KR19980703722A

KR19980703722A - 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동기

Info

Publication number: KR19980703722A
Application number: KR1019970707122A
Authority: KR
Inventors: 애쉬라프아이. 엘-사디
Original assignee: 앤드류크라이더; 퀀텀코포레이션
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-12-05
Also published as: CN1181849A; DE69736414D1; JPH11504200A; WO1997029540A1; AU2113597A; CA2215787A1; EP0820657A1; EP0820657B1; EP0820657A4; US5798623A

Abstract

다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동기

스위치 모드 사인파 구동 회로는 구동 전류를 선택적으로 dc 브러쉬리스 모터로 소오스 (source) 및 그로부터 싱크 (sink)한다. 신호 파형 모니터 회로(58)는 모터 위상 기준 신호를 낸다. 위상 클럭 발생기(102)는 모터-동기화된 클럭 신호를 제공한다. 위상 카운터(62)는 모터 클럭 신호에 의해 클러킹되며 위상 기준 신호에 의해 리세트된다. 모터 상태 디코더(116)은 위상 기준 신호에 근거하여 상태 제어 신호를 발생한다. 펄스 폭 변조 회로(84)는 모터를 회전시키기 위해 출력에 응답하여 위상 펄스를 발생한다.

Description

디스크 드라이브내의 직접 구동 스핀들 모터 (direct-drive spindle motor)로서 전자적으로 정류된 DC 브러쉬리스 영구 자석 모터를 사용하는 것은 공지되어 있다. 이들 모터는 일반적으로 디스크 스핀들 허브의 내부 구조물 부분을 이루는 회전하는 원통형 영구 자석 링과 대면하는 슬롯에 의해 분리되어 있는 적층 철심 고정자 극편을 갖는 고정된 원통형 고정자 구조를 가지고 있다. 각 극편은 그 주위에 감겨져 있는 권선 코일을 가지고 있으며 이 권선 코일은 모터 구동 회로로부터 스위치드 구동 전류를 수신한다. 영구 자석 링은 고정자 극편에 대면하는 교호하는 영구 자석의 N 및 S 극을 정의한다. 저지 또는 "코깅" 토오크 (detent or cogging torque)라는 결점은 영구 자석 회전자와 고정자 어셈블리간의 안정된 회전각 또는 위치에 의해 분명히 나타난다. 코깅 토오크를 경감시키기 위해서는, 홀수개의 극 및 슬롯이 디스크 드라이브 영구 자석 스핀들 모터 설계에서 종종 사용된다.

널리 사용되는 한 형태의 디스크 드라이브 스핀들 모터로는 소위 8극/9슬롯 스핀들 모터가 있다. 이 홀수 극/슬롯 배열은 다른 배열보다 선호되는데 그 이유는 코깅 토오크를 최소화하는 경향이 있기 때문이다. 예를 들면 크래포 (Crapo)에게 특허된 발명의 명칭이 "낮은 코깅 토오크를 갖는 디스크 드라이브 스핀들 모터" (Disc Drive Spindle Motor with Low Cogging Torque)인 미국 특허 제4,847,712호를 참조하기 바라며, 이는 참조로 여기에 포함하였다. 디스크 드라이브에서 헤드 액츄에이터를 위치시키는 것 등의 어떤 응용에서는, 정밀한 헤드 배치를 제공하기 위해 증분 배치 스텝 모터에 의해 제공된 저지를 사용한다. 그러나, 디스크 드라이브 스핀들의 경우, 안정된 위치는 통상의 정지 마찰력 이외에 정적 힘 (static force)을 극복해야만 한다. 모터 저지는 또한 모터 회전 동안에 불필요한 진동으로서 나타나기도 한다.

낮은 코깅 토오크는 디스크 스핀들 모터의 바람직한 특성이며, 이와 마찬가지로 동작 동안에 반경 방향의 알짜 힘 (net radial force)이 최소인 것도 바람직한 특성이다. 이것은 디스크 스핀들이 점차 증가하는 회전 속도로 회전하여 분당 1만 회전 (10,000 RPM)에 근접하거나 이를 초과하게 될 때 특히 그렇다. 회전 속도가 아주 높을 경우, 더욱 특이한 스핀들 베이링 시스템, 특히 유체 역학 베이링이 제안되고 있다. 이들 베어링은 불평형된 또는 반경 방향의 알짜힘에 민감하며 상기한 종래의 8극, 9 슬롯 스핀들 모터 설계로는 제대로 동작하지 않는데 그 이유는 반경 방향의 알짜힘으로 인해 기동시키기가 어렵고 베어링 시스템의 회전 동작 동안에 저널 베어링에서의 축 및 슬리이브의 마모로 불균일한 펌핑 및 편심 회전 (uneven pumping and eccentric rotation)을 일으킨다. DC 브러쉬리스 영구 자석 모터 설계를 개선한 것이 공동 양도되고 공동 계류중인 발명의 명칭이 "최소화된 반경 방향의 알짜힘 및 낮은 코깅 토오크를 갖는 고속 10극, 12 슬롯 DC 브러쉬리스 모터" (High Speed Ten Pole, Twelve Slot DC Brushless Motor with Minimized Net Radial Force and Low Cogging Torque)인 후앙 (Huang) 등이 1995년 11월 20일에 출원한 미국 특허 출원 제08/560,726호에 개시되어 있으며, 그의 개시 내용은 참고로 여기에 포함하였다.

스핀들 모터로부터의 노이즈를 경감시키는 것에 있어서의 또다른 개선이 공동 양도되고 공동 계류중인 발명의 명칭이 "오버몰드 코일 지지부를 갖는 모터" (Motor with Overmold Coil Support)인 비스코칠이 1995년 6월 15일에 출원한 미국 특허 출원 제08/490,962호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 참고로 여기에 포함하였다. 여기 참조한 특허 출원에 개시된 모터 설계는 진동 및 음향적 노이즈를 감소시키는데 상당한 개선을 나타내고 있지만, 이들은 단지 전기-기계적 문제만에 대한 것이며, 다른 방법들은 진동 및 음향 방출을 감소시키기 위하여 이들 모터의 코일에 인가되는 스위치드 DC 구동 신호를 정형화하는데 초점이 맞춰져 있다.

다상 DC 브러쉬리스 영구 자석 모터는 전기적인 관점에서 볼 때 일반적으로 사인파 AC 파형 여기에 의해 구동되지 않는 동기 교류(AC) 모터의 한 형태로 볼 수도 있다. 단가, 공간 및 전력 소모 요건들로 인해, DC 브러쉬리스 모터는 편의상 사인파형 구동 파형에 기껏해야 비슷한 불연속적이며 일반적으로 구형인 파형에 의해 구동되어 왔다. 구동 신호의 급격한 엣지 스위칭 스텝 함수는 열 손실(파형의 천이 엣지 동안에만 일어남)을 최소화시킨 디지털 스위칭 트랜지스터 구동기로 용이하게 발생된다.

스위치드 DC 구동 신호를 사용하게 되면 모터 권선 전류 및 전압의 변화율이 아주 크게 되어 소망의 사인파형 모터 여기 파형의 기본파보다 높은 주파수 성분을 갖는 권선과 상호 접속 리드 및 구동기 전자 회로로부터의 AC 전계의 방사가 일어나게 된다. 이러한 누설 AC 전계로 인해 전기 노이즈 및 전자기 방해(EMI)가 일어난다. 디스크 드라이브에서, 예를 들면 저레벨 판독 채널 플럭스 천이 센스 전치 증폭기는 DC 브러쉬리스 스핀들 모터에 물리적으로 근접하여 있을 수 있고, 그 결과의 전기 노이즈는 전치 증폭기 성능에 상당한 타격을 줄 수 있다. 게다가, 구동 전류가 사인파형으로 변하지 않고 모터 권선간에 급격하게 스위칭되는 경우, 고정자 철심 경로 및 권선에 발생된 모터 토오크가 가해지는 점이 급격히 변하게 되며, 이들 급격하게 변경된 힘은 고정자 변형 및 진동을 야기시켜 사용자가 일반적으로 근접하고 있는 특히 퍼스널 컴퓨터 또는 데스크 톱 사무 기계의 경우 아주 거슬리는 음향 노이즈가 생긴다. 여기에 참고로 포함시킨 공동 양도된 발명의 명칭이 "브러쉬리스 DC 스핀들 모터용 디지털-아날로그 구동기"인 오스왈드의 미국 특허 제5,210,474호는 EMI 및 모터 음향 방출 레벨을 경감시키기 위해 이전의 전기파 정형 문제를 어느 정도는 해결하였다. 오스왈드 특허는 예를 들면 디스크 드라이브의 3상 브러쉬리스 DC 스핀들 모터용 다상이며 일반적으로 사다리꼴인 여기 파형을 발생하는 구동기 회로를 개시하고 있다. 오스왈드 특허는 사인파형 구동 파형이 룩업 테이블 및 회로 변형예를 사용하여 발생될 수 있다는 것을 제안하고 있지만, 가격 효율적이거나 실용적인 회로 구현에 대해서는 상세히 기술하고 있지 않고 스위치드 사인파 여기를 사용하여 EMI 감소를 위한 어떤 해결책도 제안하지 못하였다. 본 발명은 EMI 문제를 해결하고 브러쉬리스 영구 자석 모터에 동시적인 속도 조절을 갖는 스위치드 사인파 모터 여기를 제공함으로써 오스왈드 특허에 상당한 개선을 나타내었다.

3상 사다리꼴 구동 파형을 발생하는 모터 구동 회로의 다른 일례는 참고로 여기에 포함한 요시노 (Yoshino) 등에 특허 허여된 발명의 명칭이 "모터 제어 회로 및 이를 사용한 모터 구동 시스템"인 미국 특허 제5,319,290호에 의해 제공된다.

