，２２は、例えばショットキバリアダイオードまたはＭＯＳ－ＦＥＴ等のスイッチング素子を含んで構成され、電流制限部２３または機器部１２側から、電力供給側である安定化電源部２０への電流の逆流を阻止する。

電流制限部２３は、第２の整流部２２が供給する電流を、バックアップ電源部２４に伝達する。またこの電流制限部２３は、バックアップ電源部２４に供給する電流量（充電電流量）が過大にならないよう制限している。

バックアップ電源部２４は、例えば電気二重層コンデンサを含んで構成される、充電可能な電源である。ＤＣ／ＤＣコンバータ部２５は、バックアップ電源部２４が供給する電圧を制御して、予め定められた出力電圧の電源を、機器部１２に対して供給する。このＤＣ／ＤＣコンバータ部２５は、バックアップ電源部２４が供給する電圧が低下した場合にも、一定の出力電圧となるよう、昇圧を行うこととなる。本実施の形態では、バックアップ電源部２４が本発明の充電器に相当し、電流制限部２３及びＤＣ／ＤＣコンバータ部２５が予備電源部に相当する。

充電制御部としての遅延部２６は、電源投入（第２の整流部２２が電流の供給を開始した時点）から所定の時間だけ、電流制限部２３に対する第２の整流部２２からの電流供給を遅延させる。

図２は、本実施の形態の一例に係る電子機器１の電力供給部１１の例を表す回路図である。この例では、バックアップ電源部２４は電気二重層コンデンサを用いることとしている。

図２に例示するように、安定化電源部２０が供給する電流はＶin端子を介してこの電力供給部１１に入力される。また、安定化電源部２０，電力供給部１１，機器部１２の各部に共通する共通端子（ＧＮＤ）とＶin端子と間の電圧は、安定化電源部２０により５Ｖとなっている。

ショットキバリアダイオードＤ１は、第１の整流部２１に相当し、Ｖin端子側にそのアノード端子（Ａ）が接続され、電力供給部１１の出力（Ｖout）端子に、そのカソード端子（Ｋ）が接続されている。

ショットキバリアダイオードＤ２は、第２の整流部２２に相当し、Ｖin端子側にそのアノード端子（Ａ）が接続されている。このショットキバリアダイオードＤ２のカソード端子（Ｋ）には、直列に接続されたコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ２を介して、ＧＮＤに接続される。このコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ２が、受動回路としてのＲＣ回路で実現された遅延部２６に相当する。

また、ショトキバリアダイオードＤ２のカソード端子（Ｋ）は、ＰＮＰ型トランジスタＱ２のエミッタ端子に接続されるとともに、抵抗器Ｒ１を介してＰチャネルパワー電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１のソース端子Ｓ、及びトランジスタＱ２のベース端子Ｂに接続される。トランジスタＱ２のコレクタ端子Ｃは、遅延部２６を実現するコンデンサＣ１と抵抗器Ｒ２との間（中点）に接続され、また、トランジスタＱ１のゲート端子Ｇに接続されている。またトランジスタＱ１のドレイン端子Ｄは、バックアップ電源部２４の入力端子に接続される。これらトランジスタＱ１，Ｑ２、抵抗器Ｒ１が電流制限部２３として機能する。

遅延部２６として機能するコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ２からなるＲＣ回路は、コンデンサＣ１に電荷が蓄積されるまでの間、ショットキバリアダイオードＤ２が供給する電流を、コンデンサＣ１側に引き込む。このため、コンデンサＣ１に電荷が蓄積されるまでの間、トランジスタＱ１のゲート電圧が、トランジスタＱ１がオンとなる閾値以下に抑えられる。これにより電流制限部２３への電流供給が、電源投入（第２の整流部２２が電流の供給を開始した時点）から所定の時間だけ遅延される。この遅延時間は、コンデンサＣ１，抵抗器Ｒ２の定数を適宜設定することで調整する。

バックアップ電源部２４は、バランス抵抗（Ｒ３，Ｒ４）と、電気二重層コンデンサＥＤＣＬ（Ｃ２，Ｃ３）とを含んで構成される。このバランス抵抗Ｒ３，Ｒ４は直列に、電流制限部２３のトランジスタＱ１のドレイン端子ＤとＧＮＤとの間に接続される。また一対の電気二重層コンデンサＣ２，Ｃ３も直列に、電流制限部２３のトランジスタＱ１のドレイン端子ＤとＧＮＤとの間に接続される。さらにこのバランス抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点と、電気二重層コンデンサＣ２，Ｃ３の中点とは互いに接続される。なお、バランス抵抗により、電気二重層コンデンサの各セル間のバランスを調整することは広く知られた技術であるため、ここでの詳しい説明を省略する。

