DE4123566A1 - Festplattenlaufwerk mit niedriger stromaufnahme - Google Patents
Festplattenlaufwerk mit niedriger stromaufnahmeInfo
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- G11B19/2009—Turntables, hubs and motors for disk drives; Mounting of motors in the drive
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochgeschwindigkeits-
Winchester- oder Festplattenlaufwerk-Speichersystem.
Es wurde bereits vorgeschlagen, für Festplattenlaufwerke
bzw. Festplattenantriebe Schaltregel-Stromversorgungen oder
-umsetzer bzw. -netzteile zu verwenden, wie dies beispiels
weise aus der US-PS 48 39 754 hervorgeht, die auf die Anmel
der der vorliegenden Erfindung zurückgeht.
Auf dem Gebiet der Festplatten-Laufwerke haben 5 1/4-Zoll Plat
tensysteme als Industriestandard Gesamtabmessungen mit einer
Höhe von 3,52 Zoll (82,6 mm), einer Breite von 5,75 Zoll
(146 mm) und einer Tiefe von 8,0 Zoll (203 mm). Hierbei ha
ben sich auch Standards für die zulässigen Umgebungsbedin
gungen durchgesetzt, wobei sich die Betriebstemperatur von
5°C bis 50°C erstreckt und die Temperatur bei Nichtbetrieb
oder Speichertemperatur einen Bereich von -40°C bis +65°C
umfaßt.
Es war bislang weitgehend üblich, die jeweiligen Plattenan
triebe derart zu betreiben, daß die Drehgeschwindigkeit der
Platten 3600 UpM beträgt, was bedeutet, daß die Platten in
16,67 Millisekunden eine Umdrehung durchführen. Bei derarti
gen Systemen beträgt die durchschnittliche Verzögerungszeit
oder die zum Zugriff auf einen Sektor der digitalen Daten
benötigte Zeit ungefähr 8,33 Millisekunden oder die Hälfte
der für eine Umdrehung benötigten Zeit. Vor einigen Jahren
betrug die durchschnittliche Suchzeit für den Zugriff auf
verschiedene Datenspuren auf einem Festplatten-Laufwerk
ungefähr 32 Millisekunden, wobei diese Zugriffszeit auf
grund verbesserter Technologie nunmehr auf ungefähr 12
Millisekunden verringert werden konnte.
Um die Verzögerungszeit weiter zu verringern werden neuer
dings die Drehzahlen mancher Festplatten-Antriebsmotoren von
3600 UpM auf 5400 UpM erhöht, wodurch sich die durchschnitt
liche Zugriffszeit auf einen Sektor in einer gegebenen
Datenspur von ungefähr 8,33 Millisekunden auf ungefähr 5,56
Millisekunden verringert.
Mit erhöhter Geschwindigkeit bzw. Drehzahl erhöht sich
jedoch auch der Leistungsbedarf für den Antrieb, da sich die
benötigte Antriebsleistung bei erhöhter Drehzahl mit dem
Quadrat der Drehzahl erhöht. Aufgrund dessen waren manche
Hersteller dazu gezwungen, Kühlkörper oder Kühlrippen vorzu
sehen, welche die durch den jeweiligen Industriestandard
vorgegebenen Abmessungsgrenzen für bestimmte Festplatten-
Laufwerke, wie beispielsweise die eingangs erläuterten
Abmessungen, überschreiten.
