KR20060046595A

KR20060046595A - 저비용 긴급 디스크 드라이브 헤드 철회 구조

Info

Publication number: KR20060046595A
Application number: KR1020050066804A
Authority: KR
Inventors: 제이슨 피. 브렌덴; 제임스 에이. 달버그
Original assignee: 에이저 시스템즈 인크
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2006-05-17
Also published as: US7068460B2; US20060007581A1; JP2006040515A; TW200606856A; JP4885496B2; KR101135013B1

Abstract

외부 전력 공급으로부터 전력의 손실 동안 판독 가능한 매체의 표면으로부터 변환 헤드를 철회시키기 위해 보이스 코일 모터(VCM:voice coil motor)에 전력을 제공하는 디스크 드라이브 긴급 철회 구조를 개시하고 있다. 상기 디스크 드라이브 긴급 철회 구조는 내부 인덕턴스 및 내부 저항을 구비하여 기록 가능한 매체를 회전시키는 스핀들 모터(spindle motor)를 포함한다. 상기 회전하는 기록 가능한 매체는 상기 스핀들 모터에 역기전력(BEMF: back electromotive force)을 생성한다. 부스트 회로(boost circuit)는 스핀들 모터에 있는 역기전력을 캐패시터에 전달하고, 상기 캐패시터는 전력을 저장하여 VCM에 공급한다. 캐패시터는 전력 스위치 회로에 접속되어 전력 스위치 회로가 도통 상태에 있을 때 캐패시터로부터 VCM에 전력을 공급하고, 전력 스위치 회로가 비도통 상태에 있을 때 캐패시터에 의해 VCM에 전력이 공급되는 것을 방지한다. 철회 회로는 전력 스위치 회로가 도통 상태 또는 비도통 상태에 있는지 여부를 지시하는 신호를 전력 스위치 회로에 공급한다. 전력 스위치 회로는 설정된 주파수에서 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 교대하도록 동작하여, 이 주파수에서 캐패시터로부터 VCM으로 전력이 제공되도록 한다.

긴급 철회, 보이스 코일 모터, 변환 헤드, 스핀들 모터, 디스크 드라이브

Description

저비용 긴급 디스크 드라이브 헤드 철회 구조{Low cost emergency disk drive head retract architecture}

도 1은 안전한 파킹 구역을 가진 디스크 드라이브 시스템을 도시한 도면.

도 2는 긴급 철회 능력들을 가진 통상적인 VCM 제어 회로의 개략도.

도 3은 긴급 철회 능력들을 가진 본 발명의 VCM 제어 회로의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

14; 스핀들 모터 24; 구동 제어기

44; 큰 캐패시터 34; 입력 공급

36; 공급 모니터 38; 전하 펌프 회로

40; 철회용 로직 42; 레귤레이터

이 출원은 제이. 브렌덴(J. Brenden) 및 제이. 달버그(J. dahlberg)에 의한 "저비용 긴급 디스크 드라이브 헤드 철회 구조(Low Cost Emergency Disk Drive Head Retract Architecture)"에 대한 2004년 7월 22일 출원된 미국 공개 출원 제60/590,207호의 이점을 주장한다.

전술된 미국 공개 출원 제60/590,207호는 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되었다.

본 발명은 디스크 드라이브들 및 저장 디바이스들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 긴급 전력 손실 동안 안전한 랜딩 구역으로 헤드를 철회시키기 위해 회전하는 스핀들 모터로부터의 역기전력("bemf") 에너지를 활용하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 자기 하드 디스크 드라이브(HDD)는 자기 판독/기록 헤드 및 여러 개의 자기 디스크들을 포함하며, 각 디스크는 데이터를 저장하기 위한 동심의 데이터 트랙들을 가진다. 디스크들은, 디스크들을 스핀하는 스핀들 모터 상에 장착된다. 판독/기록 헤드는 서스펜션 또는 로드 빔에 의해 지탱되는 슬라이더 상에 통상적으로 장착된다. 로드 빔은 구동 장치의 구동 장치 아암에 부착되어, 동작 동안 회전하는 디스크 위에 판독/기록 헤드를 이동시킨다. 디스크들이 스핀함에 따라, 구동 장치 아암으로부터 매달린 슬라이더는 디스크 표면 위의 작은 거리를 "떠 있다(fly)". 슬라이더는 디스크 상의 데이터 트랙으로부터 판독하고 트랙에 기록하기 위한 변환 헤드(transducing head)를 지탱한다.

구동 장치 아암 외에도, 슬라이더 서스펜션의 구동 장치가 선회하는 베어링(bearing)을 포함한다. 보이스 코일 모터(VCM)와 같은 큰 규모의 구동 장치 모터는 디스크의 표면 위에 구동 장치 아암(및 슬라이더)을 이동시키기 위해 사용된다. VCM에 의해 구동될 때, 구동 장치 아암은 슬라이더가 디스크 상의 원하는 데이터 트랙 위에 위치될 때까지 호(arc)를 따라 디스크의 내부 직경에서 외부 직경까지 이동될 수 있다.

제어 회로는 전류를 코일에 제어 가능하게 공급하기 위하여 VCM의 코일에 결합된다. 전류가 코일을 통과하면, 동력은 구동 장치 아암 상에 영향이 미친다.