순수 사인파 여기로 디스크 드라이브 스핀들 모터를 여기시키기 위한 테스트 발생기는 공지되어 있다. 그러나, 이러한 타입의 다상 사인파 구동기는 대형이며, 선형 모드로 고전력 레벨로 동작하는 증폭기를 포함하고 있으며, 그 결과 높은 평균 전류와 상당한 양의 열이 발산하게 된다. 이 선형 사인파 구동기는 그 결과 크게 되고 상당히 고가로만 구현된다. 이에 따라, 예를 들어 DC 전원 디스크 드라이브내에 포함시키기에는 실용적이지 못하다.

스위치 모드로 동작하는 사인파 구동기는 매력이 있는 대안을 제공하지만, 디지털 신호 처리기(DSP)를 이용하는 사인파 구동기는 디스크 드라이브 모터 구동기 단가를 증가시키고 디스크 드라이브 제어기로부터 부가적인 처리 시간이 필요하게 된다. 이와 같이, 음향 방출의 최소화를 달성하기 위하여 다상 DC 브러쉬리스 영구 자석 모터용 사인파 다상 구동 전류를 발생하기 위한 스위칭 구동기가 필요한 것은 지금까지 미해결된 채로 있으며, 이 구동기가 복잡하고 디스크 드라이브에 이미 포함되어 있는 공지된 장방형/사다리꼴 형상 스핀들 모터 구동기에 필요한 것보다 실질적으로 더 많은 비용이 들게 된다.

〈발명의 요약〉

본 발명의 일반적인 목적은 종래의 모터 구동기의 한계 및 결점을 극복하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치드 사인파 전력 구동기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 목적은 종래의 구동 신호에 응답하여 모터내에서 발생된 음향 노이즈 에너지를 상당히 감소시키고 어떤 EMI 문제도 발생시키지 않도록 스위치드 사인파 구동 전류로 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터를 동작시키기 위한 구동 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 동시적인 모터 속도 조절을 제공하기 위해 모터 속도 제어 루프로부터의 보상된 속도 에러값에 의해 변조된 에너지 레벨을 갖는 스위치드 사인파 구동 전류에 의해 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터에 전력을 공급하기 위한 구동 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전력을 소모하는 선형 증폭기로 구동 전류를 발생시킬 필요없이 스위치드 사인파 다상 구동 전류를 모터에 제공함으로써 종래의 사다리꼴 파형 구동기보다 향상된 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 구동 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또하나의 목적은 초대규모 디지털 집적 회로내에 포함시키기에 적합한 실용적인 스위치드 사인파 구동 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 광범위한 종류의 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터를 거의 정지 상태로부터 최대 모터 속도에 이르기까지 실질적으로 무제한적인 모터 동작 속도 범위로 구동하기위한 스위치드 사인파 구동 회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 축소 로직 스위치드 사인파 전력 구동기 (reduced-logic switched sine wave power driver)를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 하나의 펄스폭 변조 제어 구간내에서 구동기의 모터에의 동기화를 달성하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치드 사인파 구동기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 여러 가지 설계에 따라 여러 가지 공차 및 동작 조건을 갖는 광범위한 종류의 각가지 다상 모터를 구동하기 위한 디지털 변조를 발생하는 구동기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 동작 동안에 실질적으로 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0의 관계를 따르는 예를 들면 3상 (U,V,W) 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치드 사인파 구동기를 제공하는데 있다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터에 스위치 모드 사인파 구동 회로가 제공되어 있다. 이 모터는 실질적으로 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0에 따라 실질적으로 사인파형인 스위치드 구동 신호에 의해 구동되는 예를 들면 3상 또는 3 세트의 고정자 코일 U, V, W를 가지고 있다. 이 예에서, 모터를 제어된 각속도를 동작시키기 위하여 구동 회로는 전류원으로부터 3 세트의 고정자 코일의 선택된 조합을 통해 전류 리턴 (current reture)으로 실질적으로 사인파형인 스위치드 구동 전류에 따라 다상 구동 전류를 선택적으로 소오스(source) 및 싱크 (sink)하기 위한 다상 모터 구동기 브리지 회로 (polyphase motor driver bridge circuit)를 포함하고 있다. 신호 파형 모니터 회로는 고정자 코일 세트에 접속되어 그 양단에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 모터 위상 기준 신호를 출력한다. 위상 클럭 발생기는 모터 동기화된 클럭 신호를 제공한다. 위상 카운터는 모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되며 모터 위상 기준 신호에 의해 리세트되고, 동작 중에 모터의 각 회전 사이클내에 소정의 위상 구간을 카운트하여 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생한다. 모터 상태 디코더는 위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생한다. 사인파 로직 회로는 위상 카운터에 의해 어드레싱되어 다상 각각에 대한 디지털 다상 사인값을 출력한다. 다상 펄스폭 변조기 회로는 다상 사인값에 응답하여 사인값에 의해 제어된 듀티 사이클 기간(duty cycle duration)을 갖는 위상 펄스를 발생한다. 실질적으로 사인파형인 스위치드 구동 신호로 모터를 회전시키기 위하여 로직 디코더는 상태 제어 신호에 응답하여 위상 펄스를 위상 구동 펄스로 디코드하여 다상 모터 구동기 브리지 회로를 제어하기 위한 위상 구동 펄스를 공급한다.

본 발명의 이상의 측면의 일면으로서, 모터 속도 조절은 보상된 모터 속도 에러에 비례하는 클럭 레이트로 위상 펄스를 변조함으로써 제공된다. 부가적인 속도 조절 기능을 수행함에 있어서, 구동 회로내의 어떤 함수가 사용된다. 예를 들면, 신호 파형 모니터 회로는 전기 신호의 제로 교차점을 검출하여 신호를 내고, 구동 회로는 또한 다상 모터 구동기 브리지 회로에 의해 공급된 구동 전류를 감지 및 보유하기 위한 구동 전류 감지 회로, 각 모터 사이클 동안에 도달된 위상 카운터의 언더 카운트 및/또는 오버 카운트에 응답하여 모터 속도 에러값을 발생하는 속도 에러 디지털-아날로그 변환기, 모터 속도값으로부터 감지 및 보유된 구동 전류들의 차분을 구하여 전류 명령값을 발생하는 차분 증폭기, 및 보상된 전류 명령값을 보상된 디지털 에러 명령값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하고 있다. 구동 회로는 또한 모터 속도를 소정의 각속도로 유지 및 조절하기 위하여 디지털 에러 명령값으로 변조된 클럭킹 레이트로 다상 펄스폭 변조기 회로를 클럭킹함으로써 모터에 사인파 위상 구동 펄스 및 모터 속도 조절을 동시에 제공하는 프로그램가능한 듀티 사이클 클럭을 포함하고 있다.

본 발명의 관련된 측면에 있어서, 브러쉬리스 영구 자석 모터에 스위치드 사인파 구동 전류를 공급하여 회전시키기는 방법이 제공된다. 모터 제어 방법은,

신호 파형 모니터 회로로 복수의 모터 권선에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 각 모터 위상에 대한 위상 기준 신호를 출력하는 단계와,

복수의 위상 기준 신호에 응답하여 위상 클럭 발생기로부터 모터 동기화된 클럭 신호를 제공하는 단계와,

모터 클럭 신호로 위상 카운터 수단을 클럭킹하고 위상 기준 신호로 위상 카운터 수단을 리세트함으로써 소정의 모터 위상 구간을 결정하고 각 모터 위상 구간에 대한 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생하는 단계와,

위상 극성 신호에 응답하여 모터 상태 디코더 수단으로 상태 제어 신호를 발생하는 단계와,

위상 카운트로 어드레싱된 사인파 룩업 로직으로부터 각 모터 위상 구간에 대한 디지털 다상 사인값을 출력하는 단계와,

디지털 다상 사인값에 응답하여 다상 펄스폭 변조기로 사인값에 의해 제어된 듀티 사이클 기간을 갖는 위상 펄스를 발생하는 단계와,

상태 제어 신호에 응답하여 로직 디코더 수단으로 위상 펄스를 스위치드 위상 사인파 구동 펄스로 디코드하는 단계와,

모터에 스위치드 사인파 구동 전류를 공급하여 회전시키기 위하여 다상 모터 구동기 브리지 회로로 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 복수의 모터 권선에 구동 전류를 선택적으로 소오스 및 그로부터 싱크하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 잇점 및 특징들은 첨부된 도면과 관련한 양호한 실시예의 이하의 상세한 설명을 살펴보면 더욱 명확하게 이해될 것이다.

본 발명은 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터 (polyphase brushless permanent magnet motor)를 구동하기 위한 전자 회로에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 디스크 드라이브용 스핀들 모터 등의 브러쉬리스 영구 자석 모터를 구동하기 위한 스위치 모드 사인파 구동 회로 (switch mode sine wave driver circuit)에 관한 것으로서, 스위치드 포지티브 및 네거티브 사인파 여기 (switched positive and negative sine wave excitation)의 결과 모터로부터 방출되는 전기적 및 음향적 노이즈를 상당히 저하시키고 모터 속도의 동시적인 정밀 조절이 가능하게 된다.

도 1은 스핀들 모터 및 보이스 코일 액츄에이터 구동 회로내에 본 발명을 포함시킴으로써 성능이 향상되는 타입의 하드 디스크 드라이브의 간략화한 시스템 블록선도.

도 2는 본 발명의 구동 회로에 의해 동작되는 타입의 다상 브러쉬리스 영구 자석 스핀들 모터의 회전축을 따라 간략하게 도시한 구조의 개략 단면도.

도 3은 본 발명의 원리에 따라 3상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로의 전체 시스템 블록선도.

도 4는 도 3의 구동 회로의 위상 카운터 이하의 회로의 상세 블록선도.

도 5는 공통의 시간축선을 따라 배열된 아날로그 사인파 및 디지털 제어 펄스 그래프 및 본 발명의 원리에 따라 도 3의 3상 브러쉬리스 DC 모터의 3상 U, V, W 각각의 한 사이클을 나타낸 도면.

도 6은 도 3의 구동 회로의 동작 상태를 나타내는 3상 문턱값 및 극성표.

도 7은 도 3에 도시한 3상 H-브리지 전력 DMOS 구동 회로 및 모터 권선의 상세 블록선도.