Bei der in der US-PS 48 39 754 vorgeschlagenen Motor-Ansteu
erschaltung wird eine Schaltregel-Stromversorgung verwendet,
bei der ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor
(MOSFET) in p-Kanal-Ausführung dazu verwendet wird, die
durch eine 12-Volt Versorgungsspannung vorgegebene Leistung
auf eine niedrigere Spannung umzusetzen, um den mit 3600 UpM
laufenden Motor zu versorgen, wobei hierdurch ein höherer
Wirkungsgrad erzielbar ist, als mit herkömmlichen linearen
Leistungs- bzw. Spannungsreglern. Ein Leistungs-MOSFET in p-
Kanal-Ausführung hat jedoch einen Widerstand, der ungefähr
das 2- bis 3-fache desjenigen eines komplementären
Leistungs-MOSFETs in n-Kanal-Ausführung beträgt (typisch 0,3
Ohm für einen p-Kanal-Transistor und 0,1 Ohm für einen n-
Kanal-Transistor); aufgrund der Schaltungsparameter eines
für ein mit 5400 UpM betriebenes Festplatten-Laufwerk vorge
sehenen Motors erhöht der Widerstand einer derartigen p
Kanal-MOSFETS die Verlustleistung der Schaltung auf einen
unerwünscht hohen Wert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den
Leistungsbedarf für die Ansteuerschaltungen von Festplatten-
Laufwerken zu verringern, insbesondere von solchen Laufwer
ken, die Hochgeschwindigkeits-Spindelmotoren aufweisen, wie
beispielsweise die mit 5400 UpM laufenden Motoren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 an
gegebenen Maßnahmen gelöst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine
Stromversorgung des Schaltreglertyps oder ein Gleich
strom/Gleichstrom-Umsetzer für einen mit 5400 UpM betriebe
nen Motor vorgeschlagen, die bzw. der eine niedrige Verlust
leistung aufweist. Bei einer +12 Volt Standard-Stromversor
gung für eine Festplatten-Ansteuerschaltung des in dem vor
genannten Patent beschriebenen Typs befindet sich hierzu der
Schalttransistor des Schaltreglers nahe der Masseseite der
Schaltung, so daß ein einen niedrigen Widerstand aufweisen
der n-Kanal-Leistungs-MOSFET als Schalttransistor verwendet
werden kann. Ferner wird die Gate-Steuerspannung für n-
Kanal-Phasenkommutierungs-MOSFET-Transistoren, die dem Motor
einen gephasten bzw. getakteten Strom zuführen, von dem 12
Volt Versorgungspegel auf 18 Volt erhöht, um die Kommutie
rungstransistoren sicher zu betreiben.
Es sei angemerkt, daß die dem Motor zugeführte Leistung
geändert werden kann, indem das Tastverhältnis in der
Schaltregel-Stromversorgung bzw. dem Umsetzer geändert wird;
die Schaltregel-Stromversorgung bzw. der Umsetzer umfaßt (1)
einen Eingangs-Tiefpaßfilter, um sicherzustellen, daß Strom
schwankungen des Schaltreglers nicht zurückwirken auf die 12
Volt Stromversorgung, sowie (2) einen Ausgangs-Tiefpaßfil
ter, um die Stromimpulse aus dem Stromversorgungs-
Schalttransistor zu glätten.
Gemäß einem breiteren Aspekt der Erfindung befindet sich
eine Schaltregel-Stromversorgung bzw. ein Umsetzer für ein
Hochgeschwindigkeits-Plattenlaufwerks des Winchester-Typs
auf der Masseseite der Leistungsschaltung und verwendet
einen einen niedrigen "EIN-Widerstand" aufweisenden n-Typ
oder n-Kanal-Transistor, vorzugsweise einen Leistungs-
MOSFET.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Fühlwi
derstand zwischen dem Schaltregler und Masse geschaltet und
mißt dadurch den von der Stromversorgung verbrauchten Strom;
im Gegensatz dazu mißt ein bei dem herkömmlichen, aus der
US-PS 49 39 754 bekannten System vorgesehener Fühlwiderstand
lediglich den Motorstrom und zeigt dadurch nicht die von der
Stromversorgung insgesamt benötigte Leistung an, was in
Abhängigkeit von der Temperatur, dem jeweiligen Tastverhält
nis und anderen Faktoren zu Schwankungen in den jeweiligen
Verlusten des Schaltreglers führen kann.
Es sei am Rande bemerkt, daß sich der herkömmliche und logi
sche Ort für eine Stromversorgung des Schaltreglertyps an
dem Hochspannungseingang zur Schaltung befindet; die Erfin
der vorliegender Anmeldung haben jedoch überraschend festge
stellt, daß der ungewöhnliche Ort des Schalt-Leistungsum
setzers an der Masseseite einer derartigen Festplatten-
Ansteuerschaltung sowie die Wahl eines einen niedrigen "EIN-
Widerstand" aufweisenden n-Kanal-Leistungs-MOSFETs als
Schalttransistor vorteilhaft dazu führt, daß der Wirkungs
grad der Schaltung deutlich erhöht und die Verlustleistung
sowie die Wärmeentwicklung entsprechend verringert wird.