HDD 내의 파킹 구역들(parking zone)의 하드 드라이브가 동작을 완전히 멈춘 후에 기록/판독 헤드가 안전하게 랜딩되도록 허용한다. HDD가 전력을 끄면, 외부 전원으로부터 실제로 접속 해제하기 전에 특정 동작들을 일반적으로 수행한다. 이들 전력 끄기 동작들 중 하나는 헤드를 파킹 구역에 이동시키기 위하여 구동 장치 아암을 동작시키는 것이다. 전력을 끄기 전에 헤드가 파킹 구역으로 이동되지 않으면, 헤드는 디스크가 스핀을 중단한 후에 디스크 상에 랜딩할 것이며, 잠재적으로 디스크 및 판독/기록 헤드를 손상시킬 것이다.

제어 회로가 전류를 VCM에 공급하는 것이 방지되는 긴급 전력 손실 동안, 판독/기록 헤드는 디스크 및 판독/기록 헤드를 손상시키는 것을 회피하기 위하여 랜딩 구역으로 이동되어야 한다. 이러한 상황은 긴급 철회라 칭해진다. 판독/기록 헤드를 랜딩 구역으로 이동시킬 필요가 있는 전력이 어디에서 나오는지의 문제가 발생한다. 한 가지 해결책은 긴급 철회 동안 VCM의 동력을 공급하기에 충분한 일반적으로 큰 캐패시터의 사용을 통해, 회로에 필요한 에너지를 저장하는 것이다. 다른 해결책은, VCM에 전력을 공급하고 안전한 랜딩 구역에 판독/기록 헤드를 이동시키기 위해 디스크 드라이브 시스템의 동작에 고유한 에너지를 사용하는 것이다. 그러나 디스크가 작을수록, 더 적은 고유 에너지가 안전한 랜딩 구역에 판독/기록 헤드를 이동시키도록 돕기 위해 제공된다.

따라서 충분히 동력화할 수 있고 긴급한 전력 손실 동안 파킹 구역에 판독/기록 헤드를 안전하게 이동시키기 위해 디스크 드라이브 시스템에 이용 가능한 고유 전력을 사용할 수 있는 설계가 필요하다.

본 발명은 외부 전력 공급으로부터의 전력 손실 동안 기록 가능한 매체의 표면으로부터 변환 헤드를 철회시키기 위하여 보이스 코일 모터("VCM")에 전력을 제공하기 위한 디스크 드라이브 긴급 철회 구조이다. 긴급 철회 구조는 디스크 드라이브 시스템의 기록 가능한 매체를 스핀하도록 동작하는 스핀들 모터를 포함한다. 스핀들 모터는 내부 인덕턴스 및 내부 저장을 포함한다. 스핀들 기록 가능한 매체는 스핀들 모터에서 역기전력(BEMF)을 포함한다. 긴급 철회 구조는 스핀들 모터에 유도된 BEMF 에너지를 캐패시터에 전달하는 부스트 회로(boost circuit)를 포함한다. 캐패시터는 BEMF에서 VCM으로 수신된 에너지를 제공한다. 캐패시터에 저장된 에너지는 전력 스위치 회로를 통해 VCM에 제공되며, 전력 스위치 회로가 도통 상태 있을 때 VCM에 전력을 공급하도록 동작하고, 전력 스위치 회로가 비도통 상태에 있을 때 캐패시터로부터 VCM에 전력이 공급되는 것을 방지하도록 동작한다. 철회 회로는 전력 스위치 회로에 신호를 공급하여, 도통 상태 또는 비도통 상태에 있는지 여부를 지시한다. 철회 회로는 신호를 제공하여, 전력 스위치 회로가 설정된 주파수에서 도통 상태와 비도통 상태 사이를 교대하여, 캐패시터로부터 VCM으로 전력이 제공되도록 한다.

도 1은 통상적인 디스크 드라이브 시스템(10)을 도시한 도면이다. 디스크 드라이브 시스템(10)은 디스크(12), 스핀들 모터(14), 판독/기록 헤드(16)를 지탱하는 슬라이더(15), 구동 장치 아암(18), 보이스 코일 모터("VCM")(20), 안전한 랜딩 구역(22), VCM 제어(24) 및 입력 전력 공급(26)을 포함한다.

정규 동작에서, 구동 전류는 구동 장치 아암(18)을 구동하기 위해 VCM(20)에 제공된다. VCM(20)에 의해 구동될 때, 구동 아암(18)은 판독/기록 헤드(16)가 디스크 상의 원하는 데이터 트랙 위에 위치될 때까지 호(28)를 따라 디스크(12)의 내부 직경에서 외부 직경으로 이동될 수 있다.디스크(12)는 데이터 및 위치 정보가 기록되는 복수의 동심 트랙들을 포함한다. 디스크(12)는 디스크(12)를 스핀하게 하는 스핀들 모터(14) 상에 장착된다. 구동 장치 아암(18)으로부터 매달린 판독/기록 헤드(16)는 디스크가 스핀할 때 디스크(12)의 표면 위에 떠 있다. 판독/기록 헤드(16)는 디스크(12)의 트랙들로부터 데이터 및 위치 정보를 판독하고 데이터 및 위치 정보를 표시하는 입력 신호를 발생하도록 동작한다.