도 8은 본 발명의 원리를 나타낸 것으로서, 도 7의 3상 모터의 3상 각각에 예를 들면 하나의 전 사이클에 걸쳐 15도 간격으로 인가된 스위치드 PWM 구동 신호를 나타낸 그래프.

도 9A 및 도 9B는 본 발명에 의해 가능케 되는 모터 속도 제어 조절 함수를 나타낸 파형도로서, 도 9A는 실제의 모터 속도가 기준을 넘는 경우의 속도 에러값 발생을 나타낸 도면이고, 도 9B는 실제의 모터 속도가 기준 이하인 경우의 속도 에러값 발생을 나타낸 도면임.

〈양호한 실시예의 상세한 설명〉

본 발명의 원리들이 종종 DC 브러쉬리스 모터라고 불리우는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터를 구동하는데 적용될 수 있지만, 현재 양호한 한 적용예는 도 1에 도시한 디스크 드라이브 아키텍쳐(10)의 스핀들 모터 및 보이스 코일 액츄에이터 구동기 주문형 반도체(ASIC)(12)에서 찾아볼 수 있다.

양호한 동작 환경을 보다 완벽하게 이해하기 위해서, 디스크 드라이브 아키텍쳐에 대해 간단히 설명한다. 디스크 드라이브 아키텍쳐(10)은 ASIC(12)에 의해 구동되며 베이스(21)에 대해 소정의 각속도로 적어도 하나의 데이터 저장 디스크(16)을 회전시키는 DC 브러쉬리스 스핀들 모터(14)를 포함하고 있다. 디스크(16)의 데이터 저장 표면에 근접하게 데이터 트랜스듀서를 지지하는 헤드 슬라이더(head slider)(18)는 로드 비임(load beam) 및 짐발(gimbal)(별도로 도시하지 않음)을 포함한 헤드 아암(head arm)(20)에 의해 회전 지지되어 있다. 헤드 아암(20)은 예를 들면 로터리 보이스 코일 액츄에이터 모터(rotary voice coil actuator motor)(22)에 의해 베이스(21) 및 디스크에 대해 회전한다. 스핀들 모터(14) 및 보이스 코일 액츄에이터 모터(22) 양자는 각각 전원/제어 경로(24, 26)을 거쳐 스핀들 모터 및 보이스 코일 액츄에이터 구동기 회로(12)에 의해 제어된다. 디스크 드라이브 아키텍쳐(10)은 또한 일반적으로 판독 전치 증폭기/기록 구동기(28), 판독/기록 채널 ASIC(30), 디스크 드라이브 제어기 ASIC(32), 및 사용자 데이터 블록의 임시 저장 및 내장된 디스크 드라이브 관리 마이크로콘트롤러(38)용 명령어의 저장을 위한 DRAM 버퍼 칩(34)도 포함하고 있다. 디스크 드라이브 제어기 ASIC(32)는 인터페이스 버스(36)을 거쳐 호스트 컴퓨팅 환경에 드라이브(10)을 접속시키기 위한 적당한 인터페이스를 나타내는 호스트 인터페이스 회로와, 판독/기록 채널(30) 및 판독 전치 증폭기/기록 구동기(28)을 거쳐 디스크(16)으로의 데이터 전송 및 그로부터의 데이터 전송을 처리하기 위한 데이터 시퀀서/관리자 회로 (data sequencer/manager circuit)와, 버퍼 메모리(34)에서의 어드레싱 및 리플레쉬 동작을 제어하기 위한 메모리 콘트롤러 (memory controller), 및 드라이브 마이크로프로세서(38)로의 인터페이스를 포함하고 있다. 사용자 데이터 경로는 일반적으로 끝에 화살표가 있는 굵은 선으로 표시되어 있으며, 이들 경로를 통해 사용자 데이터 블록이 제어된 방식으로 호스트와 디스크 저장 표면간에 전송될 수 있다. 마이크로프로세서 제어 버스(40)와 DRAM 메모리 어드레스, 리플레쉬 및 제어 버스(42) 등의 제어 라인은 가는 선으로 표시되어 있으며, 이들은 디스크 드라이브 아키텍쳐 전반에 걸쳐 제어 및 상태값을 전달한다.

도 2는 모터(14) 등의 대표적인 디스크 드라이브 다상 스핀들 모터의 단면 구조도를 나타낸 것이다. 이 특정 예에서, 모터(14)는 중심축(43), 축(43)에 탑재된 베어링 어셈블리 (bearing assembly)(44) 및 적어도 하나의 저장 디스크(16)이 회전을 위해 탑재되어 있는 디스크 허브 (disk hub)(45)를 포함하고 있다. 일반적으로 원통형인 고정자 코일 어셈블리(46)은 축(43)과 동심원으로 베이스(21)에 탑재되어 있다. 영구 자석 회전자(47)은 상자성 자속 복귀 링 (ferromagnetic flux return ring)(48)에 고정되어 있으며, 이 링은 디스크 허브(45)의 내부 원통벽에 고정되어 있다. 도시된 바와 같이, 모터(14)는 어떤 회전자 위치 홀-효과 위치 센서 (rotor position Hall-effect position sensor) 또는 다른 센서를 포함하고 있지 않으며, 이 예에서 이는 의도적으로 생략하였다. 2개의 고정자 코일이 도 2에 도시되어 있지만, 다수의고정자 극편 (stator pole piece) 및 코일이 있으며, 이 코일은 복귀 노드 결선 (return node connection)을 갖는 Y-결선된 3상 모터로 적절히 결선되어 있다는 것을 알아야 한다. 스핀들 모터(14)는 Y-결선된 3상 모터를 지지하는 4개의 전기 결선을 가지게 구성 및 결선되어 있다. 여러 가지 극-슬롯 배열이 모터(14)에서 사용될 수 있다. 현재 음향 방출을 줄일 수 있으면서 아주 높은 회전 속도를 제공하는 양호한 스핀들 모터 실시예로는 여기에 참조로 포함시킨 공동 계류중의 미국 특허 출원 제08/560,726호에 기술되어 있는 모터가 있다. 스핀들 모터 고정자는 예를 들면 상기한 공동 계류 중의 미국 특허 출원 제08/490,962호에서 개시되어 있는 바와 같이 음향 방출을 더욱 줄이기 위하여 캡슐화될 수도 있다.

이제, 도 3으로 가서, 스핀들 모터 구동 회로(50)이 센터탭 복귀 라인 CT 뿐만 아니라 권선 위상 PH_U, PH_V 및 PH_W를 갖는 3상 스핀들 모터(14)와 관련한 기능 블록들로 도시되어 있다. 스핀들 모터 구동 회로(50)은 범용 모터 구동기로서 사용하기 위한 독립적인 회로 칩일 수 있지만, 현재 모터 구동 회로(50)은 양호하게는 도 1의 디스크 드라이브(10)내의 스핀들 모터 및 보이스 코일 액츄에이터 구동기 ASIC(12)의 일부로서 포함되어 있다. 이와 같이, ASIC(12)는 드라이브 마이크로프로세서(38)의 전반적인 관리하에 있다. 초기의 스핀들 모터(14) 스핀-업 동작 동안에, 마이크로프로세서(38)은 모터(14)가 소정의 방향으로 스핀하기 시작하여 소정의 동작 속도에 이르기까지 가속되도록 하기 위해 스핀들 모터 초기 정지 위치를 결정하고 초기 스핀업 구동 파라메타를 계산하여 ASIC(12)에 가하는 일에 매달린다. 소망의 동작 속도에 도달하면, 이후에 설명하게 되는 속도 제어 루프(60)은 모터(14)의 속도를 자동적으로 조절하는 반면, 스위치드 사인파 구동 회로는 모터에 전원을 공급하기 위해 스위치드 사인파 구동을 발생하여 가하게 된다.

회로(50)은 모터 권선에 스위치드 사인파 에너지를 공급하는 3상 전파(각 모터 권선에 대한 소오스 및 싱크 스위치) 전력 DMOS 구동기 브리지 (three phase full-wave(source and sink switches for each motor windings) power DMOS driver bridge)(52)를 포함한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 브리지(52)는 3개의 전류 소오스 전력 FET(UH, VH 및 WH) 및 3개의 전류 싱크 전력 FET(UL, VL 및 WL)을 포함하고 있다. 3쌍의 FET가 있는데, 각 쌍은 3상 모터(14)의 3개의 모터 위상 U, V 또는 W의 각 상을 구동하기 위해 접속되어 있는 소오스 FET 및 싱크 FET를 포함하고 있다. 본 발명의 원리에 따라, 구동기 브리지(52)의 FET 트랜지스터들은 로직 디코더(54)에 의해 공급되는 스위치드 구동 펄스에 따라 모터(14)에 3상 사인파 구동 전류를 선택적으로 소오스 및 싱크한다. 구동기 브리지(52)는 모터(14)(도 3에 전기 회로 개략도 형식으로 도시됨)를 소정의 각속도로 동작시키기 위하여 고정자 코일의 스위치드 조합을 통해 전류원으로부터 전력을 소오스하며, 이와 마찬가지로 전류 리턴 (current return)으로 전류를 싱크한다. 으로직 디코더 회로(54) 및 구동기 브리지 회로(52)에 대해서는 보다 상세히 설명한다.

