KR100279121B1 - 스핀들모터제어방법및장치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

스핀들모터의 회전속도 제어 기술

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

소형 모터를 사용함에 있어서, 안정적으로 모터 토크를 크게 하고, 특히 슬림형 광디스크 드라이브에 있어서, 스핀들모터의 목표 회전속도에 도달하는 시간을 단축시킨다.

다. 그 발명의 해결방법의 요지

모터에 큰 토크가 요구된다고 판단되는 시기를 미리 설정하여 그러한 경우에 모터에 인가하는 PWM신호의 이득(gain)을 크게 한다.

라. 발명의 중요한 용도:

스핀들모터의 회전속도를 제어하는데 중요히 적용된다.

Description

스핀들모터 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING ROTATION SPEED OF SPINDLE MOTOR}

본 발명은 직류 모터 제어 방식에 관한 것으로, 특히 슬림형 광디스크 드라이브(이하 드라이브라 함)에 적용되는 스핀들모터 회전 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

오늘날 직류 모터(이하 모터라 함)는 산업, 사무, 가정용의 전반적인 기계 장치에 널리 사용되고 있으며, 산업 기술이 점차 장치의 소형화를 추구하는 관계로 소형 직류 모터의 사용이 증가하고 있다.

소형 모터를 사용하려는데 있어서, 정밀한 작업을 요구하는 장치일수록 모터의 회전 속도를 제어하는 작업이 중요해지며, 또한 소형 모터를 이용하는 장치는 비교적 소형이며 적은 전원으로 구동되게 구성됨에 따라, 특히 배터리 전원으로 구동되는 장치는 전원의 손실을 최소화하기 위해, 모터의 구동에 필요한 전력을 최소화하고자 한다.

상기와 같은 요구를 충족시키기 위해, 최근의 소형 직류 모터의 회전 제어에는 PWM방식이 많이 적용되고 있다. PWM방식은 스위칭제어방식으로 모터의 회전수를 검출하여 목표하는 회전수에 도달하도록, 모터에 인가하는 직류 전원 펄스폭의 듀티사이클(duty-cycle: 펄스폭의 하이와 로우 상태 비율)을 조절하는 방식이다.

한편, 상기한 방식을 사용하여 소형 모터를 구동시킴에 있어서, 가장 문제가 되는 것은 모터의 토크(torque)가 작다는 것이다. 모터의 토크는 구동 전원을 많이 공급해 주는 것으로 크게될 수 있으나, 상기한 바와 같이 전원이 불필요하게 낭비될 수 있는 문제가 있고, 또한 모터를 사용하는 장치가 정밀한 장치일수록, 과전류에 의해 내부 IC 등에 무리가 일어날 수 있는 소지가 커진다. 따라서 전류를 불필요하게 낭비하지 않고, 내부 칩등에 무리를 가하지 않는 범위내에서 적당한 전원으로 모터를 구동하게 된다.

일 예로, 노트북(notebook)컴퓨터에서 사용되는 슬림(slim)형 광디스크 드라이브를들어보면, 광디스크의 회전에 사용되는 스핀들모터는 브러시리스(brushless)형이며, 슬림형 드라이브는 5V, 1.2A의 단일 전원을 사용하고 있음에 따라 토크(torque)가 작다.

그런데, 이러한 드라이브에 적절한 단일 전원으로 설정된 PWM방식으로 제어를 하면, 초기 구동시나 모터의 회전속도를 변경할 때, 즉 모터 토크가 많이 필요한 경우에, 모터 토크의 부족으로 목표하는 회전속도에 도달하는 시간이 길어지게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 소형 모터를 사용함에 있어서, 안정적으로 모터 토크를 크게 할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

따라서 본 발명의 목적은 슬림형 광디스크 드라이브에 있어서, 스핀들모터의 목표 회전속도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있는 모터 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모터에 큰 토크가 요구된다고 판단되는 시기를 미리 설정하여 그러한 경우에 모터에 인가하는 PWM신호의 이득(gain)을 크게함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들모터 제어가 적용되는 일 광디스크 드라이브의 개략적인 블록 구성도

도 2는 본 발명의 스핀들모터 제어와 종래의 스핀들모터 제어에 따른 스핀들모터 회전속도 안정화의 비교 그래프

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 이득 설정 단계 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들모터 제어가 적용되는 일 광디스크 드라이브의 개략적인 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 광디스크 드라이브는 광픽업 14에 의해 광디스크 10에 기록된 정보가 재생된다.