この電気二重層コンデンサＣ２（バランス抵抗Ｒ３）の、電流制限部２３のトランジスタＱ１のドレイン端子Ｄ側の接点が、バックアップ電源部２４の出力端子となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２５として機能する、スイッチングレギュレータＵ１の入力端子Ｖin（及び、チップイネーブル端子ＣＥ）に接続され、コンデンサＣ４を介してＧＮＤに接続される。このスイッチングレギュレータＵ１のＧＮＤ端子は、そのまま電力供給部１１のＧＮＤに接続される。また、バックアップ電源部２４の出力端子は、リアクタンスＬ１を介して、スイッチングレギュレータＵ１のスイッチング端子Ｌｘに接続される。

スイッチングレギュレータＵ１の出力端子Ｖoutは、キャパシタＣ５を介してＧＮＤに接続されるとともに、電力供給部１１の出力（Ｖout）端子に接続される。

このスイッチングレギュレータＵ１の周辺回路の構成及び定数は、利用するスイッチングレギュレータＵ１の種類によって適宜異ならせることができるが、スイッチングレギュレータＵ１の出力電圧が５Ｖ（電力供給部１１への入力電圧相当）となるようにしておく。

本実施の形態の電子機器１は、以上のような構成を有しており、次のように動作する。なお、以下の例では、機器部１２はシングル磁気記録型のハードディスクドライブを含むものとする。この場合、遅延部２６は、電源投入後、少なくともハードディスクドライブのスピンアップに要する時間だけ遅延してからバックアップ電源部２４への充電を開始するよう制御する。

具体的に遅延部２６がコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ２からなるＲＣ回路である場合は、これらコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ２の定数を、少なくともハードディスクドライブのスピンアップに要する時間だけ遅延するように設定する。

本実施の形態の例では、電源投入とともに第１の整流部２１が、安定化電源部２０から供給される電流を受け入れて整流し、機器部１２への電流供給を開始する。これにより機器部１２のハードディスクドライブがスピンアップを開始する。このスピンアップの間（図３のＴ１）、機器部１２の消費電流量Ｉ12は一時的に上昇する（図３（ａ））。

一方、第２の整流部２２も、安定化電源部２０が供給する電流を受け入れて整流するが、この第２の整流部２２が供給する電流は、遅延部２６の動作により、直ちに電流制限部２３に対して供給されることはなく、電源投入から、ハードディスクドライブのスピンアップに要する時間Ｔ１を超える時間Ｔ２の経過後、バックアップ電源部２４への電流供給が開始される（図３（ｂ））。なお、図３の例では、時間Ｔ２の経過後、すぐに充電電流が一定の電流量に達するように図示しているが、実際には、電流量は時間経過とともに徐々に上昇する。

電流制限部２３は、上記時間Ｔ２の経過後、供給する電流量（充電電流量）が過大にならないよう制限しつつ、バックアップ電源部２４に対して電流を供給する。この時点では、機器部１２の消費電流量Ｉ12は、スピンアップの期間に比べて低下している。

バックアップ電源部２４は、電流制限部２３からの電流供給を受けて充電を開始し、電源投入後、時間Ｔ２の経過した時点から、時間Ｔ３の時間で充電を完了する。この時間Ｔ３の期間では、バックアップ電源部２４への充電のため、安定化電源部２０が供給する電力は比較的大きくなるが、ハードディスクがスピンアップする期間を避けているので、電源容量を増大させる必要はない。

バックアップ電源部２４の充電中、またその充電完了後は、機器部１２は、第１の整流部２１を介して安定化電源部２０から供給される電源で動作する。

さらにバックアップ電源部２４の充電完了後に、電源が遮断されたときには、安定化電源部２０からの電力供給が停止されるので、バックアップ電源部２４に含まれる電気二重層コンデンサＣ２，Ｃ３が放電を開始する。

この電気二重層コンデンサＣ２，Ｃ３の放電により、バックアップ電源部２４がＤＣ／ＤＣコンバータ部２５を介して機器部１２に対して電源の供給を維持する。この間、電気二重層コンデンサＣ２，Ｃ３が供給する電源の電圧は時間とともに低下するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２５の働きにより、出力電圧が一定となるよう、昇圧される。

