KR100594253B1 - 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한디스크 드라이브 - Google Patents

적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한디스크 드라이브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스크 드라이브의 스핀들 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 최대 허용 소비 전력을 고려하여 스핀들 모터의 기동 전류를 제어하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브에 관한 것이다.
본 발명에 의한 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법은 디스크 드라이브의 스핀들 모터 기동 제어 방법에 있어서, (a) 공급되는 전원 전압을 측정하는 단계, (b) 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류를 계산하는 단계 및 (c) 상기 단계(b)에서 계산된 최대 전류를 스핀들 모터에 인가하여 상기 스핀들 모터를 기동시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

Description

적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브{Method for controlling adaptive spindle motor drive and disk drive using the same}
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 전기적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법의 흐름도이다.
본 발명은 디스크 드라이브의 스핀들 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 최대 허용 소비 전력을 고려하여 스핀들 모터의 기동 전류를 제어하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브에 관한 것이다.
본 발명과 관련되어 공개된 기술 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 1998-0014310 등이 있으며, 대한민국 공개특허공보 1998-0014310에는 디스크 드라이브의 스핀들 초기 구동 시에 과다 소비되는 전류로 인해 발생될 수 있는 전압 강하 문제에 대한 해결 방법이 제시되어 있다.
스핀들 모터를 사용하는 디스크 드라이브로는 하드 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD(Digital Versatile Disk) 드라이브 등이 있다.
일반적으로, 디스크 드라이브에 전원이 공급되면, 디스크 드라이브는 디스크를 회전시키기 위하여 스핀들 모터를 구동시키기 위한 초기 모드를 실행한다. 그런데, 정지되어 있는 디스크를 회전시켜 목표 속도까지 빠르게 도달하기 위해서는 매우 많은 소비 전력을 필요로 한다.
이에 따라서, 최대 사용 전력의 범위 내에서 스핀들 모터로 가능한 최대 전류를 공급하도록 설계할 필요가 있다.
그런데, 종래의 기술에 따르면 최대 사용 전력이 최대 사용 전압에 의하여 제한되고, 이에 따라서 스핀들 모터에 인가되는 최대 사용 전류도 최대 사용 전압을 기준으로 제한되었다.
예를 들어, 디스크 드라이브가 5V 단일 전원을 사용하고, 허용되는 전원 전압 Vpwr의 범위가 4.75V ∼5.25V 이고, 사용 가능한 최대 전력 Pmax이 5W로 설계되었다고 가정하자.
그러면, 최대 사용 전류는 최대 허용 전원 전압 5.25V를 기준으로 결정됨으로 최대 사용 전류 Imax는 수학식 1과 같이 계산된다.
Imax = Pmax / Vpwr
= 5W / 5.25V = 0.95A
위의 최대 사용 전류 중에서 스핀들 모터 이외의 회로에서 사용되는 PCB 전류를 뺀 값이 스핀들 모터의 기동 전류로 결정된다.
그런데, 만일 전원 전압 Vpwr이 허용 범위 내에서 낮아지더라도 스핀들 모터의 기동 전류는 최대 사용 전압(5.25V)을 기준으로 제한되어 스핀들 모터의 기동에 더 많은 전류를 사용할 수 있음에도 불구하고 고정된 전류를 사용함으로써 스핀들 모터가 목표 속도까지 도달되는데 걸리는 시간이 늘어나는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 디스크 드라이브에 공급되는 전원 전압이 가변되더라도 허용 가능한 최대 소비 전력의 범위 내에서 스핀들 모터에 공급되는 기동 전류를 최적의 조건으로 가변시키기 위한 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법은 디스크 드라이브의 스핀들 모터 기동 제어 방법에 있어서, (a) 공급되는 전원 전압을 측정하는 단계, (b) 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류를 계산하는 단계 및 (c) 상기 단계(b)에서 계산된 최대 전류를 스핀들 모터에 인가하여 상기 스핀들 모터를 기동시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스크 드라이브는 정보를 저장하는 디스크, 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 소정의 전원 전압을 공급하는 전원 공급 회로, 상기 전원 공급 회로에서 공급되는 전원 전압을 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부, 상기 스핀들 모터 기동전에 상기 디지털 신호로 변환된 전원 전압을 입력하여, 전원 전압 값을 판단하고, 상기 판단된 전원 전압 값에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 상기 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류 값을 계산하는 컨트롤러 및 상기 컨트롤러에서 계산된 최대 전류 값에 상응하는 스핀들 모터 기동 전류를 생성시켜 상기 스핀들 모터에 인가하는 스핀들 드라이버를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 디스크 드라이브를 하드 디스크 드라이브로 한정하여 설명하고자 한다. 물론, 이로 인하여 본 발명에 적용되는 디스크 드라이브가 하드 디스크 드라이브로 한정되는 것이 아님은 당연한 사실이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브(10)의 구성을 보여준다. 하드 디스크 드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 자기 디스크(12)를 포함하고 있다. 하드 디스크 드라이브(10)는 디스크 표면(18)에 인접되게 위치한 변환기(16)를 또한 포함하고 있다.