광픽업 14는 스핀들모터 12에 의해 회전되는 광디스크 10의 데이터 기록면에 기록되어 있는 정보를 광학적으로 픽업하여 이를 전기적 신호인 고주파(RF)신호로 변환하여 RF증폭부 20으로 인가한다. 광픽업 14는 이송모터 26에 의해 지지되며, 광디스크 10의 내곽과 외곽 방향으로 이동 가능하게 된다. RF증폭부 20은 광픽업 14로부터 인가되는 RF신호를 증폭하고 증폭된 신호의 잡음 및 왜곡을 파형등화 회로에 의해 제거하고 파형정형된 RF신호를 DSP 30에 인가한다. 그리고 RF증폭부 20은 포커스서보 및 트래킹서보를 위한 신호들, 즉 포커스에러신호(FE; Focus Error signal)와, 트래킹에러신호(TE; Tracking Error signal)를 서보신호처리부 22로 인가한다. 서보신호처리부 22는 상기 포커스에러신호 및 트래킹에러신호에 의거하여 포커스서보를 위한 제어신호와, 트래킹서보를 위한 제어신호 등을 서보구동부 24로 출력한다. 서보구동부 24는 상기 서보신호처리부에서 인가되는 각종 제어신호에 의거하여 광픽업 14, 및 이송모터 26으로. 트래킹서보 및 포커스서보의 수행을 위한 동작전원을 인가한다.

한편 DSP(Digital Signal Processor) 30은 상기 RF증폭부 20에서 인가되는 RF신호를 디코딩하고, 디코딩된 데이터의 에러 정정을 수행하여 이를 인터페이스부에 인가한다. 또한 DSP 30은 스핀들모터구동 제어신호 즉, PWM신호를 출력하는데 이는 본 발명의 특징에 따라 제공되는 이득설정부 50으로 인가된다. 이득설정부 50은 마이컴 40의 제어하에 PWM신호의 이득을 설정하여 이를 스핀들모터 구동부 28로 인가하여, 스핀들모터구동부 28이 스핀들모터 12를 구동하도록 제어한다. 인터페이스부 34는 개인용 컴퓨터 등과 같은 호스트컴퓨터와 드라이브 사이에 인가되는 각종 제어신호를 인터페이스를 하며 DSP 30을 통해 인가되는 데이터를 호스트컴퓨터로 출력한다. DRAM 36은 상기 인터페이스부 34의 전송 데이터 버퍼용 메모리로 사용되며, SRAM 32는 상기 DSP 30의 에러정정용 메모리로 사용된다.

마이컴 40은 각종 동작을 수행하기 위한 제어프로그램들이 저장된 롬(ROM)과, 각종 동작 수행에 요구되거나 동작 수행시 발생되는 각종 데이터를 일시 저장하기 위한 램(RAM)으로 구성되는 메모리 42와 연결되어, 드라이브의 전반적인 동작을 총괄적으로 제어한다.

한편 상기 메모리 42에 저장된 제어프로그램에는 본 발명의 특징에 따라 스핀들모터 12에 큰 토크가 요구된다고 판단되는 시기가 미리 설정되어져 있으며, 그러한 경우에 모터에 인가하는 PWM신호의 이득을 크게 하기 위한 제어신호를 이득설정부 50으로 인가하게 된다.

이를 보다 상세히 설명하기로 한다. 스핀들모터 12의 회전을 제어하기 위해서, 마이컴 40은 현재 스핀들모터 10의 회전속도를 알아야 하는데, 이를 위해 드라이브는 디스크 10에 기록된 정보에서 일정 간격으로 기록된 동기정보를 재생하며 재생된 동기신호를 이용하여 스핀들모터 12의 회전속도를 검출할 수도 있으며, 홀센서(hall-sensor) 등(도시되지 않음)과 같은 센서를 이용하여 회전속도를 검출할 수도 있다.

마이컴 40은 상기한 방식으로 스핀들모터 12의 회전속도를 검출하여, 현재 스핀들모터 12의 회전속도가 원하는 목표속도보다 느릴 때에는 PWM신호의 듀티를 크게 제어하고, 스핀들모터 12의 회전속도가 목표속도보다 빠를 때에는 PWM신호의 듀티를 작게 제어한다. 또한 본 발명의 특징에 따라 스핀들모터 12에 큰 토크가 필요하다고 판단되는 시기에 이득설정부 50으로 PWM신호의 이득을 크게 하는 제어신호를 출력한다.

스핀들모터 12에 큰 토크가 필요하다고 판단되는 시기는 초기 스핀들모터 12의 구동시나, 스핀들모터 12의 rpm을 변경하려는 시로 설정될 수 있다. 상기한 시기에는 포커스서보나 트래킹서보를 수행하지 않으므로, PWM신호의 이득이 커져도 회로에 별다른 무리를 주지 않는다.