디스크 드라이브의 전력이 꺼질 때, 외부 전원으로부터 실제로 접속 해제하기 전에 특정 동작들을 일반적으로 수행한다. 이들 전력 끄기 동작들 중 하나는 판독/기록 헤드(16)를 안전한 랜딩 구역(22)에 이동시키기 위하여 구동 장치 아암(18)을 동작시키는 것이다. 안전한 랜딩 구역(22)은 디스크 드라이브(10)가 동작을 중단한 후에 판독/기록 헤드(16)가 안전하게 랜딩되도록 허용한다. 안전한 랜딩 구역(22)은 디스크(12)의 최외부 에지에 위치되고 판독/기록 헤드(16)를 올리고 상승된 위치에서 디스크(12)를 파킹하기 위한 램프를 통상적으로 포함한다. 헤드가 전 력이 꺼지기 전에 안전한 랜딩 구역(22)에 이동되지 않으면, 판독/기록 헤드(16)는 디스크(12)가 스핀을 중단한 후에 디스크(12) 상에 랜딩되어, 잠재적으로 디스크(12) 및 판독/기록 헤드(16)를 손상시킬 것이다.

불행한 셧다운(즉, 이부 전력이 갑작스럽게 제거됨)의 경우, 판독/기록 헤드(16)를 안전한 랜딩 구역(22)으로 이동시키는 것을 포함하는 전력 끄기 절차들을 수행하기 위한 외부 전력이 존재하지 않는다. 통상적으로, 구동 장치 아암(18)이 판독/기록 헤드(16)를 안전한 랜딩 구역에 두도록 VCM을 구동하기 위해 요구되는 에너지를 저장하기 위해 큰 캐패시터가 사용된다.

도 2는 통상적인 긴급 철회 회로(30)의 개략도이다. 긴급 철회 회로(30)는 판독/기록 헤드가 긴급한 전력 손실 동안 안전한 랜딩 구역으로 이동되도록 충분한 전력을 VCM(32)에 공급하도록 동작한다. 긴급 철회 회로(30)는 외부 전력 공급(34), 공급 모니터(36), 전하 펌프 회로(38), 철회 회로용 로직(40), 전압 레귤레이터(42) 및 큰 캐패시터(44)를 포함한다. VCM(32)의 로드 구성요소들은 저항 RVCM 및 인덕터 LVCM으로 도시되어 있다.

정규 동작 중, 외부 전력 공급(34)이 여전히 이용 가능할 동안, 외부 전력 공급(34)이 전하 펌프 회로(38)에 전력을 공급한다. 전하 펌프 회로(38)는 큰 캐패시터(44)를 큰 전압으로 충전하기 위하여 외부 전력 공급(34)을 부스트하도록 동작한다. 공급 모니터(36)는, 외부 전력 공급(34)으로부터의 입력 전압이, 긴급 철회 동작을 개시해야 한다고 표시하는 하기 주어진 임계값보다 아래로 떨어질 때를 검출하도록 동작한다. 공급 모니터(36)는 철회 회로용 로직(40)에 신호를 전달하며, 철회 회로용 로직(40)은 판독/기록 헤드가 안전한 랜딩 구역으로 철회되도록 VCM(32)에 필요한 전력을 공급하기 위하여 큰 캐패시터(44)에 저장된 에너지를 사용한다. 전압 레귤레이터(42)는 일정한 출력 전압을 유지하도록 동작한다. 큰 캐패시터(44)에 저장된 에너지의 일부는 전압 레귤레이터(42)의 내부 저항을 통해 손실된다. 따라서 큰 캐패시터(44)는 철회 회로용 로직(40) 및 전압 레귤레이터(42)에 전력을 공급하고, 판독/기록 헤드가 긴급한 철회 동안 안전한 랜딩 구역으로 이동되도록 VCM(32)에 충분히 큰 에너지를 제공하도록 충분히 큰 에너지를 저장할 수 있어야 한다.

도 3은 본 발명의 긴급 철회 구조의 예시적 실시예를 도시한 도면이다. 긴급 철회 구조(50)는 긴급 철회 회로(52), 스핀들 모터(54), VCM(56) 및 외부 전력 공급(58)을 포함한다. 스핀들 모터(54)는 도 1에 도시한 바와 같이, 동작 동안 디스크를 회전하도록 동작한다.

이 예시적 실시예에서, 스핀들 모터(54)는 3상 모터이다. 스핀들 모터(54)에 의한 디스크의 회전은 모든 전기 모터에 고유한 역기전력들("BEMF")을 생성한다. 긴급한 전력 손실 동안, 스핀들 모터(54)에 공급될 전력이 없더라도, 고유 에너지는 회전하는 디스크에 존재하는 관성으로 인해 스핀들 모터(54)에 남아 있다. 이 실시예의 3상 모터의 사용은 BEMF(1), BEMF(2) 및 BEMF(3)으로 라벨이 붙여진 3상 오실레이팅 BEMF 전압들의 생성을 유발한다. Rm(1), Rm(2) 및 Rm(3)은 스핀들 모터(54)의 위상들의 내부 저항들을 표시한다. 마찬가지로, Im(1), Im(2) 및Im(3)은 스핀들 모터(54)의 내부 인덕턴스들을 표시한다.