제로 교차점 검출 회로(56)은 모터의 공통 노드 CT에 관련한 모터(14)의 3상 U, V 및 W를 모니터하기 위해 접속되어 있다. 도 5에 도시된 3상 구동 전류를 조사함으로써, 360도의 각 모터 동작 사이클 동안에 각 파형은 동일하게 제로축과 교차함은 명백하다. 도 3으로 되돌아가서, 3개의 전압 비교기는 양호하게는 회로(56)에 (다른 펄스 게이팅 및 정형 회로와 함께) 포함되어 있다. 정상 동작 중에, 구동 회로(50)은 시간상으로 어떤 순간에라도 구동 신호들의 부호부 벡터 합(signed vector sum)이 공통 노드 CT(sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0 (공통 노드 CT))에 나타나는 제로 전압 기준 레벨과 같도록 3상 스위치드 사인파형 구동 전류를 모터 위상 U, V 및 W에 공급한다. 이와 같이, 공통 노드 CT는 비교기의 사용에 의해 각 제로 교차점을 결정하기 위해 각 위상 U, V 및 W와 비교되는 적당한 기준 레벨을 제공한다. 도 5의 그래프 E에 의해 도시한 바와 같이, 각 제로 교차점을 처리하여 제어 펄스를 제공한다. 이와 같이, 위상 U는 0도 및 360도에서 양의 방향으로 제로와 교차하고, 음의 방향으로는 180도에서 교차한다. 위상 V는 120도에서 양의 방향으로 제로와 교차하고, 음의 방향으로는 300도에서 교차한다. 위상 W는 240도에서 양의 방향으로 제로와 교차하고, 음의 방향으로는 60도에서 교차한다. 이들 6개의 교차점은 도 5의 그래프 A에서 중첩하는 U, V 및 W 사인파에 도시되어 있으며 그 결과 모터(14)의 1회전에 대해 도 5의 그래프 E의 6개의 제로 교차점 펄스가 생긴다.

제로 교차점 검출 회로(56)은 2가지의 중요하고도 분명한 목적을 만족시킨다. 첫 번째 목적은 모터 구동 회로(50)내의 모터 속도 조절 제어 루프(60)내에 있는 아날로그 전류 감지/샘플-홀드 회로(58)에 포지티브/네거티브 제로 교차점 제어 시퀀스(도 5의 그래프 E)를 제공하는 것이다. 속도 제어 루프는 또한 3개의 업-카운터(64, 66, 68)(도 4에 도시함)을 포함하는 위상 카운터 블록(62)도 포함하고 있다. 위상 카운터 블록(62)에 대해서는 도 4와 관련하여 이후에 보다 상세히 설명한다. 두 번째 목적은 위상 카운터 블록(62)내의 3개의 위상 카운터를 리세트시키기 위해 각 위상에 대한 포지티브 엣지 제로 교차점 (positive edge zero crossing)을 제공하는 것이다. 이들 포지티브 엣지 제로 교차점 펄스는 도 5에서 각각이 모터 위상 U, V, 및 W 포지티브 천이 엣지 제로 교차점에 대한 그래프 B, C 및 D로서 도시되어 있다.

이제 속도 조절 루프(60)의 구조 및 기능에 대해서 설명한다. 위상 카운터 블록(62)로부터의 3개의 하위 6비트 카운트 값들이 경로(70)을 거쳐 제공되어 블록(72)의 3개의 속도 에러 레지스터에 래치된다. 위상 카운터(62)는 모터의 생산 공정 동안 개별 모터내에 존재할 수도 있고 또는 서로 다른 모터 설계간에 있을 수 있는 설계 및 제조 공차를 조정하기 위하여 제로 교차점의 하강 엣지에서 리세트되지 않는다. 래치된 카운트 값은 그 다음에 아날로그 속도 에러 신호를 제공하기 위해 블록(72)내의 단일의 시간 멀티플렉스된 펄스폭 변조기에 디지털 값으로서 순차적으로 가해진다. 각 회전때마다의 이들 3개의 위상 신호들은 블록(72)에서 결합되고 평균을 낸 다음에 아날로그 동적 보상 블록 (analog dynamic compensation block) (74)로 보내진다. 동적 보상 블록(74)는 아날로그 속도 에러 신호에 루프 보상을 가하며, 보상된 신호는 차분 증폭기(76)에 플러스 입력(plus input)으로서 인가된다. 마이너스 입력은 전류 감지 샘플-홀드 회로(58)에 의해 제공되며, 그 결과의 차분은 전류 에러 명령값을 나타내며, 이 값은 블록(76)에서 보상된 다음에 아날로그-디지털 변환기(78)에서 5비트 디지털 제어 신호로 변환되어 프로그램가능한 클럭 분주기 회로(82)로의 경로(80)상에 보상된 전류 에러로서 출력된다.

클럭 분주기 회로(82)는 경로(80)상의 보상된 전류 에러에 비례하는 펄스폭 변조기 클럭 신호를 출력하며 이에 의해 블록(84)내의 펄스폭 변조 카운터에 의해 발생된 U, V 및 W 사인파 다음에 오는 펄스들의 가변하는 듀티 사이클을 트리밍 (trim)하게 된다. 모터(14)가 기준 속력 이하로 느린 경우에는, 이 상황은 루프(60)에 의해 검출되며, 경로(80)상의 보상된 전류 에러가 변조기 클럭(82)를 느리게 하여 모터를 구동하기 위해 인가되는 각 변조 펄스의 평균 듀티 사이클을 약간 길게 한다. 반면에, 모터(14)가 기준 속력 이상으로 되면, 전류 에러 각 변조 펄스의 평균 듀티 사이클을 감소시켜 더 적은 에너지가 모터(14)에 공급되어지며, 그의 각속도가 저하된다. 모터 속도 제어 루프(60)의 보다 상세한 내용 및 측면들에 대해서는 이후에 설명한다.

도 4로 돌아가서, 위상 카운터 블록(62)는 3개의 업-카운터(62U, 62V, 62W)를 포함하는 것으로 되어 있다. 각 상에 대해 하나씩 3개의 카운터를 제공함으로써, 특정 모터내에서의 어떤 위상 천이 공차도 처리될 수 있으며, 여기서 위상들은 정확히 120도(120 electrical degree) 떨어져 있지 않을 수도 있다. U 카운터(62U)는 위상 U 제로 교차점 신호에 의해 리세트되며, 경로(104)상에 존재하는 위상 클럭 신호에 의해 제어된 레이트로 디지털적으로 업방향으로 카운트 (counting digitally upwardly)하기 시작한다. 각 카운터는 양호하게는 적어도 11비트(0-9 데이터 비트와 1 극성 비트) 폭을 가지며, 따라서 최대 이진 카운트에 도달하기 이전에 2⁹(십진수 512)까지 카운트하는 능력을 가지고 있다. 카운터(62)는 최대 카운트에 도달하게 되면 넘어가지 않고 리세트 펄스(도 5의 그래프 B, C 또는 D)를 수신하기 바로 직전까지는 그의 카운트를 보유하며, 바로 그 때 카운트가 클리어된다. 리세트 펄스가 수신되면, 리세트 펄스를 수신하는 카운터는 경로(104)상의 위상 클럭 신호에 의해 고정된 클럭 레이트로 업-카운팅 (counting up)을 시작한다.

업-카운터(62U, 62V, 62W) 각각은 이 카운터들을 어떤 초기 극성 상태로 하기 위해 마이크로프로세서(38)에 의해 프리로드 (preload)되도록 되어 있다. 이러한 상태들은 모터(14)가 소망의 회전 방향으로 기동되어 초기에는 속도 제어 루프(60)에 효과적으로 우위에 서는 마이크로프로세서 직접 제어하에서 정류될 수 있게 된다. 스핀들 모터에서는, 코깅 토오크 (cogging torque)를 감소시키기 위하여 영구 자석 극과 고정자 슬롯간의 관계가 일정하지 않기 때문에, 고정자 슬롯 패턴에 대한 회전자의 초기 정지 위치 (initial, at-rest position)를 결정할 필요가 있다. 이 초기 결정은 모터를 회전시키기에 충분한 레벨 이하로 선택된 모터 권선쌍에 전류 명령을 인가함으로써 수행된다. 타이머가 기동되고, 전류 명령의 인가로부터 전압의 변화까지의 경과 시간을 제로 교차점 검출기 회로(56)내의 비교기에 의해 측정한다. 이 시간은 각 쌍에 대해 서로 다르며, 이 값들의 테이블이 마이크로프로세서 메모리내에 구성된다. 테이블이 완성되면, 고정자에 대한 회전자의 각도 위치가 결정되고, 적절한 구동 시퀀스가 발생되어 업-카운터(62U, 62V, 62W)로 로드된다. 그 다음에, 정류 시퀀스 (commutation sequence)가 시작되고, 모터(14)가 회전하기 시작한다. 모터 속도의 마이크로프로세서 직접 제어 (direct microprocessor control)는 모터(14)가 그의 소망의 동작 속도에 도달하게 될 때까지 계속될 수 있다.

경로(104)상의 위상 클럭 신호는 각 카운터가 각 위상 사이클에 대한 위상 증분(예를 들면 카운트 당 1.442(512/360)인 모터 회전 각도)을 카운트할 수 있도록 해주는 카운트 레이트로 각 카운트(62U, 62V, 62W)를 클럭킹하기 위해 인가된다. 이와 같이, 카운터(62U)는 도 5의 그래프 B의 리세트 펄스의 선두 엣지들간의 증분을 카운트하며, 카운터(62V)는 도 5의 그래프 C의 리세트 펄스의 선두 엣지들간의 증분을 카운트하고, 카운터(62W)는 도 5의 그래프 D의 선두 엣지들간의 증분을 카운트한다. 경로(104)상의 위상 클럭 신호는 시스템 클럭으로부터 도출된 것으로서 적어도 초기 스핀업 모터 동작 동안에는 예를 들면 마이크로프로세서(38)에 제어되는 위상 클럭 신호를 수신하는 시퀀서 클럭 디코더 회로(102)로부터 온 것이다. 이와 같이, 경로(104)상에 존재하는 위상 클럭 신호는 명령받은 모터 속도에 동기화되어 있다. 실제의 위상 클럭은 특정 스핀들 모터(14)의 극과 슬롯의 수 및 공칭 모터 속도에 따라 달라지며, 시퀀서 클럭 디코더(102)내의 위상 클럭 분주기 회로는 광범위한 서로 다른 스핀들 모터 구성을 수용하기 위하여 구동 마이크로프로세서(38)에 의해 프로그램될 수도 있다.