そしてこのバックアップ電源部２４からの電力供給により、機器部１２のハードディスクドライブは、バッファしていたデータをディスク内に書き込むこととする。このような動作は広く知られているので、詳しい説明を省略するが、これにより、データの損失機会を低減できる。

このように本実施の形態によると、機器部１２の消費電力が比較的大きくなる電源投入直後（起動時）からの一定の時間は、バックアップ電源部２４に対する充電を行わず、電源投入時から所定の時間だけ遅延してから充電を開始することで、機器部１２の消費電力が増大している期間と、充電により消費電力が増大する期間とが重なり合わないように制御する。これにより、電源容量を増大させずにバックアップ電源部２４への充電が可能となる。

［電源遮断時のリセット回路］
また、遅延部２６がコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ２からなるＲＣ回路である場合、遅延時間は、コンデンサＣ１への電荷蓄積に要する時間によって主に決定されるので、電源が遮断されたときには、このコンデンサＣ１に蓄積された電荷がなるべく迅速に逃がされることが好ましい。そのため、本実施の形態のある例では、図４に示すように、遅延部２６としてのコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ１の中点からＧＮＤ端子へダイオードＤ３が接続されてもよい。このダイオードＤ３は、そのカソード端子がコンデンサＣ１，抵抗器Ｒ１の中点に接続され、アノード端子がＧＮＤに接続されている。この遅延部２６の回路によれば、電源が遮断されると、このダイオードＤ３を介して、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が比較的迅速にＧＮＤに向けて流れることとなり、遅延部２６の遅延時間がリセットされる。

［遅延部の別の例］
また、本実施の形態のここまでの例では、遅延部２６が、受動素子のみを用いたＲＣ回路等で構成されるものとしていたが、本実施の形態はこれに限られない。例えば遅延部２６は、第１の整流部２１から機器部１２に供給される電流量を検出する電流センサと、制御部としてのマイクロコンピュータと、第２の整流部２２と電流制限部２３との間に接続され、第２の整流部２２から電流制限部２３への電流供給をオン／オフするスイッチ回路とを含んで構成されてもよい。

この場合、マイクロコンピュータは、その内部にあるメモリ、または外部のメモリに格納されたプログラムに従って動作し、電源が投入された後にスイッチ回路をオフとして第２の整流部２２から電流制限部２３への電流供給を停止しておき、その後、電流センサが検出する電流量が所定のしきい値を低下したときに、スイッチ回路をオンとして第２の整流部２２から電流制限部２３への電流供給を行わせるように制御してもよい。

１ 電子機器、１１ 電力供給部、１２ 機器部、２０ 安定化電源部、２１ 第１の整流部、２２ 第２の整流部、２３ 電流制限部、２４ バックアップ電源部、２５ ＤＣ／ＤＣコンバータ部、２６ 遅延部。

Claims (6)

1. 外部からの電力供給を受けて機器へ電力を供給する電源部と、
   前記電源部からの電力供給を受けて、当該供給される電力により充電される充電器を有し、前記電源部からの電力供給が喪失したときに、前記機器に対して前記充電器から電力を供給する予備電源部と、
   前記電源部から前記予備電源部への電力供給を制御する充電制御部であって、電源投入後、前記機器の消費電流量が上昇する一時的な期間の経過後に、前記予備電源部への電力の供給を開始する遅延手段を有する充電制御部と、
   を含むシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
2. 請求項１に記載のシングル磁気記録型のハードディスクドライブであって、
   前記予備電源部は、前記電源部からの電力供給が喪失したときに、前記機器に対して前記充電器から電力を供給してバッファしているデータのディスクへの書き込みを可能とする予備電源部であるシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
3. 請求項１または２記載のシングル磁気記録型のハードディスクドライブであって、
   前記充電制御部が備える遅延手段が、前記電源投入後、前記機器の消費電流量が上昇する一時的なスピンアップの期間を超える時間の経過後、消費電流量が前記スピンアップの期間に比べ低下している期間に、前記予備電源部への電力を供給して充電を行うシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のシングル磁気記録型のハードディスクドライブであって、
   前記充電器は、電気二重層コンデンサを含むシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のシングル磁気記録型のハードディスクドライブであって、
   前記遅延手段は、受動回路からなるシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
6. 請求項５に記載のシングル磁気記録型のハードディスクドライブであって、
   前記受動回路は、ＲＣ回路であるシングル磁気記録型のハードディスクドライブ。
   
   

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