긴급 철회 회로(52)는 공급 모니터(60), 부스트 모니터(62), 부스트 및 철회 로직(64), 트랜지스터들 M1, M2 및 M3, VM 캐패시터(66) 및 전력 인버터(68)를 포함한다. 다수의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5 및 D6)은 "오프(off)"로 스위칭된 트랜지스터들에 존재하는 몸체 다이오드 효과를 표시하기 위하여 도시되어 있다. 따라서 트랜지스터 M1이 부스트 및 철회 로직(64)에 의해 턴 "오프"되고, M1에 존재하는 몸체 다이오드는 다이오드 D1과 같이 전기적으로 동작할 것이다. 다이오드들 D4, D5 및 D6은 부스트 및 철회 동작들 동안 D4, D5 및 D6에 의해 표시된 트랜지스터들이 항상 "오프"로 되고 따라서 전기적으로 다이오드들과 같이 동작하기 때문에 다이오드들로 도시되어 있다. 그러나 MOSFET 트랜지스터들 M1, M2 및 M3이 사용되는 이러한 예시적 실시예에서, 트랜지스터들 M1, M2 및 M3 대신 임의 수의 스위칭 회로들이 사용될 수 있음을 당업자는 알 것이다.

공급 모니터(60)는 외부 전력 공급(58)으로부터의 입력 전압이, 긴급 철회 동작이 개시되어야 함을 나타내는 주어진 임계값보다 아래로 떨어질 때를 검출하도록 동작한다. 긴급 철회가 필요하면, 공급 모니터(60)는 부스트 및 철회 로직(64)에 신호를 전달하여 VCM(56)을 부스트 및 구동하기 시작한다. 부스트 및 철회 로직(64)은 스핀들 모터(54)에 있는 에너지가 VM 캐패시터(66)로 향하도록 동작한다.

부스트 및 철회 로직(64)은 트랜지스터들 M1, M2 및M3의 게이트들에 접속되어 부스트 및 철회 로직(64)이 트랜지스터들을 선택적으로 턴 "온(on)" 및 턴 "오프"하도록 허용한다. 트랜지스터들 M1, M2 및 M3의 드레인들은 각각의 다이오드들 D4, D5 및 D6을 통해 스핀들 모터(54) 및 VM 캐패시터(66) 둘 다에 접속된다. 트랜 지스터들 M1, M2 및M3의 드레인들에 위치된 노드들은 PU, PV 및 PW로 각각 라벨이 붙여진다. 트랜지스터들 M1, M2 및M3의 드레인들은 3상 스핀들 모터(54)의 위상에 각각 접속된다. 트랜지스터 M1의 드레인은 Rm(1) 및Lm(1)을 통해 BEMF(1)에 접속되고, 트랜지스터 M2의 드레인은 Rm(2) 및Lm(2)을 통해 BEMF(2)에 접속되고, 트랜지스터 M3의 드레인은 Rm(3) 및Lm(3)을 통해 BEMF(3)에 접속된다. 스핀들 모터(54)가 2상 모터이기 때문에 각각의 BEMF 전압은 다른 2개의 BEMF 전압들과 위상이 벗어날 것이다. 따라서 상이한 시점들에서, 노드들 PU, PV 및 PW는 BEMF(1), BEMF(2) 및 BEMF(3)의 3개의 위상들과 오실레이팅하는 것에 대응하는 가변 전압 레벨들을 가질 것이다. 트랜지스터들 M1, M2 및 M3의 소스들은 접지에 접속된다. 부스트 및 철회 로직(64)은 전력 인버터(68)에도 또한 접속되어, 전력 인버터(68)가 교대로 턴 "온" 및 턴 "오프"되도록 전력 인버터(68)에 펄스폭 변조("PWM") 신호를 제공하도록 동작한다. 전력 인버터(68)가 턴 "온"되면, VM 캐패시터(66)는 VCM(56)을 구동하도록 동작한다.

긴급 철회 동작들 동안, 부스트 및 철회 로직(64)은 2개의 기능들을 수행한다. 첫 번째, 부스트 및 철회 로직(64)은 스핀들 모터(54)에 고유한 에너지를 부스트하도록 동작한다. 두 번째, 부스트 및 철회 로직(64)은 전력이 VCM(56)에 경제적인 방식으로 공급되도록 인버터(68)를 구동하기 위해 철회 PWM 신호(70)를 전달하도록 동작한다. 이들 동작들은 배타적 방식으로 수행되지 않는다. 부스트 및 철회 로직(64)은 철회 PWM 신호(70)를 전력 인버터(68)에 공급하는 동안 스핀들 모터(54)로부터 에너지를 부스트하도록 동작할 수 있다.