기하학적으로 모터와 정렬하고 있는 카운터(62U, 62V, 62W)로부터의 3개의 위상 카운트의 상위 6비트(비트 위치 4-9)는 테이블 룩업 시퀀서(88)로 전달된다. 테이블 룩업 시퀀서(88)의 기능의 하나로는 수신된 각 카운트를 보유하여 사인파 테이블 회로(92)를 어드레싱하기 위해 각 카운트를 매핑한다. 3개의 별도의 사인파 테이블이 필요없도록 하기 위해, 시퀀서(88)는 위상 정보를 동일 위상 클럭 주파수로 일정 클럭 구간내에서 위상 천이된 순차 정보로 변화시킨다. 테이블 룩업 시퀀서(88)은 시퀀서 클럭 디코더(102)에 의해 제공된 경로(106)상의 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 예를 들면 4로 분주한 위상 클럭과 같은 레이트로 동작한다. 테이블 룩업 시퀀서(88)은 그 다음에 각각의 위상 카운트를 선택하여 이를 사인파 룩업 테이블 로직(92)에 순차적으로 인가한다. 달리 말하면, 테이블 룩업 시퀀서(88)은 위상 카운트를 타임 슬라이스 (time slice)함으로써 각 타임 슬라이스로 사인파 테이블 로직(92)는 3개의 업-카운터(62U, 62V, 62W)로부터의 카운트를 디지털 사인값으로 변환시키게 된다.

사인파 테이블 로직(92)가 파형 극성 정보를 필요로 하지 않는 이유는 이후에 설명하는 다운스트림 데이터 선택 공정들에서 극성을 책임지고 있기 때문이다. 게다가, 사인파 테이블값들은 예를 들면 90도를 중심으로 대칭적이기 때문에, 테이블 룩업 시퀀서는 또한 카운터(62)로부터 들어오는 상위 6비트 카운트를 사인파 테이블 로직(92)를 어드레싱하기 위한 5비트로 축소시키는 데이터 축소기 (data reducer)로서 기능을 한다. 이와 같이, 각 위상의 90도에서 180도까지의 경사면에서 사인 테이블은 0도 내지 90도 경사면 사인 테이블의 보수 (complement)이며, 카운트 보수화 동작 (count complementing operation)은 테이블 룩업 시퀀서(88)내에서 수행된다. 따라서, 이 방식에서는 사인 테이블 로직을 각 위상 U, V, 및 W의 전 사이클의 1사분면(예를 들면 0 내지 90도)로 한정하는 것이 실용적이다.

일단 특정 위상 카운트에 대한 사인파가 검색되었으면, 이는 사인파 테이블 로직(92)의 바로 아래쪽에 있는 데이터 레지스터 블록(96)내의 3개의 사인 데이터 레지스터 중 적절한 레지스터내로 래치된다. 이들 데이터 레지스터는 이와같이 3개의 위상에 대한 5비트 사인값, 즉 U_DATA, V_DATA 및 W_DATA를 홀드한다. U_DATA는 직접 PWM 카운터 블록(84)로 이어지는 경로(108)상으로 출력되고, 경로(108)상의 U_DATA는 데이터 셀렉트 및 가산기(112) 및 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 블록(120)으로 들어간다. V_DATA는 경로(110)상으로 출력되어 데이터 셀렉트 및 가산기(112) 및 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 블록(120)으로 들어간다. W_DATA는 경로(118)상으로 출력되어 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 블록(120)으로 들어간다.

각 구동 위상의 전 사이클에 걸쳐 사인 테이블 로직 값을 사용하는 것이 실용적이기 때문에, 각 사인파에 대한 극성값을 제공할 필요가 있다. 편의상 위상 카운터(62U, 62V, 62W)의 상위 비트 위치가 3개의 극성 비트 POL U, POL V, 및 POL W를 제공한다. 도 5를 살펴보면, 각 상위 비트 위치는 각 위상 카운트의 음의 1/2 사이클에 대해서도 똑같다는 것은 명백하다. 이들 극성 비트는 카운터(62U, 62V, 62W)로부터의 카운트의 위상 상태를 예를 들면 모터 1회전내의 예를 들면 60도 증분을 나타내는 6개의 위상으로 디코드하는 상태 디코더(116)에 인가된다. 이들 위상 상태는 도 8의 그래프 A로 나타내어져 있으며 도 6을 참조하면 이해될 것이다.

도 6은 상태 디코더(116)의 동작을 설명하는 문턱값 및 극성 테이블이다. 상태 디코더(116)은 버스(114)를 거쳐 제어값을 데이터 셀렉트 및 가산기 회로(112)와 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 회로(120)에 출력한다. 이들 값 중 첫 번째 것은 U_DATA를 V_DATA에 가산할지 또는 V_DATA를 데이터 셀렉트 및 가신기 회로(112)를 통해 직접 통과시킬지를 결정한다. 데이터 셀렉트 및 가산기 회로(112)의 출력은 "B_DATA"이며, 이는 경로(122)를 거쳐 PWM 카운터(84)로 들어간다. 다른 2개의 값은 U_DATA를 W_DATA에 가산할지 또는 V_DATA를 W_DATA에 가산할지 또는 W_DATA를 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 회로(120)을 통해 직접 통과시킬지를 결정한다. 데이터 셀렉트-멀티플렉서-가산기 회로(120)의 출력은 "C_DATA"이며, 이는 경로(124)를 통해 PWM 카운터(84)로 들어간다. 경로(114)를 거쳐 가산을 신호한 경우에는, 그 결과의 합은 6비트 폭이며, 이 경우 6비트 값이 경로(122)상의 B_DATA 또는 경로(124)상의 C_DATA로서 공급된다. 그렇지 않은 경우, B_DATA 및 C_DATA는 5비트이다.

버스(114)의 3개의 제어 라인의 상태가 도 6에서 전기 각도 60도 증분 각각에 대해 도시되어 있다. 제어 라인상의 제로 값은 지시된 공정이 회로(112 또는 120)내에서 수행되지 않음을 의미하는 반면, 1의 값은 그공정이 지시된 모터 위상 증분 동안에 수행되고 있음을 가리킨다. 셀렉트-멀티플렉서-가산기 회로(120)은 C_DATA를 도출함에 있어서 U를 W에 가산함 또는 V를 W에 가산함 어느 하나를 수행하기 때문에, 테이블은 이러한 가산 공정들이 어느 특정의 60도 전기 각도 제어 증분내에서 서로 배타적이라는 것을 나타낸다.

프로그램가능 클럭 분주기 회로(82)는 블록(84)의 3개의 PWM 카운터(84A, 84B, 84C)에 대한 체배기 클럭을 확립한다. 체배기 클럭은 경로(80)상의 모터 속도 제어 루프(60)으로부터의 보상된 전류 에러에 비례한다. 클럭 분주기 회로(82)는 2개의 클럭 제어, 이미 언급한 경로(80)를 거쳐 모터 속도 제어 루프(60)으로부터의 전류 제어 및 고정된 고주파 시스템 클럭(모터 회전 속도에 비동기임)을 수신한다. 시스템 클럭은 디스크 드라이브(10)내에 존재하는 기준 발진기로부터 도출될 수도 있다.

PWM 카운터(84A, 84B, 84C)의 클럭킹 레이트는 보상된 전류 에러에 의해 측정된 모터 속도의 함수이며, 따라서 각 PWM(84)의 듀티 사이클은 모터 속도를 속도 제어 루프에 의해 제어된 소망의 값으로 조절하도록 조정되면서 여전히 스위치드 사인파 구동 전류를 3개의 모터 위상에 제공하게 된다. 통상은 모터 속도 제어 루프 설계는 특정 위상각에 대해 공칭 또는 50% 듀티 사이클로 PWM의 듀티 사이클을 확립하며, 보상된 전류 에러는 위상각으로 공칭 듀티 사이클에 가산 또는그로부터 감산된다. 공칭 듀티 사이클에서, 모터(14)는 그의 소망의 각속도로 회전하게 되며, PWM(84)의 듀티 사이클의 어떤 전류 에러 조정도 없게 된다.

프로그램가능 PWM 타이머 블록(130)은 경로(128)을 거쳐 소정의 단일 기준 주파수로 동작하는 시스템 클럭을 수신한다. PWM 타이머(130)은 본질적으로는 프로그램된 카운트값까지 카운트한 다음에 다시 시작하는 자유 작동 카운터(free running counter)이다. PWM 카운터(130)이 롤오버(roll over)할 때마다, PWM 카운터(84A, 84B, 84C)를 재기동시키는 인에이블 카운트 제어 신호를 발생한다. PWM 타이머(130)의 롤오버 구간 (rollover interval)이 본질적으로 구동 회로(50)의 공칭 전 사이클 구동 구간이 된다.

PWM 카운터(84A, 84B, 84C)는 다운 카운터 (down counter)이다. 각 카운터(84A, 84B, 84C)는 인에이블 신호시 카운트 값으로 로드되며 그 즉시 다운 카운팅을 시작한다. 카운트 값은 특정 PWM 기능의 듀티 사이클을 확립한다. 카운터(84A)는 그의 카운트 값으로서 A_DATA가 로드된다. 카운터(84B)는 그의 카운트 값으로서 B_DATA가 로드된다. 카운터(84C)는 그의 카운트 값으로서 C_DATA가 로드된다. 인에이블 펄스를 수신함과 동시에 카운터(84A, 84B, 84C)는 일제히 다운 카운팅을 시작한다. 카운터(84)가 기동될 때는 프로그램가능 클럭 분주기(82)에 의해 경로(126)상에 출력된 체배기 클럭에 의해 확립된 레이트로 다운 카운트한다. 각각의 전기 위상각 동안에, PWM 카운터 블록(84)는 A_PWM, B_PWM 및 C_PWM 데이터 펄스의 시퀀스를 로직 디코더 블록(54)에 출력한다. 각 카운터가 0의 카운트에 도달하면, 카운터는 카운팅을 중단하고 재로드를 기다려 PWM 타이머(30)으로부터 그 다음 인에이블 펄스부터 시작하여 다운 카운팅을 시작한다.