Die betriebliche Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen
Leistungsumsetzschaltung erlaubt es, bei einer gegebenen
Größe des Motors eine leichte und unabhängige Wahl bei der
Auswahl der Motor-Drehmomentkonstanten (Kt) und des Wick
lungswiderstands (Rm) zu treffen. So sind beispielsweise, um
einen Konstantdrehzahl-Spindelmotor mit einer Drehzahl von
5400 UpM zu betreiben, eine höhere mechanische Ausgangslei
stung und eine niedrigere Rückwärts-EMK-Spannung erforder
lich. Dies bedeutet, daß ein Motor benötigt wird, bei dem
sowohl die Drehmomentkonstante (Kt) als auch der Wicklungs
widerstand (Rm) relativ gering sind. Bei einer geringeren
Drehmomentkonstanten wird jedoch ein höherer Anlauf- und
Betriebsstrom benötigt. Dies bedeutet, daß dem Motor eine
höhere Leistung zugeführt werden muß. Diese Faktoren führen
dazu, daß bei höheren Motordrehzahlen, wie beispielsweise
bei 5400 UpM eine wirksame Leistungshandhabung sowohl bei
dem Schaltregel-Leistungsumsetzer als auch bei den anderen
Spindelantriebs-Schaltungen erforderlich ist. So kann
beispielsweise ein mit 5400 UpM betriebener Motor eine Dreh
momentkonstante von ungefähr 1,6 Unzen-Zoll pro Ampere und
einen Widerstand von ungefähr 0,45 Ohm aufweisen, wohingegen
die vergleichbaren Werte bei einem mit 3600 UpM betriebenen
Motor ungefähr 2,5 Unzen-Zoll pro Ampere und 0,8 Ohm betra
gen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 anhand eines Blockdiagramms eines Festplattenlauf
werk-Speichersystems das der Erfindung zugrundelie
gende Prinzip; und
Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild, das zur Analyse
gattungsgemäßer Systeme verwendet wird.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild weist ein
Festplatten-Laufwerksystem ein Festplatten-Laufwerk 12 mit
einem Motor auf, der mit einer Drehzahl von 5400 UpM
rotiert.
Dieser Motor kann beispielsweise von demjenigen Typ sein,
der in der oben erwähnten US-PS 48 39 754 beschrieben ist,
wobei gewisse deutliche Unterschiede, wie vorstehend erläu
tert, vorhanden sind. Der Motor kann jedoch einen Permanent
magnet-Rotor aufweisen, der eine im wesentlichen zylindri
sche Gestalt hat und an dem die Speicherplatten befestigt
sind. Der Motor kann darüberhinaus einen feststehenden inne
ren Stator mit drei Phasen aufweisen, die in bekannter Weise
aufeinanderfolgend angesteuert werden, um mit dem Permanent
magnet-Rotor in Wechselwirkung zu treten, wenn aufeinander
folgende Phasen mit Strom versorgt werden. Es sei angemerkt,
daß die Zeichnungen und die Beschreibung der US-PS 48 39 754
hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufge
nommen werden, wobei die Unterschiede zwischen dem in dieser
Patentschrift offenbarten System und der vorliegenden Erfin
dung in vorliegender Anmeldung jeweils eigens erläutert
sind. Was den Motor betrifft, so wurde beispielsweise die
Motor-Drehmomentkonstante von ungefähr 2,5 Unzen-Zoll pro
Ampere des in der der US-PS 48 39 754 vorgesehenen, mit 3600
UpM rotierenden Motors auf ungefähr 1,6 Unzen-Zoll pro
Ampere bei dem in vorliegender Erfindung vorgesehenen, mit
5400 UpM rotierenden Motor verringert. Darüberhinaus wurde
der Widerstand bzw. der Wicklungs-Widerstand von ungefähr
0,8 Ohm auf ungefähr 0,45 Ohm verringert. Dies wurde im
wesentlichen dadurch erreicht, daß für die Statorwicklungen
ein Draht mit größerem Durchmesser verwendet wurde und ent
sprechend weniger Windungen vorgesehen wurden.