VM 캐패시터(66)가 원하는 전압 레벨로 충전되는 부스트 동작들 동안, 부스트 및 철회 로직(64)은 트랜지스터들 M1, M2 및 M3을 교대로 턴 "온" 및 턴 "오프"함으로써 2 단계의 사이클을 제어하도록 동작한다. 트랜지스터들 M1, M2 및 M3이 "온"일 때의 제 1 단계 동안, 전류는 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및Lm(3)에서 램프 업(ramp up)된다. 제 2 단계 동안, 부스트 및 철회 로직(64)은 트랜지스터들 M1, M2 및 M3을 턴 "오프"하여, 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및Lm(3) 내에 저장된 에너지가 VM 캐패시터(66)에 전달되도록 한다. 이러한 작업들의 동작 방법을 이해하기 위하여, 예시적 사이클이 기술된다. 예시할 목적으로, 사이클의 제 1 단계 동안, BEMF(1)가 가장 높은 전압을 나타내고h, BEMF(2)가 중간 전압을 나타내고, BEMF(3)가 가장 낮은 전압을 나타내도록 BEMF 전압들이 단계적으로 실행되도록 된다. 따라서 노드 PU는 이 시점에서 가장 높은 전압 레벨이 될 것이고, PW는 이 시점에서 가장 낮은 전압 레벨이 될 것이고, 노드 PV는 노드PU 및 PW 사이의 전압에 있을 것이다. 노드 PU가 노드 PW보다 더 높은 전압에 있기 때문에 전류 경로는 노드PW에서 노드 PU로 생성된다. 특히, 전류는 트랜지스터 M3의 소스의 접지 접촉으로부터 부스트 및 철회 로직(64)에 의해 턴 "온"된 트랜지스터 M3을 통해, 그리고 Rm(3) 및Lm(3)을 통한 후, Lm(1) 및 Rm(1)을 통해 노드 PU로 이동할 것이며, 최종적으로, 부스트 및 철회 로직(64)에 의핸 턴 "온"된 트랜지스터 M1를 통해 트랜지스터 M1의 소스에 접속된 접지 접촉으로 이동할 것이다. 노드 PW에서 노드 PU로의 전류 경로의 효과는 인덕터들 Lm(1) 및 Lm(3)에서의 전류의 축적이다.

부스트 동작의 2 단계 동안, 부스트 및 철회 로직(64)은 VM 캐패시터(66)를 충전하기 위한 이용을 위해, 스핀들 모터 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및 Lm(3)에서의 전류 축적을 추출한다. 제 2 단계는 트랜지스터들 M1, M2 및 M3을 턴 "오프"하도록 동작하는 부스트 및 철회 로직(64)에 의해 마킹된다. 트랜지스터들 M1, M2 및 M3이 "오프"될 때, 부스트 동작의 제 1 단계에 관해 논의된 전류 경로가 단절된다. 그러나 부스트 동작의 제 1 단계 동안 축적된 전류는 자기 에너지를 저장하며 전류의 급속한 변화들을 억제하는 스핀들 모터 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및Lm(3)에 의해 유지된다. 상술된 예를 계속하여, 전류가 노드 PW로부터 스핀들 모터 인덕터들 Lm(3) 및 Lm(1)을 통해 노드 PU로 흐르는 것을 상기한다. 스핀들 모터 인덕터들 Lm(3) 및Lm(1)은 트랜지스터들 M1, M2 및M3이 턴 "오프"된 후에도 이 전류가 유지되도록 동작한다. 전류는 전류의 변화들을 억제하는 인덕터들의 성질로 인해 인덕터들 Lm(3) 및 Lm(1)을 통해 계속 흐른다. 트랜지스터들 M1, M2 및M3을 턴 "오프"함으로써, 전류 경로가 변경되어, 현재 전류는 접지로부터, 트랜지스터 M3의 몸체 다이오드 효과를 나타내는 다이오드 D3을 통해, Rm(3) 및Lm(3)을 통해, 그리고 Lm(1) 및 Rm(1)을 통해 노드 PU로 흐른다. 트랜지스터 M1이 "오프"이기 때문에, 전류는 다이오드 D4를 통해 VM 캐패시터(66)로 흐를 것이며, VM 캐패시터(66)의 충전을 유발할 것이다.

상술한 바와 같이, 부스트 및 철회 로직(64)은 트랜지스터들 M1, M2 및 M3이 2 단계 사이클을 생성하도록 동작하며, 이는 부스트 및 철회 로직(64)이 트랜지스터들 M1, M2 및 M3이 턴 "온" 및 턴 "오프"되는 것을 의미한다. 따라서 부스트 및 철회 로직(64)은 스핀들 모터 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및Lm(3)에서 전류를 램프 업 하는 것과 이 전류를 VM 캐패시터(66)에 공급하는 것을 교대로 하도록 트랜지스터들을 동작시킬 것이다. 이러한 방식으로, VM 캐패시터(66)는 원하는 임의의 전압 레벨로 레귤레이팅될 수 있다. 이것은, 스핀들 모터로부터 BEMF 전압을 직접 캐패시터에 공급하는 다른 방법들과 상이하다. 이 방법은 단지, 스핀들 모터에 의해 제공된 BEMF 전압보다 작거나 같은 전압으로 캐패시터가 충전되도록 허용한다. 상술된 본 발명의 예시적 실시예에서, 전류가 스핀들 모터 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및 Lm(3)에 의해 제공되기 때문에, VM 캐패시터(66)의 전압은 임의의 전압으로h 충전될 수 있고, 사실상, EMF(1), BEMF(2) 및BEMF(3)에 의해 제공된 전압 레벨보다 더 높을 수 있다.