변환기(16)는 각각의 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 변환기(16)는 각 디스크 표면(18)에 결합되어 있다. 비록 단일의 변환기(16)로 도시되어 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 변환기와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 변환기로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 변환기는 자기 저항(MR : Magneto-Resistive) 소자로부터 구성되어 진다. 변환기(16)는 통상적으로 헤드(Head)라 칭해지기도 한다.
변환기(16)는 슬라이더(20)에 통합되어 질 수 있다. 슬라이더(20)는 변환기(16)와 디스크 표면(18)사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 슬라이더(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(22)에 결합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 엑츄에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 엑츄에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 엑츄에이터 암(24)의 회전은 디스크 표면(18)을 가로질러 변환기(16)를 이동시킨다.
정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 일반적으로 복수의 섹터를 포함하고 있다. 각 섹터는 데이터 필드(data field)와 식별 필드(identification field)를 포함하고 있다. 식별 필드는 섹터 및 트랙(실린더)을 식별하는 그레이 코드(Gray code)로 구성되어 있다. 변환기(16)는 다른 트랙에 있는 정보를 읽거나 기록하기 위하여 디스크 표면(18)을 가로질러 이동된다.
도 2는 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 전기적인 회로를 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브는 PCB 어셈블리(210), 전원 공급 회로(220), 스핀들 모터(230), 변환기(240) 및 보이스 코일(250)을 구비한다.
위의 PCB 어셈블리(210)는 분압 회로(210-1), 아날로그/디지털 변환부(210-2), 컨트롤러(210-3), 메모리(210-4), 스핀들 드라이버(210-5), 프리 앰프(210-6), 기록/판독 채널 회로(210-7), 인터페이스 회로(210-8) 및 VCM 드라이버(210-9)로 구성된다.
메모리(210-4)에는 하드 디스크 드라이브를 제어하기 위한 각종 프로그램 및 데이터들이 저장되어 있으며, 물론 도 3의 흐름도를 실행시키기 위한 프로그램 및 데이터도 저장되어 있다.
프리 앰프(210-6)는 변환기(240)에서 감지된 신호를 증폭시키는 증폭 회로 및 변환기(240)에 최적의 리드 전류를 공급하기 위한 리드 전류 제어 회로로 구성되어 있다. 물론, 라이트 전류를 공급하기 위한 라이트 전류 제어 회로도 내장되어 있다.
전원 공급 회로(220)는 교류 전원을 입력하여, 교류 전원을 정류하여 하드 디스크 드라이브에서 필요로 하는 직류 전원을 생성시키는 회로이다.
우선, 일반적인 하드 디스크 드라이브의 동작을 설명하면 다음과 같다.
데이터 리드(Read) 모드에서, 하드 디스크 드라이브는 디스크로부터 변환기(240; 일명 헤드라 칭함)에 의하여 감지된 전기적인 신호를 프리 앰프(210-6)에서 신호 처리에 용이하도록 증폭시킨다. 그리고 나서, 기록/판독 채널 회로(210-7)에서는 증폭된 아날로그 신호를 호스트 기기(도면에 미도시)가 판독할 수 있는 디지털 신호로 부호화시키고, 스트림 데이터로 변환하여 인터페이스 회로(210-8)를 통하여 호스트 기기(도면에 미도시)로 전송한다.
데이터 라이트(Write) 모드에서, 하드 디스크 드라이브는 인터페이스 회로(210-8)를 통하여 호스트 기기로부터 입력받은 데이터를 기록/판독 채널 회로(210-7)에 의하여 기록 채널에 적합한 바이너리 데이터 스트림으로 변환시킨 후에 프리 앰프(210-6)에 의하여 증폭된 기록 전류를 변환기(240)를 통하여 디스크에 기록시킨다.