상태 디코더 회로(116)은 로직 디코더(54)를 제어하기 위하여 3비트 버스(134)를 거쳐 전송되는 6개의 논리 구동 제어 상태를 발생함으로써 A_PWM, B_PWM 및 C_PWM 스위치드 펄스에 응답한다. 6개의 논리 구동 상태 중 도 6의 6개의 구동 상태 테이블 부분을 조사하면, 단지 3개의 상태만이 모든 위상 증분내에서 활성이고, 3개의 상태는 그 증분 동안에 오프이다. 논리적 디코더 회로(116)은 또한 PWM 카운터 블록(84)로부터 수신되는 A_PWM, B_PWM 및 C_PWM 펄스에 배타적-OR 함수를 적용하는 능력을 가지고 있다. 예를 들면, 0도 내지 60도의 초기 전기 위상 각도 범위 동안에, 상태 디코더 회로(116) 으로부터의 논리 제어는 상태 디코더가 A_PWM 데이터를 위상 U 전류원(하이 측) 구동기 UH(도 7)으로 출력하도록 한다. 위상 U 전류 싱크(로우 측) 구동기 UL, 위상 V 전류원 구동기 VH, 및 위상 W 전류 싱크 구동기 WL은 모두 이 위상 구간 동안에 오프이다. 위상 V 전류 싱크 구동기 VL은 C_PWM 데이터를 수신하고, 위상 W 전류원 구동기 WH는 (B_PWM C_PWM)에 따라 제어 펄스를 수신하는데, 여기서 는 로직 디코더 회로(54)에 의해 B_PWM과 C_PWM에 대해 수행되는 배타적 OR 함수를 나타낸다. 나머지 60도 구간 동안 구동기에 공급된 데이터는 도 6의 테이블에 테이블화되어 있다.

사인파 구동 회로(50)의 동작에 대해서는 도8의 그래프를 참조하면 보다 명백히 이해될 것이다. 스위치드 구동 파형은 모터의 360도 전회전 사이클에 걸쳐 전기 각도 15도 떨어진 각 측면에 대해 그래프로 나타내었다. 포지티브 펄스는 전류원 UH, VH 또는 WH가 활성이라는 것을 나타내며, 네거티브 펄스는 전류 싱크 UL, VL 또는 WL이 활성이라는 것을 나타낸다. 예를 들면, 15, 30, 45, 60, 75 및 90도에서의 위상 U 구동 신호를 살펴보면, 도 5에서 볼 때 U 위상은 진폭이 0도에서의 제로 교차점으로부터 90도에서의 피크에 이르기까지 증가하고 있다. 따라서, 15도에서는 위상 U 구동 신호는 비교적 짧은 펄스 기간 동안 포지티브(전류원 구동기 UH 온)이다. 30도에서는 위상 U 포지티브 구동 신호는 15도였을 때보다 길어져 있다. 45도에서는 위상 U 구동 펄스는 훨씬 더 길며, 피크 기간이 90도에 도달될 때까지는 마찬가지이다. 그 후에, 포지티브 위상 U 구동 펄스는 180도에 있는 파형 제로 교차점에 도달될 때까지 좁아지게 된다. 그 후에, 파형은 네거티브(위상 U 전류 싱크 구동기 UL이 활성이고, 위상 U 전류원 구동 UH는 오프임)로 되고, 위상 U 네거티브 구동 펄스는 네거티브 피크가 270도에 도달할 때까지 길어지게 되며, 그리고나서 그 다음 제로 교차점에 도달함에 따라 짧아지기 시작한다. V 및 W 위상에 대해서도 마찬가지의 상황이 일어난다. 본 발명의 원리에 따르면, 실제 펄스폭은 사인 함수에 가까우며, 스위치드 모터 권선쌍으로 통해 공급된 그 결과의 구동 전류는 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0에 따라 사인파에 가깝게 된다. 게다가, 그 결과의 구동 신호들은 전파 동기 정류 방식 (full-wave synchronous rectification fashion)으로 동작하며, 따라서 적어도 2개의 모터 코일은 항상 구동되며, 구동 조건은 각각의 스위치드 구동 구간에서 플러스 및 마이너스(하이 및 로우) 위상 듀티 사이클과 같게 된다.

속도 제어 루프(60)의 동작에 대해서는 도 9A 및 도 9B를 참조하면 보다 명백히 이해될 것이다. 이들 2개의 도면은 명령된 사인파형 구동 전류와 실제의 모터 응답을 그래프로 나타낸 것이다. 도 9A에서, 실제의 모터 회전 위상 사이클 U(동 도면에서 B로 표기됨)는 모터 오버-스피드 상황 (motor over-speed situation)을 나타내는 B'으로 표시된 명령된 또는 기준 위상을 앞서 있으며, 도 9B에서는 명령된 위상 B"(모터 위상 U)는 언더-스피드 상황 (under-speed situation)을 나타내는 실제의 모터 회전 위상 B를 앞서고 있다. 도 9A 및 도 9B에서, 명령된 위상 B' 및 B"(모터 위상 U)는 모터(14)를 구동하기 위해 PWM 카운터 블록(84), 로직 디코더(54) 및 구동기 브리지(52)에 의한 한 구동 위상과 같이 출력된다.

도 9A 및 도 9B의 그래프 A는 도 5의 그래프 B U 위상 제로 교차 신호를 다시 나타낸 것으로서 이 모터 속도 제어 예에서 중요한 상승 엣지 제로 교차값을 나타낸다. 그래프 A 카운트 펄스 각각의 상승 엣지는 모터(14)의 한 위상의 전 사이클에 대한 공칭 종단점을 표시하며, 연속하는 상승 엣지들간의 구간은 모터 회전의 하나의 전 사이클의 측정값을 나타낸다.

도 9A 및 도 9B의 그래프 C는 위상 카운터(62) 중 하나의 상위 비트 위치를 제외한 모든 것의 실제 위상 카운트를 나타낸 것이다. 카운터(62)의 상위 극성비트는 도 9A 및 도 9B의 그래프 D로 도시되어 있다. 도 9A 예에 도시한 바와 같이, 위상 카운터가 그래프 A 제로 교차 펄스의 상승 엣지에서 그의 카운트를 완료하지 못한 경우에는, 그래프 A의 상승 엣지 순간에 카운터(62)에 의해 도달된 카운트값은 속도 에러의 상보값으로서 블록(72)의 속도 에러 레지스터 중 하나로 래치되고, 위상 카운터(62)는 상승 엣지에 의해 리세트되고 그 다음 카운팅 사이클 동안에 상방으로 카운트하기 시작한다. 위상 카운터가 B의 공칭 제로 교차점에 도달한 카운트가 한 레지스터에 보유되어 있기 때문에, 제로 교차 리세트시에 래치된 더 큰 카운트와의 차분을 구할 수 있다. 이 차분(보수)는 미처리 모터 속도 에러 (raw motor speed error)의 측정값이며 도 9A에서 "에러-진상 (error-lead)"로 표시되어 있다. 이 차분은 그 다음에 다른 에러 카운트와 평균되어 블록(72)내의 회로에 의해 부호부 아날로그 속도 에러값으로 변환된 후에 이전에 설명한 바와 같이 사인파 PWM(84)의 클럭킹 레이트를 변동시키는 경로(80)상의 보상된 전류 에러를 발생시키는데 사용된다.

마찬가지로, 도 9B에서 위상 카운터(62)에 의해 카운트된 명령된 모터 위상 "B"는 측정된 모터 회전 위치 B에 앞서 있고, 모터(14)는 PWM 카운터(84)에 의해 설정된 명령된 속도보다 느린 속도로 회전한다. 이 경우에, 그래프 C는 선택된 위상 카운터(62)가 최대 카운트에 도달하여 롤오버하고, 그래프 A 제로 교차점에 도달할 때까지 계속되는 단일 공칭 회전 주기내에 상향 카운트를 재개한다. "에러-지상"으로 표시된 이 실제 모터 회전 구간내의 3번째 카운트는 그 다음에 블록(72)의 레지스터에 래치되고 미처리 모터 속도 에러의 직접 측정을 제공한다. 처리는 도 9A와 관련하여 상기한 에러-지상 상황에서와 동일하다. 동시에, 테이블 룩업 시퀀서(88) 및 사인 테이블(92)로의 위상 데이터는 롤오버하지 않으며 그래프 A에 의해 측정된 바와 같이 포지티브 엣지 제로 교차점에 도달할 때까지 제로로 보유된다. 그 점에서 위상 카운터는 제로로부터 업 카운트하기 시작한다.

구동기(50)으로부터의 EMI를 제한하기 위하여, 양호하게는 PWM 카운터(84)의 슬루 레이트가 예를 들면 마이크로초당 10 볼트로 제한된다. 슬루-레이트가 한정된 펄스 발생기와 디스크 드라이브(10)내의 적절한 접지 및 차폐 실시로 구동 회로(50) 또는 모터(14)로부터 판독 채널 회로(18, 28 또는 30)으로의 EMI가 거의 없게 된다.

당업자라면 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 양호한 실시예의 이상의 설명으로부터 많은 변경 및 수정들이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서 정해진다는 것을 잘 알 것이다. 이상의 설명 및 개시 내용은 단지 예시적인 것일 뿐이며 이하의 청구항들에 의해 규정된 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아님을 알아야 한다.

