KR20000032355A

KR20000032355A - 저소비전력용 스핀들모터 구동회로

Info

Publication number: KR20000032355A
Application number: KR1019980048786A
Authority: KR
Inventors: 이승훈
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-06-15

Abstract

본 발명은 스핀들모터의 구동에 소비되는 전력을 최소화할 수 있는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로에 관한 것이다.

본 발명의 저소비전력용 스핀들모터 구동회로는 정전압공급단자에 공통접속되며 위상이 서로 다른 제1 내지 제3 단자에 각각 접속된 제1 권선수의 코일과 제1 내지 제3 단자와 위상이 서로 다른 제4 내지 제6 단자 사이에 각각 접속된 제2 권선수의 코일을 포함하는 코일부와, 제1 내지 제3 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제1 내지 제3 제어신호에 따라 정상모드에서 구동하는 제1 구동수단과, 제4 내지 제6 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제4 내지 제6 제어신호에 따라 대기모드에서 구동하는 제2 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 대기상태에서 스핀들모터의 회전토크를 최대로 할 수 있게 하는 모터의 구동방식에 의해 모터가 정지되지는 않지만 최소한의 소비전류로 원하는 회전수로 동작하면서 정상속도로의 회전을 요할 때 과전류가 거의 없이 바로 정상속도에 도달할 수 있게 된다.

Description

저소비전력용 스핀들모터 구동회로(Driving Circuit of Spindle Moter For Low Power Consumption )

본 발명은 디스크 구동장치에 관한 것으로, 특히 스핀들모터의 구동에 소비되는 전력을 최소화할 수 있는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대용 기기는 건전지나 충전지 등과 같은 배터리(Battery)로 구동되므로 전지의 용량에 따라 기기의 동작시간이 좌우되게 된다. 특히, 소비전력이 많은 휴대용 기기의 경우 한두시간 내에 전지가 소모되어 사용하는데 많은 불편함을 주는 경우가 많다. 이에 따라, 휴대용 기기의 소비전력을 줄여 전지하나로 수일 또는 수주간 연속사용이 가능하도록 하는 기기가 요구되고 있다.

도 1은 일반적인 미니디스크(Mini Disc; 이하, MD라 한다) 플레이어의 구성을 도시한 블록도로서, 도 1에 도시된 MD 플레이어는 스핀들모터(4)에 의해 회전되는 MD(2)로부터 신호를 읽어내기 위한 픽업(6)과, 픽업(6)의 출력단에 접속된 고주파증폭기(12)와, 고주파증폭기(12)로부터 입력되는 고주파신호를 디지털 신호처리하여 출력함과 아울러 입력되는 오디오신호를 압축하여 기록헤드 구동회로(10)로 출력하는 컨트롤러(16)와, 컨트롤러(16)의 제어에 따라 픽업(6)과 스핀들모터(4)를 구동시키기 위한 구동회로(14)와, 컨트롤러(16)를 통해 입력되는 기록신호에 따라 기록헤드(8)를 구동하는 기록헤드 구동회로(10)와, 기록헤드 구동회로(10)에 의해 MD(2)에 데이터를 기록하는 기록헤드(8)와, 컨트롤러(16)에 접속된 버퍼(18)를 구비한다.

도 1의 MD 플레이어에서 MD(2)에 기록된 신호를 재생하는 경우 구동회로(14)는 컨트롤러(16)의 제어에 따라 스핀들모터(4)와 픽업(6)을 구동시키게 된다. 이에 따라, 픽업(6)은 스핀들모터(4)에 의해 회전되는 MD(2)로부터 기록된 신호를 읽어내어 고주파증폭기(12)로 출력한다. 고주파증폭기(12)는 픽업(6)으로부터 입력되는 재생신호를 증폭하여 컨트롤러(16)로 출력한다. 컨트롤러(16)는 고주파증폭기(12)로부터 입력되는 재생신호를 디지털 신호처리하여 발생된 오디오신호를 출력라인(17)을 통해 출력하게 된다. 컨트롤러(16)는 통상 입력된 오디오신호를 압축하여 MD(2)에 기록되도록 하고 MD(2)로부터 읽어낸 신호를 복원하여 오디오신호로 출력하게 된다. 이 경우, 신호 압축율은 약 1/5 정도이다. 이로 인하여, MD(2)로부터 기록된 신호를 읽어내는 속도는 오디오신호로 재생하는 속도보다 약 5배 정도 빠르기 때문에 컨트롤러(16)로 입력되는 데이터는 버퍼(18)에 저장하게 된다. 이어서, 버퍼(18)에 데이터가 가득 차게 되는 경우 MD(2)로부터 더 이상 신호를 읽어들이지는 않지만 스핀들모터(6)는 계속 동일 속도로 회전되도록 제어하여 다음의 읽기를 위한 대기상태로 들어가게 된다. 그리고, 오디오출력이 지속되어 버퍼(18)가 비게 되면 컨트롤러(16)는 MD(2)로부터 데이터를 읽어 버퍼(18)를 채우기 시작한다.