이득설정부 50은 일반이득설정부 52와, 고이득설정부 54로 이루어져서, 보통의 경우에는 PWM신호의 이득을 일반이득설정부 52를 통해 종래에 인가하던 이득으로 설정하지만, 마이컴 40의 제어신호에 의해 스핀들모터 12에 큰 토크가 필요하다고 판단된 시기에는 고이득설정부 54를 통해 높은 PWM신호의 이득을 높은 이득으로 설정한다. 예를 들면, 통상 슬림형 광디스크 드라이브의 스핀들모터 12를 구동시키기 위한 PWM신호의 전압 레벨은 5V이며, 전류는 500mA인데, 고이득설정부 54에서는 전류를 800mA로 설정하게 된다.

한편, 상기한 구성에서는 이득설정부 50에서 이득을 설정하는 단계가 일반이득설정부 52와, 고이득설정부 54를 통한 두단계로 설정되지만, 다수 단계의 이득설정부로 구성할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성과 동작으로 스핀들모터 12의 회전속도를 제어하게 되는데 본 발명에 따른 회전제어와 종래의 회전제어를 도 2를 참조하여 비교하여 보기로 한다. 도 2는 본 발명의 스핀들모터 제어와 종래의 스핀들모터 제어에 따른 스핀들모터 회전속도 안정화의 비교 그래프이며, 현재 저배속의 rpm을 고배속으로 제어하는 동작 수행에 따른 그래프이다.

도 2에 실선 ①로 도시된 그래프가 본 발명에 따른 스핀들모터 12의 회전속도의 시간에 따른 변동의 그래프이며, 일점쇄선 ②로 도시된 그래프가 종래의 스핀들모터 12의 회전속도의 시간에 따른 변동의 그래프이다. 도시된 바와 같이 스핀들모터 12의 회전속도를 변경할 때 본 발명에서는 이득을 높게 하므로 종래보다 빨리 목표 rpm에 수렴함을 알 수 하게 된다. 도 2에는 본 발명에 따른 스핀들모터 12의 회전속도가 시간 t1에서 목표 rpm에 도달하는 것으로 도시되어 있는데, 스핀들모터 12의 회전속도가 목표 rpm에 도달하게 되면, 마이컴 40은 상기 이득설정부 50으로 제어신호를 인가하여 PWM신호가 일반이득설정 52를 통해 종래에 인가하던 이득으로 인가되도록 제어한다.

한편 상기한 본 발명의 일 실시예에서는 스핀들모터 12의 초기 구동시나, 배속 변경시에 고이득으로 PWM신호가 인가되도록 제어되는 것만 도시되었으나, 이외에도 스핀들모터 12의 회전에 큰 토크가 필요하다고 여겨지는 시기는 외부 진동이 심한 경우나 외부 전원이 변화하므로 rpm이 쉽게 변하는 시기도 설정할 수 있고, 그러한 시기에 고이득의 PWM신호가 인가되게 제어하도록 구성할 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 모터에 큰 토크가 요구된다고 판단되는 시기를 미리 설정하여 그러한 경우에 모터에 인가하는 PWM신호의 이득(gain)을 크게 하므로 소형 모터를 사용함에 있어서, 안정적으로 모터 토크를 크게 할 수 있고, 특히 슬림형 광디스크 드라이브에 있어서, 스핀들모터의 목표 회전속도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 스핀들모터의 회전속도를 검출하여 검출된 차이에 의거하여 듀티가 조절되는 펄스폭변조신호를 출력하는 광디스크 드라이브의 스핀들모터 회전 제어 방법에 있어서,

   상기 스핀들모터의 초기 구동시와 상기 스핀들모터의 배속 변경시인 상기 스핀들모터의 회전에 큰 토크가 필요하다고 판단되는 시기를 확인하는 과정과,

   상기 확인한 시기에 상기 펄스폭변조신호의 이득을 크게 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 회전 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 펄스폭변조신호의 이득을 크게 하는 과정은 적어도 둘 이상의 이득을 미리 설정해 두는 단계와, 상기 이득 중 상기 스핀들모터의 회전에 필요한 토크에 적절하다고 판단되는 이득으로 상기 펄스폭변조신호의 이득을 설정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 회전 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 광디스크 드라이브는 슬림형 광디스크 드라이브임을 특징으로 하는 회전 제어 방법.
4. 직류모터의 회전속도를 검출하여 검출된 차이에 의거하여 듀티가 조절되는 펄스폭변조신호를 출력하는 직류모터 회전 제어 장치에 있어서,

   상기 펄스폭변조신호의 이득을 적어도 둘 이상의 단계로 설정하는 이득설정부와,

   상기 스핀들모터의 초기 구동시와 상기 스핀들모터의 배속 변경시에 상기 직류모터의 회전에 요구되는 토크의 크기에 비례하여 상기 이득설정부가 상기 적어도 둘 이상의 단계 중 어느 한 단계로 상기 펄스폭변조신호의 이득을 설정하도록 제어신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 회전 제어 장치.

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