Gemäß Fig. 1 liegt an einer Leitung 14 eine 12 Volt Stan
dard-Stromversorgungs-Eingangsspannung an. Diese Leitung ist
an drei p-Kanal-Feldeffekttransistoren 16, 18 und 20 ange
schlossen, bei denen es sich vorzugsweise um Leistungs-
MOSFETs handelt, die an das Festplatten-Laufwerk 12 bzw. an
dessen Motor über Leitungen 22, 24 bzw. 26 angeschlossen
sind. Diese p-Kanal-Transistoren werden durch Anlegen einer
positiven Spannung, wie beispielsweise von +12 Volt, die von
der 12 Volt Stromversorgung geliefert wird, normalerweise in
dem ausgeschalteten Zustand gehalten, wobei diese Spannung
an die Steuerungs-Gateelektroden dieser Transistoren ange
legt wird. Durch Anlegen eines Signals an die Gateelektro
den, das bezüglich der Sourceelektroden im wesentlichen
negatives Potential hat, wie beispielsweise Massepotential,
werden die Transistoren selektiv und aufeinanderfolgend ein
geschaltet. Wenn die jeweilige Sourceelektrode das positive
12 Volt Potential der Stromversorgungsleitung 14 aufweist,
werden diese p-Kanal-Leistungs-MOSFETs durch Anlegen eines
wesentlich niedrigeren Potentials, wie beispielsweise Masse
potential, an ihre Gateelektroden eingeschaltet. Ein weite
rer Satz von drei n-Kanal-Leistungs-MOSFETs 30, 32 und 34
ist vorgesehen, um einen Strom-Rückpfad aus dem Festplatten-
Laufwerk 12 zu schaffen. So kann beispielsweise der Transi
stor 16 und der Transistor 32 eingeschaltet werden, um eine
Phase des Dreiphasen-Permanentmagnet-Motors zu erregen,
wobei diese zwei Transistoren während des darauffolgenden
Intervalls ausgeschaltet werden, worauf der nächste Satz der
Leistungs-MOSFETs, wie beispielsweise der Transistor 18 und
der Transistor 34, in den leitenden Zustand gebracht werden
kann, so daß die nächste Phase der Statorwicklungen des Per
manentmagnet-Motors erregt wird. Es ist weiterhin anzumer
ken, daß ein positives Gate-Source-Potential von +18 Volt
verwendet wird, um die n-Kanal-Leistungs-MOSFET-Transistoren
30, 32 und 34 einzuschalten. Zu diesem Zweck ist eine Span
nungserhöhungsschaltung 28 vorgesehen, die eine Spannung von
+18 Volt liefert, von der diese Kommutierungs-Steuersignale
abgeleitet werden.
Nachfolgend wird eine Schaltregel-Stromversorgung oder
Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzschaltung 38 näher erläutert.
Diese weist einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET 40 als
Schalttransistor, eine Schottky-Diode 42, zwei Spulen 44 und
46 sowie zwei Kondensatoren 48 und 50 auf. Der von dem Motor
jeweils aufgenommene Strom wird indirekt anhand der Spannung
ermittelt, die an einem Widerstand 52 anliegt, wobei das
entsprechende Signal über eine Leitung 54 zu einer Motor
und Tastverhältnis-Steuereinheit 56 rückgekoppelt wird. Über
eine Leitung 58 werden an die Gateelektrode des Schalttran
sistors 40 positive Impulse mit einer konstanten Frequenz
angelegt, die vorzugsweise relativ hoch ist und beispiels
weise 100 und 200 kHz oder mehr beträgt. Zur Änderung der
Stromstärke des den Motor 12 zugeführten Stroms wird die
Breite der an die Gateelektrode des Leistungs-MOSFETs 40
angelegten Impulse geändert. Die Betriebsweise der Schaltung
38 entspricht im wesentlichen der in der US-PS 48 39 754 ge
zeigten Schaltung. Es ist zu beachten, daß ein durch die
Spule 44 und den Kondensator 48 gebildetes Tiefpaßfilter
verhindert, daß durch das Schalten des Transistors 40 ent
stehende Hochfrequenzkomponenten über die Leitung 14 zu der
Stromversorgung zurückgekoppelt werden bzw. sich auf diese
auswirken. In ähnlicher Weise bewirken die Spule 46 und der
Kondensator 50 eine Glättung der von dem Schalttransistor 40
abgegebenen Gleichstromimpulse.
Zu dem Fühlwiderstand 52 ist anzumerken, daß die an diesem
abfallende Spannung ein direktes Maß für denjenigen Strom
ist, der aus der 12 Volt Spannungsversorgung aufgenommen
wird. Hierin liegt ein Unterschied zu dem Fühlwiderstand des
in der US-PS 48 39 754 gezeigten Schaltung, bei welcher der
durch den Fühlwiderstand fließende Strom der von dem Motor
aufgenommene Strom ist, wie dies vorstehend erläutert wurde.