한편, 기록동작에서도 데이터를 압축하여 기록하기 때문에 컨트롤러(16)에 입력된 오디오신호가 압축하고 기록하기에 적합한 양만큼 모아지게 되면 MD(2)에 기록하기 때문에 재생시와 마찬가지로 데이터가 충분한 양이 입력될 때까지 스핀들모터(4)는 공회전상태에서 대기하게 된다.

도 2는 종래의 스핀들모터와 그 구동회로를 각각 도시한 것이다.

도 2에 도시된 스핀들모터(4)는 크게 코어 및 코일(20)을 구비하는 고정자부와 상하부 마그네트(22, 24) 및 회전자 요크와 회전축(26)을 구비하는 회전자부로 구성되게 된다. 이러한 스핀들 모터(4)의 회전 구동력은 마그네트(22, 24)에서 발생되는 자기장과 코어에 감긴 코일(20)에 인가되는 전류가 흐를 때 발생되는 전자장과의 관계에 의해 발생하게 되어 회전자부를 회전시키게 된다.

또한, 도 2에 도시된 스핀들모터(4)의 구동회로는 정전압공급단자(Vcc)에 공통 접속됨과 아울러 3상 단자(U, V, W)를 구비하는 코일부(20)와, 코일부(20)의 3상 단자(U, V, W) 각각에 접속되고 외부로부터 입력되는 제1 내지 제3 제어신호(Uin, Vin, Win)에 따라 스위칭되는 제1 내지 제3 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)를 구비하는 구동부(30)를 구성으로 한다. 이러한 구성의 스핀들모터(4)는 제1 내지 제3 트랜지스터(Q1, Q2, Q3) 각각에 입력되는 제어신호(Uin, Vin, Win)에 따라 전류가 조절됨으로써 회전속도가 제어되게 된다.

그러나, 전술한 스핀들모터 구동회로는 재생시 버퍼(18)가 가득 찰 경우 또는 기록시 충분한 양이 입력되기 전까지 스핀들모터(4)를 정상속도로 회전시킴으로써 다음의 재생 또는 기록동작을 대기하고 있기 때문에 불필요한 전력이 스핀들모터에서 소비되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 스핀들모터(4)를 완전히 정시시킬 경우 재기동시 과전류가 수시로 발생하기 때문에 버퍼(18)의 용량이 수분이상의 큰 용량을 갖지 않을 경우 전자보다 더 많은 전력손실을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명은 재생 및 기록 대기시 스핀들모터의 공회전에 따른 소비전류를 최소화할 수 있는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스핀들모터가 최소 소비전류로 구동될 수 있도록하여 디스크 구동장치의 소비전력을 최소화할 수 있도록 하는 저소비전력용 스핀들모터의 구동회로를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 미니디스크 플레이어의 구성을 나타낸 블록도.

도 2는 종래의 스핀들모터와 그 구동회로를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스핀들모터 구동회로를 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시된 구동회로에서 토크 대 회전수의 관계와 토크 대 전류의 관계를 나타낸 그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명＞