Claims

모터의 복수의 모터 권선 중 하나에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 위상 기준 신호를 출력하는 신호 파형 모니터 회로와,

상기 위상 기준 신호에 응답하여 모터 동기화된 클럭 신호 (motor-synchronized clock signal)를 제공하는 위상 클럭 발생기와,

상기 모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 상기 위상 기준 신호에 의해 리세트되며, 모터 위상 구간 (motor phase interval)내에서 모터 위상 카운트 (motor phase count)를 카운팅하는 위상 카운터 수단과,

상기 모터 위상 카운트에 의해 어드레싱되며, 디지털 다상 사인값 (digital polyphase sine value)을 출력하는 사인파 룩업 로직 (sine wave lookup logic)과,

상기 디지털 다상 사인값에 응답하여 사인값에 의해 제어되는 듀티 사이클 기간 (duty cycle duration)을 갖는 위상 펄스를 발생하는 다상 펄스폭 변조기와,

모터를 스위치드 사인파 구동 (switched sine wave drive)으로 전원 공급하여 회전시키기 위해 다상 펄스에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선으로 소오스 및 그로부터 싱크 (selectively source and sink driving current to and from the plural motor windings)하는 다상 모터 구동기 브리지 회로

를 포함하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제1항에 있어서,

상기 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터는 3개의 고정자 권선 U, V, W를 포함하며, 상기 다상 모터 구동기 브리지 회로는 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0이 만족되게 상기 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 선택적으로 구동 전류를 상기 3개의 고정자 권선 U, V, W에 소오스 및 그로부터 싱크하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제1항에 있어서,

상기 신호 파형 모니터 회로는 모터의 복수의 권선에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 각 모터 위상에 대한 위상 기준 신호를 출력하고,

상기 위상 클럭 발생기는 상기 복수의 위상 기준 신호에 응답하여 모터 동기화된 클럭 신호를 제공하며,

상기 위상 카운터 수단은 상기 모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 상기 위상 기준 신호에 의해 리세트되며, 소정의 모터 위상 구간을 결정하여 각 모터 위상 구간에 대한 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생하고,

상기 위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생하는 모터 상태 디코더 수단을 더 포함하고 있으며,

상기 사인파 룩업 로직은 상기 위상 카운트에 의해 어드레싱되며 각 모터 위상 구간에 대한 디지털 다상 사인값을 출력하며,

상기 상태 제어 신호에 응답하여 상기 위상 펄스를 스위치드 위상 사인파 구동 펄스로 디코드하는 로직 디코드 수단을 더 포함하고,

상기 다상 모터 구동기 브리지 회로는 모터에 전원을 공급하여 회전시키기 위해 스위치드 위상 사인파 구동 펄스에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선으로 소오스 및 그로부터 싱크하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제1항에 있어서,

모터의 복수의 모터 권선 중 하나에 나타나는 전기 신호를 모니터하는 신호 파형 모니터 회로는 모터의 실제 회전 속도를 모니터하는 회로를 포함하며,

모터의 실제 회전 속도를 기준 모터 속도값과 비교하여 모터 속도 에러값을 발생하는 비교 회로와,

모터 속도 에러값에 응답하여 모터 속도 에러값으로 다상 펄스 폭 변조기의 클럭킹을 조정하여 다상 모터 구동기 브리지 회로에서 속도 보상된 스위치드 사인파 구동 전류를 발생시키는 펄스폭 변조 클럭 제어 회로를 포함하는 모터 속도 조절 제어 루프

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제1항에 있어서,

상기 신호 파형 모니터 회로는,

복수의 모터 권선 양단의 전압의 제로 교차 샘플링점을 검출하는 제로 교차점 검출 회로와,

다상 모터 구동기 브리지 회로로부터의 구동 전류값을 제로 교차 샘플링점에서 샘플-홀드하여 실제 전류값을 제공하는 전류 감지 및 샘플-홀드 회로와,

모터 속도 에러값에서 실제의 전류값을 차분 회로에서 감산하여 전류 에러값을 제공하는 차분 회로와,

전류 에러값을 보상하여 보상된 전류 에러를 생성하는 보상 회로와,

다상 펄스폭 변조기를 제어하기 위하여 보상된 전류 에러의 함수에 의해 클럭킹 신호를 조정하는 클럭 분주 회로

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
모터의 복수의 모터 권선에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 각 모터 위상에 대해 위상 기준 신호를 출력하는 신호 파형 모니터 회로와,

복수의 위상 기준 신호에 응답하여 모터 동기화된 클럭 신호를 제공하는 위상 클럭 발생기와,

모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 위상 기준 신호에 의해 리세트되며 소정의 모터 위상 구간을 결정하여 각 모터 위상 구간에 대해 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생하는 위상 카운터 수단과,

위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생하는 모터 상태 디코더 수단과,

위상 카운트에 의해 어드레싱되며 각 모터 위상 구간에 대해 디지털 다상 사인값을 출력하는 사인파 룩업 로직과,

디지털 다상 사인값에 응답하여 사인값으로 제어되는 듀티 사이클 기간을 갖는 위상 펄스를 발생하는 다상 펄스폭 변조기와,

상태 제어 신호에 응답하여 위상 펄스를 스위치드 위상 사인파 구동 펄스로 디코드하는 로직 디코더 수단과,

스위치드 사인파 구동 전류를 모터에 공급하여 회전시키기 위하여 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선으로 공급하고 그로부터 싱크하는 다상 모터 구동기 브리지 회로

를 구비한 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제6항에 있어서,

상기 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터는 3개의 전기 위상(U, V, 및 W)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제7항에 있어서,

상기 다상 모터 구동기 브리지 회로는 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0이 만족되게 스위치드 위상 사인파 구동 신호를 모터에 공급하여 회전시키기 위하여 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선에 소오스 및 그로부터 싱크하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제6항에 있어서,

상기 신호 파형 모니터 회로는 전기 신호의 제로 교차점을 검출하여 신호를 내고,

상기 제로 교차점에 응답하여 다상 모터 구동기 브리지 회로에 의해 공급된 구동 전류를 감지 및 홀드하는 구동 전류 감지 회로와,

상기 위상 카운터 수단에 응답하여 모터 속도값을 발생하는 속도 에러 디지털-아날로그 변환 수단과,

상기 모터 속도값과 상기 감지 및 홀드된 구동 전류의 차분을 구하여 전류 명령값을 생성하는 차분 증폭기와,

상기 전류 명령값을 디지털 듀티 사이클 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하며,

소정의 각속도로 모터 속도를 유지 및 조절하기 위하여 디지털 듀티 사이클 값으로 변조되고 다상 펄스폭 변조 수단을 클럭킹하는 프로그램가능한 듀티 사이클 클럭 수단

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제6항에 있어서,

사인파 룩업 로직은 90도 범위의 모터 회전에 걸쳐 디지털 다상 사인값을 출력하고,

360도 범위의 모터 회전에 걸쳐 사인값을 제공하기 위해 상기 모터 상태 디코더에 응답하여 상기 디지털 다상 사인값들 중 선택된 것들을 선택, 멀티플렉싱 및 가산하는 셀렉트, 멀티플렉스, 가산기 회로 (select, multiplex, adder circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 영구 자석 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
다상의 사인파형 스위치드 구동 신호에 의해 구동되는 복수의 고정자 코일을 갖는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로에 있어서,

모터를 소정의 각속도로 동작시키기 위하여 다상 구동 전류를 사인파형 스위치드 구동 신호에 따라 전류원으로부터 복수의 고정자 코일중 선택된 조합을 통해 전류 리턴 (current return)으로 선택적으로 소오스 및 싱크하는 다상 모터 구동기 브리지 회로와,

고정자 코일에 접속되어 그 양단에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 모터 위상 기준 신호를 출력하는 신호 파형 모니터 수단과,

모터의 회전에 관련된 모터 동기 클럭 신호를 발생하는 위상 클럭 발생 수단과,

상기 모터 동기 클럭에 의해 클럭킹되고 모터 위상 기준 신호에 의해 리세트되어, 그의 동작 중에 모터의 각 위상의 위상 구간을 카운트하여 위상 카운트와 위상 극성 신호를 발생하는 위상 카운터 수단과,

상기 위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생하는 상태 디코더 수단과,

상기 위상 카운트에 의해 어드레싱되어 다상 중 각 상에 대한 디지털 다상 사인값을 출력하는 사인파 로직 회로와,

상기 다상 사인값에 응답하여 사인값에 의해 제어되는 듀티 사이클을 갖는 위상 펄스를 발생하는 다상 펄스폭 변조 수단과,

상기 다상 모터 구동기 브리지 회로를 제어하기 위해 상태 제어 신호에 응답하여 위상 펄스를 위상 구동 펄스로 디코드하여 위상 구동 펄스를 공급하는 로직 디코더 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제11항에 있어서,

상기 다상 모터는 3가지 전기 위상 U, V 및 W를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제12항에 있어서,

상기 다상 모터 구동기 브리지 회로는 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0이 만족되게 스위치드 위상 사인파 구동 신호를 모터에 공급하여 회전시키기 위하여 위상 구동 펄스에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선에 소오스 및 그로부터 싱크하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제12항에 있어서,

상기 신호 파형 모니터 수단은 전기 신호의 제로 교차점을 검출하여 신호를 내고,

제로 교차점에 응답하여 다상 모터 구동기 브리지 회로에 의해 공급된 구동 전류를 감지 및 홀드하는 구동 전류 감지 회로와,

위상 카운터 수단에 응답하여 모터 속도값을 발생하는 속도 에러 디지털-아날로그 변환 수단과,

모터 속도값과 감지 및 홀드된 구동 전류의 차분을 구하여 전류 명령값을 생성하는 차분 증폭기와,

전류 명령값을 디지털 듀티 사이클 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기

를 더 포함하며,

디지털 듀티 사이클 값으로 변조되고 소정의 각속도로 모터 속도를 유지 및 조절하기 위하여 다상 펄스폭 변조 수단을 클럭킹하는 프로그램가능한 듀티 사이클 클럭 수단

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
제12항에 있어서,

상기 사인파 룩업 로직 회로는 90도 범위의 모터 회전에 걸쳐 디지털 다상 사인값을 출력하고,

상태 디코더 수단에 응답하여 상기 디지털 다상 사인값들 중 선택된 것들을 선택, 멀티플렉싱 및 가산하여 360도 범위의 모터 회전에 걸쳐 사인값을 제공하는 셀렉트, 멀티플렉스, 가산기 회로 (select, multiplex, adder circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 브러쉬리스 DC 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
3상의 사인파형 스위치드 구동 신호에 의해 구동되는 3ⁿ개의 (여기서, n은 1보다 크거나 같은 자연수) 고정자 코일 (stator coil) 및 회전자를 회전시키기 위해 고정자 코일에 의해 생성된 자계와 상호 작용하는 자계를 갖는 다극 영구 자석 어레이 (multiple-pole permanent magnet array)를 포함하는 회전자(rotor)를 갖는 3상 브러쉬리스 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로에 있어서,