부스트 및 철회 로직(64)의 다른 기능은 철회 PWM 신호(70)를 전력 인버터(68)에 제공하여, VCM(56)이 판독/기록 헤드를 철회시키도록 동작하는 것이다. 전력 인버터가 예시적 실시예에서 기술되었지만, 임의 수의 회로들이 전력 인버터(68)의 기능을 수행하기 위해 활용될 수 있음을 당업자는 알 것이다. 도 3에 도시된 본 발명의 예시적 실시예는 VCM(56)에 다수의 개별 전력 버스트들 제공하기 위하여 전력 인버터(68)를 통해 펄스폭 변조("PWM")를 활용한다. 전력 인버터(68)가 "온"이면, 전력은 VM 캐패시터(66)를 통해 전력 인버터(68)를 통해 VCM(56)으로 공급된다. 철회 PWM 신호(70)는 전체 평균 전력량을 VCM(56)에 제공하기 위하여, 레귤레이터 간격들에서 다수의 짧은 전력 버스트를 제공하도록 동작한다. 철회 PWM신호(70)는 듀티 사이클들에 의해 기술되며, 신호가 PWM의 총 사이클에 비해 액티브 상태에 있는 시간량으로 정의된다. 예를 들면, 본 발명의 한 실시예에서, 철회 PWM 신호(70)는 15%의 듀티 사이클을 가지며, 이는 전력 인버터(68)가 15%의 사간 동안 턴 "온"되고, 85%의 시간 동안 턴 "오프"되는 것을 의미한다. 이 방법에서, VCM(56)의 기계적 성질은 전력 인버터(68)가 턴 "오프"되고 VCM(56)에 공급될 전력이 없는 기간들 동안 판독/기록 헤드를 계속 이동시키기 위해 VCM의 관성을 허용하는 이점을 취할 수 있다. 철회 PWM 신호(70)의 사용은 VM 캐패시터(66)에 저장된 에너지의 경제적 사용을 가져온다. 예를 들면, 부스트 및 철회 로직(64)이 15%의 듀티 사이클을 가진 철회 PWM 신호(70)를 전달한다면, 전력 인버터(68)는 단 15%의 시간 동안 VM 캐패시터(66)로부터 전력을 공급받는다.

도 2에 도시되고 종래 기술에 사용된 전압 레귤레이터에 비해, 전력 인버터(68)의 사용은 또한, VM 캐패시터(66)에 저장된 에너지의 경제적 사용을 허용한다. VCM(56)은 철회 PWM 신호(70)가 전력 인버터(66)를 턴 "온"할 때만 전력을 공급받는다. 전력 인버터(66)가 "오프"일 때, VM 캐패시터(66)로부터 무시해도 좋은 전류가 공급된다. 예시적 실시예에서, 전력 인버터(66)는 상보성 금속 산화 반도체들("CMOS")을 사용한다.

본 발명의 예시적 실시예에서, 철회 PWM 신호(70)는 트랜지스터 M1, M2 및 M3이 턴 "온" 및 턴 "오프"되는 사이클의 역이다. 이 실시예에서, PWM 신호는 전력 인버터(68)가 "온"이 되게 할 때, 트랜지스터들 M1, M2 및M3이 "오프"된다. 예를 들면, PWM 신호가 15%의 듀티 사이클을 가질 때, 전력 인버터(68)는 15%의 시간 동안 "온"이 될 것이다. 이것은 트랜지스터들 M1, M2 및M3이 85%의 시간 동안 "온"이 되고, 15% 시간 동안 "오프"될 것임을 의미한다. 이 장치의 이점은 전력 캐패시터 (68)가 VM 캐패시터(66)로부터 전력을 공급받는 듀티 사이클의 15% 동안, VM 캐패시터(66)를 충전하는데 사용되는 인덕터들 Lm(1), Lm(2) 및Lm(3)에 의해 제공된 인덕터 전류로부터 전력을 공급받을 수도 있다는 점이다. 이것은 VM 캐패시터(66)의 용량을 더 작게 되도록 허용한다.

따라서 본 발명은 긴급한 전력 손실 상황들 동안 디스크 표면으로부터 안전한 랜딩 구역으로 판독/기록 헤드를 철회시키기 위해 디스크 드라이브 스핀들 모터로부터의 역기전력들을 활용하기 위나 구조를 기술한다. 이 구조는 동작한다. 일련의 트랜지스터들은 저장된 에너지를 부스트 및 추출하기 위해 사용된다. 에너지는 보이스 코일 모터에 제공되어, 판독/기록 헤드가 디스크로부터 이동되고 안전한 랜딩 구역상에 놓이게 된다.

본 발명이 양호한 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 형태의 변경들이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

본 발명의 디스크 드라이브 긴급 철회 구조에 의하면, 충분히 동력화할 수 있고 긴급한 전력 손실 동안 파킹 구역에 판독/기록 헤드를 안전하게 이동시키기 위해 디스크 드라이브 시스템에 이용 가능한 고유 전력을 사용할 수 있다.