Die am Fühlwiderstand 52 abfallende Spannung wird der
Steuereinheit 56 zugeführt und mit weiteren Signalen verar
beitet, um das Tastverhältnis des Transistors 40 zu steuern,
wodurch die über die 12 Volt Stromversorgung aufgenommende
Maximalleistung gesteuert wird. Der aus der 12 Volt Strom
versorgung aufgenommene Gesamtstrom darf beispielsweise 3,5
Ampere nicht übersteigen, weshalb die Steuereinheit unter
Berücksichtigung des über den Fühlwiderstand 52 anliegenden
Signals, das die Stärke des jeweils aufgenommenen Stroms
angibt, das Tastverhältnis der Schaltung 38 derart
beschränkt, daß ein Überschreiten dieser Stromgrenze verhin
dert ist.
Wie bereits erwähnt, hat ein n-Kanal-Leistungs-MOSFET als
Schalttransistor 40 einen deutlich niedrigeren Widerstand im
eingeschalteten Zustand als ein entsprechender p-Kanal-
Leistungs-MOSFET, wie er bei der aus der US-PS 48 39 754 be
kannten Schalt-Leistungsregelungsschaltung verwendet wird.
Folglich sind die Wärmeentwicklung und die Leistungsverluste
bei dem mit variablem Tastverhältnis arbeitenden Schalttran
sistor 40 im Vergleich zu der aus der US-PS 48 39 754
bekannten Schaltung deutlich verringert.
Nachfolgend wird auf Fig. 2 bezuggenommen, die eine Strom
quelle 60 zeigt, welche einem Motor 62 Leistung bzw. Strom
zuführt, wobei mit Rm der Widerstandswert des Motors 62, mit
RS der Widerstandswert des Fühlwiderstands und mit REX wei
tere externe Widerstände bezeichnet sind. Mit PSR ist die
Verlustleistung des Schaltreglers bezeichnet. Die Strom
quelle 62 weist, wie vorstehend erwähnt, eine Versorgungs
spannung VT von 12 Volt auf, während ein maximaler Gesamt
strom IT der Stromquelle, der zum Ansteuern des Motors
währenddesssen Inbetriebnahme aus dem Stillstand heraus zur
Verfügung steht, 3,5 Ampere beträgt.
Folglich gilt:
Verfügbare Leistung = VT × IT = 12 × 3,5 = 42 W (1)
Es sei angemerkt, daß der Spindelmotor zum Start aus dem
Stillstand heraus ungefähr 6 Ampere benötigt, um die von
seinen Lagern und der Kopfträger-Schnittstelle ausgeübten
Haftreibungskräfte zu überwinden. Demnach gilt für den
Motorstrom:
IM = 6 A (2)
Ein p-Kanal-Leistungs-MOSFET hat einen "EIN-Widerstand" (Ron)
von ungefähr 0,3 Ohm, wodurch die maximale Verlustleistung
des Schaltregeltransistors sich ungefähr wie folgt errech
net:
Ein n-Kanal-Leistungs-MOSFET hat demgegenüber einen "EIN-
Widerstand (Ron) von ungefähr 0,1 Ohm, weshalb sich die
maximale Verlustleistung des Schaltregeltransistors ungefähr
wie folgt errechnet:
Aus den obigen Berechnungen folgt, daß im Falle der Verwen
dung eines p-Kanal-MOSFETs als Schalttransistor in dem
Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer ungefähr 25% der Leistung
im Umsetzer verloren gehen, während im Falle der Verwendung
eines n-Typ-MOSFETs der entsprechende Prozentsatz der Ver
lustleistung auf ungefähr 9% fällt.
Die vorstehenden Berechnungen bestätigen damit die sehr
deutliche Verringerung in der Verlustleistung und den ent
sprechend erhöhten Wirkungsgrad, der mit der neuartigen
Schaltungsanordnung erzielt wird.
Für das vorstehend im einzelnen beschriebene Ausführungsbei
spiel der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen und Ände
rungen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu ver
lassen.
So ist es beispielsweise möglich, anstelle des MOSFETs 40
andere Hochgeschwindigkeits-Transistoren zu verwenden; wei
terhin können in der Schaltung 38 verschiedenartige Filter
schaltungen zur Erfüllung des gleichen Zwecks verwendet wer
den, anstelle des vorstehend beschriebenen, mit 5400 UpM ro
tierenden Motors können andere Typen von Hochgeschwindig
keits-Motoren verwendet werden und der Grundgedanke der
Erfindung ist ebenso für Festplatten-Laufwerke sowohl magne
tischer als auch optischer Art verwendbar, die eine andere
Größe als das erläuterte 5 1/4-Zoll Laufwerk aufweisen.