모터를 소정의 각속도로 동작시키기 위하여 3상 중 각 상에 대한 구동 전류를 사인파형 스위치드 구동 신호에 따라 전류원으로부터 복수의 고정자 코일중 선택된 조합을 통해 그리고 전류 리턴을 통해 상기 전류원으로 선택적으로 소오스 및 싱크하는 모터 구동기 브리지 회로와,

고정자 코일에 접속되어 그 양단에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 3 상 중 각 상의 제로 교차점을 표시하는 모터 위상 기준 신호를 출력하는 신호 파형 모니터 수단과,

모터 회전 속도에 응답하여 모터의 회전에 관련된 모터 클럭 신호를 발생하는 위상 클럭 발생 수단과,

각각이 모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 모터 위상 기준 신호 중 하나에 의해 리세트되며, 그의 동작 중에 모터의 각 위상의 위상 구간을 카운트하여 모터 회전 위상 카운트와 모터 회전 위상 극성 신호를 발생하는 3개의 위상 카운터와,

위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생하는 상태 디코더와,

3개의 위상 카운터에 의해 발생된 위상 구간에 응답하여 위상 카운트를 사인파 로직 테이블에 순차적으로 제공하는 테이블 룩업 시퀀서와,

3상 중 각 상에 대한 디지털 사인값을 출력하는 사인파 로직 테이블과,

3상에 대한 디지털 사인값을 수신 및 홀드하는 3개의 위상 사인 데이터 레지스터와,

디지털 사인값의 조합을 수신 및 선택하도록 접속된 셀렉터 수단과,

모터 회전에 비동기적인 펄스폭 변조 클럭킹 신호를 발생하는 비동기 클럭킹 수단과,

펄스폭 변조 클럭킹 신호에 의해 클럭킹되고 디지털 사인값 및 디지털 사인값들의 선택된 조합에 응답하여 그 주기가 펄스폭 변조 클럭킹 신호에 의해 고정되고 그 듀티 사이클이 사인값에 의해 제어되는 3상 펄스의 세트를 발생하는 3개의 위상 펄스폭 변조 수단과,

복수의 고정자 코일들의 선택된 조합을 구동하도록 3상 모터 구동기 브리지 회로를 제어하기 위하여 상태 제어 신호에 응답하여 위상 펄스를 위상 구동 제어값으로 디코드하여 위상 구동 제어값을 공급하는 로직 디코더 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 브러쉬리스 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로.
다상 브러쉬리스 영구 디스크 스핀 모터에 의해 소정의 각속도로 회전하는 데이터 저장 디스크 (data storage disk)와, 이 데이터 저장 디스크와 상호 작용하는 데이터 변환 관계에 있는 데이터 트랜스듀서 (data transducer), 및 디스크 구동 동작 동안에 호스트 컴퓨팅 환경과 상기 데이터 저장 디스크간의 데이터 블록 전송을 위한 구동 전기 기계(drive electromechanics)를 포함하는 디스크 드라이브에 있어서,

모터의 복수의 모터 권선에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 각 모터 위상에 대한 위상 기준 신호를 출력하는 신호 파형 모니터 회로와,

복수의 위상 기준 신호에 응답하여 모터 동기화된 클럭 신호를 제공하는 위상 클럭 발생기와,

모터 클럭 신호에 의해 클럭킹되고 위상 기준 신호에 의해 리세트되며, 소정의 모터 위상 구간을 결정하여 각 모터 위상 구간에 대한 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생하는 위상 카운터 수단과,

상기 위상 극성 신호에 응답하여 상태 제어 신호를 발생하는 모터 상태 디코더 수단과,

상기 위상 카운트에 의해 어드레싱되며, 각 모터 위상 구간에 대한 디지털 다상 사인값을 출력하는 사인파 룩업 로직(sine wave lookup logic)과,

상기 디지털 다상 사인값에 응답하여 사인값에 의해 제어되는 듀티 사이클 기간을 갖는 위상 펄스를 발생하는 다상 펄스폭 변조기와,

상기 상태 제어 신호에 응답하여 상기 위상 펄스를 스위치드 위상 사인파 구동 펄스로 디코드하는 로직 디코더 수단과,

스위치드 사인파 구동으로 디스크 스핀 모터에 전원 공급을 하여 회전시키기 위해 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 선택적으로 구동 전류를 복수의 모터 권선에 소오스 및 그로부터 싱크하는 다상 모터 구동기 브리지 회로

를 포함하고 있는 디스크 스핀 모터용 스위치 모드 사인파 구동 회로

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제17항에 있어서,

상기 다상 디스크 스핀 모터는 모터의 각 회전 동안에 정의된 3개의 전기 위상(U, V 및 W)를 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제18항에 있어서,

상기 다상 모터 구동기 브리지 회로는 관계식 sin(U) + sin(V) + sin(W) = 0이 만족되게 스위치드 사인파 구동으로 모터에 전원 공급을 하여 회전시키기 위해 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 구동 전류를 복수의 모터 권선에 선택적으로 소오스 및 그로부터 싱크하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제17항에 있어서,

상기 신호 파형 모니터 회로는 전기 신호의 제로 교차점을 검출하여 신호를 내고,

상기 제로 교차점에 응답하여 상기 다상 모터 구동기 브리지 회로에 의해 공급된 구동 전류를 감지 및 홀드하는 구동 전류 감지 회로와,

상기 위상 카운터 수단에 응답하여 모터 속도값을 발생하는 속도 에러 디지털-아날로그 변환 수단과,

상기 모터 속도값과 상기 감지 및 홀드된 구동 전류의 차분을 구하여 전류 명령값을 생성하는 차분 증폭기와,

상기 전류 명령값을 디지털 듀티 사이클 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기

를 더 포함하며,

소정의 각속도로 모터 속도를 유지 및 조절하도록 상기 디지털 듀티 사이클 값으로 변조되고 다상 펄스폭 변조 수단을 클럭킹하는 프로그램가능한 듀티 사이클 클럭 수단

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제17항에 있어서,

상기 사인파 룩업 로직은 90도 범위의 모터 회전에 걸쳐 디지털 다상 사인값을 출력하고,

360도 범위의 모터 회전에 걸쳐 사인값을 제공하기 위해 상기 모터 상태 디코더에 응답하여 상기 디지털 다상 사인값들 중 선택된 것들을 선택, 멀티플렉싱 및 가산하는 셀렉트, 멀티플렉스, 가산기 회로 (select, multiplex, adder circuit)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제17항에 있어서,

상기 스위치 모드 사인파 구동 회로에 접속되어 모터의 정지 위치 (at-rest position)를 결정하고 기동 위상값을 위상 카운터 수단에 로드하여 제어된 회전 방향으로의 디스크 스핀 모터의 회전을 기동시키는 온-보드 디스크 드라이브 마이크로프로세서 (on-board disk drive microprocessor)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
신호 파형 모니터 회로로 복수의 모터 권선에 나타나는 전기 신호를 모니터하여 각 모터 위상에 대한 위상 기준 신호를 출력하는 단계와,

복수의 위상 기준 신호에 응답하여 위상 클럭 발생기로부터 모터 동기화된 클럭 신호를 제공하는 단계와,

상기 모터 클럭 신호로 위상 카운터 수단을 클럭킹하고 상기 위상 기준 신호로 위상 카운터 수단을 리세트함으로써 소정의 모터 위상 구간을 결정하여 각 모터 위상 구간에 대한 위상 카운트 및 위상 극성 신호를 발생하는 단계와,

상기 위상 극성 신호에 응답하여 모터 상태 디코더 수단으로 상태 제어 신호를 발생하는 단계와,

상기 위상 카운트로 어드레싱되는 사인파 룩업 로직으로부터 각 모터 위상 구간에 대한 디지털 다상 사인값을 출력하는 단계와,

상기 디지털 다상 사인값에 응답하여 다상 펄스폭 변조기로 사인값에 의해 제어된 듀티 사이클 기간을 갖는 위상 펄스를 발생하는 단계와,

상기 상태 제어 신호에 응답하여 로직 디코더 수단으로 상기 위상 펄스를 스위치드 위상 사인파 구동 펄스로 디코드하는 단계와,

스위치드 사인파 구동 전류로 모터에 전원 공급을 하여 회전시키기 위해 다상 모터 구동기 브리지 회로로 스위치드 위상 사인파 구동 신호에 따라 구동 전류를 복수의 모터 권선에 선택적으로 소오스 및 그로부터 싱크하는 단계

를 포함하는 스위치드 사인파 구동 전류로 브러쉬리스 영구 자석 모터에 전원 공급을 하여 회전시키는 방법.
제23항에 있어서,

모터의 실제 모터 속도를 모니터하는 단계와,

상기 모터의 실제 모터 속도와 기준 모터 속도값을 비교하여 모터 속도 에러값을 발생하는 단계와,

다상 펄스폭 변조기를 상기 모터 속도 에러값으로 제어하여 다상 모터 구동기 브리지 회로에서 속도 보상된 스위치드 사인파 구동 전류를 발생하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 사인파 구동 전류로 브러쉬리스 영구 자석 모터에 전원 공급을 하여 회전시키는 방법.
제24항에 있어서,

신호 파형 모니터 회로로 복수의 모터 권선 양단 전압의 제로 교차 샘플링 점을 검출하는 단계와,

상기 제로 교차 샘플링점에서 다상 모터 구동기 브리지 회로로부터의 구동 전류값을 샘플-홀드하여 실제의 전류값을 생성하는 단계와,

차분 회로에서 실제 전류값을 모터 속도 에러값에서 감산하여 전류 에러값을 발생하는 단계와,

상기 전류 에러값을 보상하여 보상된 전류 에러를 발생하는 단계와,

다상 펄스폭 변조기를 제어하기 위해 펄스폭 변조기 클럭킹 신호를 보상된 전류 에러로 변조하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 사인파 구동 전류로 브러쉬리스 영구 자석 모터에 전원 공급을 하여 회전시키는 방법.