컨트롤러(210-3)는 디스크 드라이브를 총괄적으로 제어하며, 인터페이스 회로(210-8)를 통하여 수신되는 명령(command)을 분석하여 해당 명령을 실행하도록 제어한다. 그리고, 컨트롤러(210-3)는 보이스 코일(250)에 구동 전류를 공급하는 VCM 드라이버(210-9)에 또한 결합되어 있으며, VCM의 여기 및 변환기(250)의 움직임을 제어하기 위하여 VCM 드라이버(210-9)로 제어신호를 공급한다.
전원 전압(Vpwr)이 PCB 어셈블리(210)에 공급되면, 전원 전압(Vpwr)은 분압 회로(210-1)에서 분압된 후에 아날로그/디지털 변환부(210-2)에 의하여 디지털 신호로 변환되어 컨트롤러(210-3)에 인가된다. 위의 분압 회로(210-1)를 삭제할 수도 있다.
그러면, 컨트롤러(210-3)는 스핀들 모터(230) 기동전에 디지털 신호로 변환된 전원 전압에 의하여 전원 전압 값을 판단하고, 판단된 전원 전압 값에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 스핀들 모터(230)에 공급 가능한 최대 전류 값을 다음과 같이 계산한다.
우선, 판단된 전원 전압 값으로부터 스핀들 모터(230) 기동전에 PCB 어셈블 리(220)에서 사용하는 총 PCB 전류 Ipcb를 계산한다.
PCB 전류 Ipcb는 일정 단위의 전원 전압 변화에 대하여 PCB 전류를 미리 측정하여 저장해 놓은 테이블로부터 산출할 수 있으며, 다른 방법으로는 시험적으로 구한 전원 전압 대비 PCB 전류 그래프로부터 근사적으로 구한 전원 전압의 함수로부터 산출할 수도 있다.
전원 인가 시의 하드 디스크 드라이브의 소비전력 P는 수학식 2와 같이 표현된다.
P = Ipcb * Vpwr + Ispm * Vpwr ≤ Pmax
수학식 2에서 소비전력 P는 전원 인가 시의 최대 허용 전력 Pmax와 같거나 작아야 한다. 따라서, 스핀들 모터의 기동 전류 Ispm는 수학식 3과 같이 제한된다.
Ispm = (Pmax - Ipcb * Vpwr)/Vpwr
따라서, 수학식 3을 만족하는 최대 Ispm을 계산하여 스핀들 모터(230)에 공급 가능한 최대 전류 값을 계산한다.
그러면, 스핀들 드라이버(210-5)는 컨트롤러(210-3)에서 계산된 최대 전류 값에 상응하는 스핀들 모터 구동 전류를 생성시켜 스핀들 모터(230)에 인가하여 스핀들 모터(230)를 기동시킨다.
다음으로, 도 3의 흐름도를 참조하여 본 발명에 의한 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
전원이 공급되면, 스핀들 모터(230) 기동전에 전원 공급 회로(220)로부터 인가되는 전원 전압 Vpwr을 측정한다(S301).
그리고 나서, 스핀들 모터(230) 기동전에 PCB 어셈블리(210)에서 사용하는 총 PCB 전류 Ipcb를 계산한다(S302).
PCB 전류 Ipcb는 시험적으로 구한 전원 전압 대비 PCB 전류 그래프로부터 근사적으로 구한 전원 전압의 함수로부터 계산해 낼 수 있으며, 다른 방법으로는 일정 단위의 전원 전압 변화에 대하여 PCB 전류를 미리 측정하여 저장해 놓은 테이블로부터 결정할 수도 있다.
다음으로, 최대 사용 가능 스핀들 모터 구동 전류 Ispm(max)를 위의 수학식 3으로부터 계산한다(S303).
다음으로, 단계303(S303)에서 구한 Ispm(max)에 상응하는 전류를 스핀들 드라이버(210-5)를 통해 스핀들 모터(230)에 인가하여 스핀들 모터(230)를 기동시킨다(S304).