Schließlich ist es auch möglich, bei Verwendung von Impulsen
von im wesentlichen konstanter Breite das Tastverhältnis
durch Änderung der "AUS-Zeit" zu verändern, wodurch die sehr
hohe Frequenz des Zyklus geändert wird, anstelle die Impuls
breite mit einer konstanten Frequenz zu ändern.
Offenbart wird ein digitales Speichersystem in Form eines
Festplatten-Laufwerks, bei dem ein erhöhter Leistungswir
kungsgrad und geringere Leistungsverluste dadurch erreicht
werden, daß ein Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungsumsetzer
des Schaltregeltyps zur Steuerung der Drehzahl eines Spin
delmotors verwendet wird, bei dem sich ein einen niedrigen
EIN-Widerstand aufweisender n-Kanal-Leistungs-MOSFET-Transi
stor in der Masseseite der Motor-Ansteuerschaltung befindet.
Eine Spannungserhöhungs-Schaltung liefert den für die Kommu
tierung der Motorleistungsphasen vorgesehenen Schalttransi
storen höhere Gatesteuerungs-Schaltspannungen. Zwischen dem
Umsetzer und Masse ist ein Fühlwiderstand geschaltet, wobei
die an diesem Fühlwiderstand abfallende Spannung ein Signal
liefert, das der Motor-Ansteuerschaltung zugeführt wird, um
das Tastverhältnis des Umsetzers zur Regelung des dem Motor
zugeführten Spitzenstroms zu ändern.
Claims (20)
1. Digitales Festplattenspeichersystem mit niedrigem
Leistungsbedarf und hohem Leistungs-Wirkungsgrad mit:
einem Festplatten-Laufwerk (12) mit Speicherplatten und
einem Permanentmagnet-Motor (62), der mit einer Dreh
zahl von ungefähr 3600 UpM oder mehr dreht und einen
Mehrphasen-Stator aufweist;
einer positiven Stromquelle (60) zur Lieferung von elektrischem Strom mit ungefähr 12 Volt;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 29, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und den Mehrphasen-Stator mit elektri scher Leistung versorgt;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET (40) als Schalttransistor aufweist; und
einer Einrichtung (56), die dem n-Kanal-Leistungs- MOSFET (40) Impuls-Schaltsignale zuführt, die eine im wesentlichen konstante, hohe Frequenz und ein änderba res Tastverhältnis aufweisen, um die dem Motor (62) aus der Stromquelle zugeführte Leistung zu ändern; wobei der niedrige Widerstand des als Schalttransistor verwendeten n-Kanal-Leistungs-MOSFETs den Wirkungsgrad deutlich erhöht und die Verlustleistung des Systems verringert.
einer positiven Stromquelle (60) zur Lieferung von elektrischem Strom mit ungefähr 12 Volt;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 29, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und den Mehrphasen-Stator mit elektri scher Leistung versorgt;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET (40) als Schalttransistor aufweist; und
einer Einrichtung (56), die dem n-Kanal-Leistungs- MOSFET (40) Impuls-Schaltsignale zuführt, die eine im wesentlichen konstante, hohe Frequenz und ein änderba res Tastverhältnis aufweisen, um die dem Motor (62) aus der Stromquelle zugeführte Leistung zu ändern; wobei der niedrige Widerstand des als Schalttransistor verwendeten n-Kanal-Leistungs-MOSFETs den Wirkungsgrad deutlich erhöht und die Verlustleistung des Systems verringert.
2. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schaltkommutierungs-Schaltein
richtung eine Vielzahl von Leistungs-MOSFET-Transisto
ren (16, 18, 20, 30, 32, 34) aufweist.
3. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 1 oder 2, ge
kennzeichnet durch eine Einrichtung, die dem n-Kanal-
Leistungs-MOSFET-Transistor Impulssignale mit einer
Frequenz von mehr als 60 kHz zuführt.
4. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1
bis 3, gekennzeichnet durch eine Tiefpaß-Filtereinrich
tung (46, 50) zur Glättung der von dem n-Kanal-Lei
stungs-MOSFET-Transistor (40) durchgelassenen elektri
schen Impulse sowie durch eine weitere Tiefpaß-Filter
einrichtung (44, 48), die verhindert, daß ein merkli
ches Hochfrequenzrauschen auf die Stromquelle (60) zu
rückwirkt.
5. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1
bis 4, gekennzeichnet durch einen Fühlwiderstand (52),
der zwischen den Schaltregel-Leistungsumsetzer (38) und
Masse geschaltet ist, um den aus der Stromquelle (60)
aufgenommenen Strom direkt zu messen, sowie durch eine
Schalteinrichtung (56), welche die an dem Fühlwider
stand (52) abfallende Spannung dazu verwendet, die von
dem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38) gelieferte Lei
stung zu regeln und die dem Motor (62) während des An
laufs zugeführte Leistung zu maximieren.
6. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkommutie
rungs-Schaltungseinrichtung eine Vielzahl von p-Kanal-
MOSFETs (16, 18, 20) und eine Vielzahl von n-Kanal-Lei
stungs-MOSFETs (30, 32, 34), eine Spannungserhöhungs-
Schaltungseinrichtung (28) zur Lieferung einer positi
ven, erhöhten Spannung, die größer als die Versorgungs
spannung ist, sowie eine Einrichtung aufweist, mittels
der die erhöhte Spannung an die Gates der n-Kanal-Lei
stungs-MOSFET-Transistoren (30, 32, 34) anlegbar ist,
um diese Transistoren vollständig einzuschalten.
7. Digitales Festplattenspeichersystem mit niedriger
Leistungsaufnahme und hohem Leistungswirkungsgrad, mit:
einem Festplatten-Laufwerk (12) mit Speicherplatten und
einem Motor (62), der eine Vielzahl von Phasenwicklun
gen aufweist;
einer positiven Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung zuführt;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-n-Typ- Leistungstransistor (40) aufweist; und
einer Einrichtung (56), die dem Hochgeschwindigkeits-n- Typ-Leistungstransistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz zuführt, die ein sich änderndes Tastver hältnis aufweisen, um die aus der Stromquelle (60) dem Motor (62) zugeführte Leistung zu ändern.
einer positiven Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung zuführt;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-n-Typ- Leistungstransistor (40) aufweist; und
einer Einrichtung (56), die dem Hochgeschwindigkeits-n- Typ-Leistungstransistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz zuführt, die ein sich änderndes Tastver hältnis aufweisen, um die aus der Stromquelle (60) dem Motor (62) zugeführte Leistung zu ändern.
8. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltkommutierungs-Schaltungs
einrichtung eine Vielzahl von Metalloxid-Halbleiter-
Feldeffektleistungstransistoren (16, 18, 20, 30, 32,
34) aufweist.
9. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 7 oder 8,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56, 58), die an
den n-Typ-Leistungstransistor (40) Impulssignale mit
einer Frequenz von mehr als 60 kHz anlegt.
10. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 7
bis 9, gekennzeichnet durch Filtereinrichtungen (46,
50; 44, 48) zum Glätten der von dem n-Typ-Transistor
(40) durchgelassenen elektrischen Impulse und zur Ver
hinderung der Rückwirkung eines deutlichen Hochfre
quenzrauschens zurück auf die Stromquelle (60).
11. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 7
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der n-Typ-Tran
sistor ein n-Kanal-Metalloxid-Halbleiterfeldeffekt-
Leistungstransistor (40) ist.
12. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 7
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühlwiderstand
(52) zwischen den Schaltregel-Leistungsumsetzer (38)
und Masse geschaltet ist, um den aus der Stromquelle
(60) aufgenommenen Strom direkt zu messen, und daß
Schalteinrichtungen (56) vorgesehen sind, um die an dem
Fühlwiderstand (52) abfallende Spannung zur Steuerung
der von dem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38) gelie
ferten Leistung und zur Maximierung der dem Motor (62)
während des Anlaufs zugeführten Leistung zu verwenden.
13. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 7
bis 12, gekennzeichnet durch eine Spannungserhöhungs-
Schaltungseinrichtung (28), die zum selektiven Ansteu
ern der Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung eine
Spannung liefert, die positiver als die Spannung der
Stromquelle (60) ist.