2 : 미니디스크(MD) 4 : 스핀들모터

6 : 픽업 8 : 기록헤드

10 : 기록헤드 구동회로 12 : 고주파증폭기

14 : 구동회로 16 : 컨트롤러

18 : 버퍼 20 : 코일

22 : 마그네트 24 : 축

30, 34, 36 : 구동부

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저소비전력용 스핀들모터 구동회로는 정전압공급단자에 공통접속되며 위상이 서로 다른 제1 내지 제3 단자에 각각 접속된 제1 권선수의 코일과 제1 내지 제3 단자와 위상이 서로 다른 제4 내지 제6 단자 사이에 각각 접속된 제2 권선수의 코일을 포함하는 코일부와, 제1 내지 제3 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제1 내지 제3 제어신호에 따라 정상모드에서 구동하는 제1 구동수단과, 제4 내지 제6 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제4 내지 제6 제어신호에 따라 대기모드에서 구동하는 제2 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저소비전력용 디스크 구동장치를 도시한 것으로서, 도 3에 도시된 디스크 구동장치는 7단자(U, V, W, U', V', W', Vcc)를 포함하는 코일부(32)와, 코일부(32)의 제1 내지 제3 단자(U, V, W)에 접속되고 외부로부터 입력되는 제1 내지 제3 제어신호(Uin, Vin, Win)에 따라 스위칭되는 제1 내지 제3 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)를 구비하는 제1 구동부(34)와, 코일부(32)의 제4 내지 제6 단자(U', V', W')에 접속되어 외부로부터 입력되는 제4 내지 제6 제어신호(Ui, Vi, Wi)에 따라 스위칭되는 제4 내지 제6 트랜지스터(Q3, Q4, Q5)를 구비하는 제2 구동부(36)를 구성으로 한다.

도 3에 있어서, MD 플레이어가 데이터 기록 또는 재생을 위하여 정상상태 동작시에는 제1 구동부(34)가 동작되게 된다. 이에 따라, 스핀들모터는 정상속도로 회전하게 됨으로써 데이터를 기록하거나 재생할 수 있게 된다. 이 경우, 모터의 회전수는 도 4에 도시된 바와 같이 토크(Torque) 대 회전수의 그래프가 An과 같으므로 스핀들모터는 a RPM의 회전수로 회전하게 된다. 그리고, 스핀들모터에서 소비하는 소비전류는 토크 대 전류의 그래프가 Ai과 같으므로 c만큼의 전류를 소비하게 된다. 여기서, 스핀들모터의 정격부하는 도 4에서 (가) gf-cm인 것으로 가정하기로 한다. 실제로, 휴대용 MD 플레이어의 스핀들모터의 부하는 약 0.45 gf-cm 정도이며 이때 스핀들모터는 디스크의 내주의 경우 약 900RPM으로 회전하며 디스크의 외주의 경우 약 300RPM으로 회전한다. 따라서, 스핀들모터가 내주 및 외주의 평균인 약 600 RPM으로 회전하는 경우 도 4에서 최대 구동가능부하는 (가) 보다 큰 (나)가 되며 (가)의 0.45 gf-cm에서는 소비전류가 c만큼인 약 40mA의 전류를 소모하게 된다. 통상적인 MD 플레이어의 소비전류가 150mA 정도이므로 스핀들모터에서 소비하는 전류는 매우 많음을 알 수 있다.

한편, MD 플레이어가 정상적인 재생 및 기록 동작을 마치고 대기상태에 들어갈 경우 제2 구동부(36)가 동작하게 되고 제1 구동부(34)는 동작하지 않게 된다. 여기서, 대기상태란 오디오신호는 입력 또는 출력되고 있으며 전술한 바와 같이 스핀들모터 등과 같은 기록 재생 메카니즘이 동작할 필요가 없을 때를 의미한다. 이 경우, Fp-coil(32)에서 아마츄어 코일의 권선수는 U, V, W 각 상에서 Nu1에서 Nu1+Nu2, Nv1에서 Nv1+Nv2, Nw1에서 Nw1+Nw2로 만큼씩 증가하게 된다. 예컨대, Nu2=2×Nu1, Nv2=2×Nv1, Nw2=2×Nw1로 설계하는 경우 제2 구동부(36)를 구동할 경우 스핀들모터의 토크상수(Kt)는 제1 구동부(34)를 구동할 경우에 비해 약 3배 정도 증가하게 된다. 이에 따라, 제2 구동부(36)로 동작시킬 경우 도 4에서 토크 대 회전수의 그래프는 Bn이 되며 이때 스핀들 모터의 회전수는 b만큼 감소하게 된다. 통상적으로, 토크상수(Kt)가 3배 증가하면 정격부하에서의 회전수도 급격히 떨어지게 되나 아마츄어 코일의 상저항이 크게 되도록 설계하면 회전속도의 급격한 감소는 피할 수 있게 된다. 여기서, MD 플레이어가 대기상태를 벗어나 MD로부터 데이터를 다시 읽기 위하여 스핀들모터를 정상속도로 올릴 경우 과전류가 흐르는 것을 최소화하기 위하여 스핀들모터의 최소 회전속도(디스크의 외주의 경우)가 되도록 대기상태의 스핀들모터 회전수 b는 300 RPM이 되도록 모터의 상저항을 조정했다. 토크상수(Kt)가 3배 증가할 경우 스핀들모터의 소비전류는 도 4에서 토크 대 전류의 그래프가 Bi가 되므로 정격부하 (가)에서의 소비전류는 d가 되게 된다. 일반적으로 스핀들모터의 소비전류는 토크상수(Kt)가 증가하는 비율만큼 비례하여 소비전류가 감소하게 되므로 정격부하 0.45 gf-cm에서의 제2 구동부(36)를 동작시킨 스핀들모터의 소비전류는 약 14mA 정도로 매우 줄어들게 된다.