Claims

외부 전력 공급으로부터의 전력 손실 동안 기록 가능한 매체의 표면으로부터 변환 헤드(transducing head)를 철회시키기 위해 보이스 코일 모터(VCM)에 전력을 제공하는 디스크 드라이브 긴급 철회 구조(emergency retract architecture)에 있어서,

상기 기록 가능한 매체를 회전시키는 스핀들 모터(spindle motor)로서, 상기 스핀들 모터는 내부 인덕턴스 및 내부 저항을 포함하고, 상기 회전하는 기록 가능한 매체는 상기 스핀들 모터에 역기전력(BEMF: back electromotive force)을 생성하는, 상기 스핀들 모터;

전력을 저장하여 상기 VCM에 공급하기 위한 캐패시터;

상기 스핀들 모터로부터 상기 캐패시터로 에너지를 전달하기 위한 부스트 회로(boost circuit);

상기 캐패시터 및 상기 VCM에 접속된 전력 스위치 회로로서, 상기 전력 스위치 회로가 도통 상태에 있을 때 상기 캐패시터로부터 상기 VCM으로 전력을 공급하고, 상기 전력 스위치 회로가 비도통 상태에 있을 때 상기 캐패시터에 의해 상기 VCM에 전력이 공급되는 것을 방지하는, 상기 전력 스위치 회로;

상기 전력 스위치 회로에 신호를 공급하는 철회 회로로서, 상기 전력 스위치 회로는 설정된 주파수에서 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 교대되어, 상기 VCM에 의한 상기 교환 헤드의 철회를 위해 상기 캐패시터로부터 전력이 제공 되게 하는, 상기 철회 회로를 포함하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 1 항에 있어서,

도통 상태 또는 비도통 상태 중 어느 한 상태가 되도록 상기 부스트 회로에 의해 제어되는 제 1 스위칭 회로; 및

도통 상태 또는 비도통 상태 중 어느 한 상태가 되도록 상기 부스트 회로에 의해 제어되는 제 2 스위칭 회로를 더 포함하고,

상기 부스트 회로는, 상기 제 1 스위칭 회로와 제 2 스위칭 회로를 선택적으로 도통 상태로 두도록 동작하여, 상기 회전하는 기록 가능한 매체에 의해 생성된 상기 BEMF가 상기 제 1 스위칭 회로와 제 2 스위칭 회로 사이의 제 1 전류 경로와 상기 스핀들 모터를 통해 제 1 전류가 흐르게 하고, 상기 제 1 전류는 상기 스핀들 모터를 통해 흘러 에너지가 상기 스핀들 모터의 내부 인덕턴스에 저장되게 하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 2 항에 있어서,

상기 부스트 회로는, 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 선택적으로 비도통 상태로 두도록 동작하여, 상기 스핀들 모터의 내부 인덕턴스에 저장된 상기 에너지가 상기 스핀들 모터로부터 상기 캐패시터까지의 제 2 전류 경로에서 제 2 전류가 흐르게 하여, 에너지가 상기 캐패시터에 저장되게 하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 3 항에 있어서,

상기 제 2 전류는 상기 전력 스위치 회로가 상기 철회 회로에 의해 도통 상태로 놓일 때 상기 VCM에 전력을 공급하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 스핀들 모터는, 제 1 BEMF, 상기 제 1 BEMF와 위상이 벗어난 제 2 BEMF, 및 상기 제 1 BEMF 및 상기 제 2 BEMF와 위상이 벗어난 제 3 BEMF를 유발하는 3상 모터이고;

상기 스핀들 모터에 접속되어, 상기 제 1 스위칭 회로가 상기 제 1 BEMF의 값에 따라 전류를 소스 또는 싱크하도록 하는 제 1 스위칭 회로;

상기 스핀들 모터에 접속되어, 상기 제 2 스위칭 회로가 상기 제 2 BEMF의 값에 따라 전류를 소스 또는 싱크하도록 하는 제 2 스위칭 회로; 및

상기 스핀들 모터에 접속되어, 상기 제 3 스위칭 회로가 상기 제 3 BEMF의 값에 따라 전류를 소스 또는 싱크하도록 하는 제 3 스위칭 회로를 더 포함하고;

상기 부스트 회로는, 상기 제 1 스위칭 회로, 상기 제 2 스위칭 회로 및 상기 제 3 스위칭 회로를 도통 상태로 두도록 동작 가능하여, 상기 제 1 BEMF, 상기 제 2 BEMF 및 상기 제 3 BEMF가 상기 스핀들 모터를 통해 제 1 전류를 발생하도록 허용하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 전류는 에너지가 상기 스핀들 모터의 상기 내부 인덕턴스에 저장되도록 하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
제 6 항에 있어서,

상기 부스트 회로는, 상기 제 1 스위칭 회로, 상기 제 2 스위칭 회로 및 상기 제 3 스위칭 회로를 비도통 상태로 두도록 동작 가능하여, 상기 스핀들 모터의 상기 내부 인덕턴스에 저장된 에너지로 하여금, 제 2 전류가 상기 인덕터 모터로부터 상기 캐패시터로 흐르게 하는, 디스크 드라이브 긴급 철회 구조.
긴급한 전력 손실 동안 판독/기록 헤드를 철회시키는 방법에 있어서,