14. Digitales Festplattenspeichersystem mit niedriger
Leistungsaufnahme und hohem Leistungswirkungsgrad, mit:
einem Festplatten-Laufwerk (12) mit Speicherplatten und
einem Motor (62), der eine Vielzahl von Phasenwicklun
gen aufweist;
einer Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung liefert;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-Transistor (40) aufweist, der im leitenden Zustand einen niedrigen Widerstand besitzt;
einer Einrichtung (56), die dem Hochgeschwindigkeits- Transistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz zuführt, die zur Änderung der dem Motor (62) aus der Stromquelle (60) zugeführten Leistung ein änderbares Tastverhältnis aufweisen;
einem Fühlwiderstand (52), der zwischen den Schaltre gel-Leistungsumsetzer (38) und Masse geschaltet ist; und
einer Einrichtung (56, 58), die die am Fühlwiderstand (52) abfallende Spannung zur Steuerung des Schaltreg lers (38) verwendet.
einer Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung liefert;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Schaltregel-Leistungsumsetzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-Transistor (40) aufweist, der im leitenden Zustand einen niedrigen Widerstand besitzt;
einer Einrichtung (56), die dem Hochgeschwindigkeits- Transistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz zuführt, die zur Änderung der dem Motor (62) aus der Stromquelle (60) zugeführten Leistung ein änderbares Tastverhältnis aufweisen;
einem Fühlwiderstand (52), der zwischen den Schaltre gel-Leistungsumsetzer (38) und Masse geschaltet ist; und
einer Einrichtung (56, 58), die die am Fühlwiderstand (52) abfallende Spannung zur Steuerung des Schaltreg lers (38) verwendet.
15. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltkommutierungs-Schaltungs
einrichtung eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren
(16, 18, 20, 30, 32, 34) aufweist.
16. Festplattenspeichersystem nach Anspruch 14 oder 15,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56), die dem
Hochgeschwindigkeits-Transistor (40) Impulssignale mit
einer Frequenz von mehr als 60 kHz liefert.
17. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 14
bis 16, gekennzeichnet durch Filtereinrichtungen (46,
50; 44, 48) zur Glättung der von dem Transistor (40)
durchgelassenen elektrischen Impulse und zum Verhindern
der Rückwirkung eines deutlichen hochfrequenten Rau
schens zurück auf die Stromquelle (60).
18. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 14
bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwin
digkeits-Transistor ein n-Kanal-Leistungs-MOSFET-Feld
effekttransistor (40) ist.
19. Festplattenspeichersystem nach einem der Ansprüche 14
bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle
(60) eine positive Spannung liefert und daß eine Span
nungserhöhungs-Schaltungseinrichtung (28) vorgesehen
ist, die zur selektiven Ansteuerung der Schaltkommutie
rungs-Schaltungseinrichtung eine Spannung liefert, die
positiver als die positive Spannung der Stromquelle
(60) ist.
20. Digitales Festplattenspeichersystem mit hohem Lei
stungswirkungsgrad und einem Schalt-Leistungsregler für
einen Spindelmotor, mit:
einem Festplatten-Laufwerk (12) mit Speicherplatten und einem Motor (62), der eine Vielzahl von Phasenwicklun gen aufweist;
einer Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung liefert;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltregel-Leistungsum setzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs- Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-Transistor (40) mit niedri gem "EIN-Widerstand" aufweist; und
einer Einrichtung (56), die an den Hochgeschwindig keits-Transistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz anlegt, um die dem Motor (62) aus der Strom quelle (60) zugeführte Leistung zu ändern.
einem Festplatten-Laufwerk (12) mit Speicherplatten und einem Motor (62), der eine Vielzahl von Phasenwicklun gen aufweist;
einer Stromquelle (60), die dem Motor (62) elektrische Leistung liefert;
einer Schaltkommutierungs-Schaltungseinrichtung (16, 18, 20, 30, 32, 34), die an die Stromquelle (60) ange schlossen ist und der Vielzahl der Phasenwicklungen elektrische Leistung liefert;
einem Gleichstrom/Gleichstrom-Schaltregel-Leistungsum setzer (38), der zwischen die Schaltkommutierungs- Schaltungseinrichtung und Masse geschaltet ist und einen Hochgeschwindigkeits-Transistor (40) mit niedri gem "EIN-Widerstand" aufweist; und
einer Einrichtung (56), die an den Hochgeschwindig keits-Transistor (40) Impuls-Schaltsignale mit hoher Frequenz anlegt, um die dem Motor (62) aus der Strom quelle (60) zugeführte Leistung zu ändern.
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