이와 같이, 본 발명에서 사용되는 스핀들모터의 Fp-coil(32)은 종래의 모터가 U, V, W, Vcc의 4단자 구조를 갖고 있으나 U, V, W, U', V', W', Vcc의 7단자구조를 가져야만 한다.

또한, 본 발명에 따른 스핀들모터 구동회로는 대기상태에서 스핀들모터의 제어를 정상상태처럼 정밀하게 할 필요는 없으므로 정상상태로 회복시 과전류를 야기시키지 않는 범위내로 회전속도를 낮추어서 사용하는 것이 소비전류를 줄이는 설계 자유도가 크게 된다. 소비전류를 줄이기 위해서는 대기상태에서는 스핀들모터의 토크상수(Kt)를 필요한 만큼 올려서 즉, 코일의 권선수 Nu2, Nv2, Nw2로 조절하여 원하는 목표 소비전류를 달성할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 효과를 극대화하기 위해서는 도 1에 도시된 버퍼(18)의 용량을 크게 하는 것이 좋다. 다만, 경제적인 효과를 고려하여 최적의 버퍼용량을 선정하는 것이 바람직하다.

결과적으로 본 발명은 휴대용 MD 플레이어의 전지 사용시간을 약 15% 정도 향상시키는 효과를 발휘하게 된다. 다시 말하여, 통상적인 MD 플레이의 소비전류가 150mA 정도이며 대기상태에서 스핀들모터에 소비되는 전류가 40mA에서 14mA로 줄었으므로 26mA의 소비전류감소 효과가 있으나 정상상태와 대기상태의 시간점유율로 보면 평균 약 22mA로 소비전류의 감소효과가 있으므로 약 15% 정도의 소비전력 감축효과가 있게 된다. 이는 45초 버퍼를 사용한 경우에 대한 실험적 데이터이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저소비전력용 스핀들모터 구동회로에 의하면, 대기상태에서 스핀들모터의 회전토크를 최대로 할 수 있게 하는 모터의 구동방식에 의해 모터가 정지되지는 않지만 최소한의 소비전류로 원하는 회전수로 동작하면서 정상속도로의 회전을 요할 때 과전류가 거의 없이 바로 정상속도에 도달할 수 있게 된다. 또한, 일반적으로 스핀들모터는 3상 블러쉬리스(Blushless) DC 모터를 사용하는데 이러한 스핀들모터의 구조를 정상속도 회전시와 대기상태의 회전시 소비전류를 가장 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

스핀들모터의 구동회로에 있어서,

정전압공급단자에 공통접속되며 위상이 서로 다른 제1 내지 제3 단자에 각각 접속된 제1 권선수의 코일과 상기 제1 내지 제3 단자와 위상이 서로 다른 제4 내지 제6 단자 사이에 각각 접속된 제2 권선수의 코일을 포함하는 코일부와,

상기 제1 내지 제3 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제1 내지 제3 제어신호에 따라 상기 제1 권선수의 코일에 흐르는 전류를 제어하는 제1 구동수단과,

상기 제4 내지 제6 단자에 접속되고 외부로부터 입력되는 제4 내지 제6 제어신호에 따라 상기 코일부에 흐르는 전류를 제어하는 제2 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 구동수단은 기록 및 재생의 정상상태에서만 구동하는 것을 특징으로 하는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 구동수단은 기록 및 재생의 대기상태에서만 구동하는 것을 특징으로 하는 저소비전력용 스핀들모터 구동회로.