회전하는 디스크의 관성에 의해 스핀들 모터에 생성된 역기전력(BEMF) 에너지를 캐패시터에 전달하는 단계;

상기 캐패시터에 저장된 에너지를 전력 스위치 회로에 공급하는 단계로서, 상기 전력 스위치 회로는 상기 전력 스위치 회로가 도통 상태에 있을 때 철회 모터에 전력을 공급하도록 동작하고, 상기 전력 스위치 회로가 비도통 상태에 있을 때 상기 캐패시터에 의해 전력이 공급되는 것을 방지하는, 상기 에너지 공급 단계; 및

상기 전력 스위치 회로를 설정된 주파수에서 상기 도통 상태와 상기 비도통 상태 사이에서 교대함으로써, 상기 캐패시터에 의해 상기 철회 모터에 공급되는 평균 전력량을 유발하는 철회 모터 구동 단계를 포함하는, 판독/기록 헤드 철회 방 법.
제 8 항에 있어서,

상기 회전하는 디스크의 관성에 의해 스핀들 모터에 생성된 역기전력(BEMF) 에너지를 캐패시터에 전달하는 단계는,

제 1 스위칭 회로 및 제 2 스위칭 회로를 도통 상태로 유지하는 단계로서, 유도 에너지가 상기 스핀들 모터에서 발생되도록 상기 스핀들 모터를 통해 제 1 전류가 흐르게 하는, 상기 유지 단계; 및

상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 비도통 상태로 스위칭함으로써 에너지가 상기 캐패시터에 전달되도록, 상기 스핀들 모터에서 발생된 유도 에너지로 하여금 상기 스핀들 모터 및 상기 캐패시터 사이에 제 2 전류가 유도되게 하는 단계를 더 포함하는, 판독/기록 헤드 철회 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 전력 스위치 회로가 상기 도통 상태에 있을 때 상기 스핀들 모터에 발생된 상기 유도 에너지가 상기 철회 모터에 인가되도록, 상기 제 2 전류를 상기 전력 스위치 회로에 인가하는 단계를 더 포함하는, 판독/기록 헤드 철회 방법.
긴급한 전력 손실 동안 디스크로부터 안전한 랜딩 구역으로 변환 헤드를 철회시키기 위한 긴급 철회 구조에 있어서,

전력이 상기 VCM에 공급될 때 상기 변환 헤드를 철회시키는 보이스 코일 모터(VCM);

상기 디스크를 회전시키기 위한 3상 전기 모터로서, 상기 회전하는 디스크는 상기 전기 모터에 3상 역기전력을 생성하고, 상기 전기 모터는 내부 인덕턴스를 더 포함하는, 상기 3상 전기 모터;

상기 전기 모터에 결합된 캐패시터;

전력 스위치 회로로서, 상기 전력 스위치 회로가 도통 상태에 있을 때 상기 캐패시터로부터 상기 VCM으로 전력을 공급하도록 동작하고, 상기 전력 스위칭 상태가 비도통 상태에 있을 때 상기 캐패시터에 의해 전력이 공급되는 것을 방지하는, 상기 전력 스위치 회로;

도통 상태 및 비도통 상태를 갖는 적어도 하나의 스위칭 회로; 및

상기 적어도 하나의 스위칭 회로 및 상기 전력 스위치 회로에 결합된 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 상기 도통 상태로 두어 전류가 상기 전기 모터의 상기 인덕턴스에 축적(build up)되도록 하고, 상기 제어 회로는 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 상기 비도통 상태로 두어 전류가 상기 전기 모터의 상기 인덕턴스에서 상기 캐패시터로 공급(draw)되도록 하고, 상기 제어 회로는 또한 상기 전력 스위치 회로를 주어진 주파수에서 상기 도통 상태 및 상기 비도통 상태 사이에 교대로 두도록 동작하여, 상기 제어 회로에 의해 지시된 주파수에서 상기 캐패시터에 저장된 전력이 상기 VCM에 공급되도록 하는, 상기 제어 회로를 포함하는, 긴급 철회 구조.
제 11 항에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 전력 스위치 회로를 상기 비도통 상태로 두는 내내 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 상기 도통 상태로 두고, 상기 제어 회로는, 상기 제어 회로가 상기 전력 스위치 회로를 상기 도통 상태로 두는 내내 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 상기 비도통 상태로 두는, 긴급 철회 구조.
제 12 항에 있어서,

상기 제어 회로는 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 85% 시간 동안 상기 도통 상태로 두고, 상기 제어 회로는 상기 전력 스위치 회로를 15% 시간 동안 상기 도통 상태로 두는, 긴급 철회 구조.
제 11 항에 있어서,

상기 제어 회로는 상기 제어 회로가 상기 전력 스위치 회로를 상기 도통 상태로 두는 시간과 동일 시간에 상기 적어도 하나의 스위칭 회로를 상기 도통 상태로 두는, 긴급 철회 구조.