이와 같은 방법에 의하여 하드 디스크 드라이브의 사용 전압이 최대 사용 전압보다 낮은 경우 스핀들 모터에 더 많은 기동 전류를 사용할 수 있게 된다. 스핀들 기동 전류가 커지면 스핀들 모터의 토크(torque)를 높일 수 있어 스핀들 모터가 목표 속도까지 도달되는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
한편 최근의 디스크 드라이브에는 스핀들 모터로 브러쉬리스(brushless) 모터를 채용하여 별도의 회전 검출 센서를 사용하지 않는다. 이로 인하여 스핀들 기동 시에 역기전력에 의한 회전 검출없이 적당한 시간 간격으로 여자(commutation) 를 하여 역기전력 검출 가능 속도까지 속도를 높이게 된다. 만약 이와 같은 방법에 의하여 역기전력 검출 가능 속도까지 속도를 높이지 못하면 재시도를 하게 되고, 재시도가 발생하면 스핀들 모터가 목표 속도가 도달되는데 걸리는 시간이 길어지게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 스핀들 기동 전류를 최대 허용 소비전력 범위 내에서 최대 값으로 높일 수 있게 되어 이러한 재시도 발생 가능성을 낮출 수 있게 된다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디스크 드라이브의 최대 허용 소비 전력을 고려하여 공급 전원 전압에 따라서 스핀들 모터의 사용 가능한 최대 기동 전류를 계산하여 스핀들 모터를 기동시킴으로써, 스핀들 모터가 목표 속도에 도달되는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (11)

  1. 디스크 드라이브의 스핀들 모터 기동 제어 방법에 있어서,
    (a) 공급되는 전원 전압을 측정하는 단계;
    (b) 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류를 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 단계(b)에서 계산된 최대 전류를 스핀들 모터에 인가하여 상기 스핀들 모터를 기동시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(b)는
    (b1) 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압으로부터 스핀들 모터 이외에서 소비되는 전력인 PCB 소비 전력 값을 산출하는 단계; 및
    (b2) 상기 최대 허용 전력 값에서 상기 PCB 소비 전력 값을 뺀 소비 전력 값 을 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압 값으로 나눈 값으로 스핀들 모터 기동 전류 값을 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계(b1)는
    (b11) 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압으로부터 스핀들 모터 이외에 공급되는 PCB 전류를 산출하는 단계; 및
    (b12) 상기 단계(b11)에서 산출된 PCB 전류에 상기 단계(a)에서 측정된 전원 전압을 곱하여 PCB 소비 전력 값을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 PCB 전류는 일정 단위의 전원 전압 변화에 대하여 PCB 전류를 미리 측정하여 저장해 놓은 테이블로부터 산출함을 특징으로 하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 PCB 전류는 시험적으로 구한 전원 전압 대비 PCB 전류 그래프로부터 근사적으로 구한 전원 전압의 함수로부터 산출함을 특징으로 하는 적응적 스핀들 모터 기동 제어 방법.
  6. 디스크 드라이브에 있어서,
    정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    소정의 전원 전압을 공급하는 전원 공급 회로;
    상기 전원 공급 회로에서 공급되는 전원 전압을 디지털 신호로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부;
    상기 스핀들 모터 기동전에 상기 디지털 신호로 변환된 전원 전압을 입력하여, 전원 전압 값을 판단하고, 상기 판단된 전원 전압 값에 상응하여 최대 허용 전력 이내에서 상기 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류 값을 계산하는 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러에서 계산된 최대 전류 값에 상응하는 스핀들 모터 기동 전류를 생성시켜 상기 스핀들 모터에 인가하는 스핀들 드라이버를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전원 공급 회로와 상기 아날로그/디지털 변환부 사이에 분압 회로를 삽입함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  8. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러는
    상기 판단된 전원 전압으로부터 스핀들 모터 이외에서 소비되는 전력인 PCB 소비 전력 값을 산출하고, 상기 최대 허용 전력 값에서 상기 PCB 소비 전력 값을 뺀 소비 전력 값을 상기 판단된 전원 전압 값으로 나눈 값으로 상기 스핀들 모터에 공급 가능한 최대 전류 값을 결정함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 PCB 소비 전력 값은 상기 판단된 전원 전압으로부터 스핀들 모터 이외에 공급되는 PCB 전류를 산출하고, 상기 산출된 PCB 전류에 상기 판단된 전원 전압을 곱하여 PCB 소비 전력 값을 산출함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 PCB 전류는 일정 단위의 전원 전압 변화에 대하여 PCB 전류를 미리 측정하여 저장해 놓은 테이블로부터 산출함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  11. 제9항에 있어서, 상기 PCB 전류는 시험적으로 구한 전원 전압 대비 PCB 전류 그래프로부터 근사적으로 구한 전원 전압의 함수로부터 산출함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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