KR100365619B1 - 디스크드라이버의스핀들모터기동방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

디스크 드라이버

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

디스크 드라이버에서 무센서 방식의 모터의 초기 구동을 효율적으로 수행한다.

3. 발명의 해결 방법의 요지

스핀들 모터의 램핑 프로파일을 저장하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법이, 초기 구동시 모터에 초기 전류를 공급하고 초기 구동모드를 수행하는 초기화과정과, 초기화 과정 수행 후 설정된 초기 프로파일을 이용하여 모터 램핑 동작을 수행하는 과정과, 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 정상일 시 정상 회전 동작을 수행하는 과정과, 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 비정상일 시 모터 램프 프로파일을 변경한 후 모터 램핑 동작을 반복 수행하는 과정으로 이루어진다.

4. 발명의 중요한 용도

무센서 방식의 스핀들 모터를 구동하는 디스크 드라이버에서, 모터램핑 프로파일을 구현하여 모터의 초기 구동을 효율적으로 수행한다.

Description

디스크 드라이버의 스핀들 모터 기동 방법

본 발명은 디스크 드라이버의 스핀들 모터 구동 방법에 관한 것으로, 특히 무센서 방식의 모터를 초기 구동하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디스크 드라이버는 디스크를 회전시키는 스핀들 모터(spindle motor)와 회전되는 디스크 상에서 데이타를 리드 및 라이트하는 헤드 구동부(head actuator)가 있다. 그리고 상기 헤드 및 스핀들 모터의 구동을 제어하는 기능은 서보제어회로(servo controller)에서 수행한다.

상기와 같은 디스크 드라이버의 블럭 구성을 제1도와 같이 구성될 수 있다. 상기 제1도는 하드 디스크 드라이버(Hard Disc Driver:HDD)의 블럭 구성을 도시하고 있다.

제1도는 통상적인 HDD의 블럭구성도를 보인 것으로, 두장의 자기 디스크들(10)을 가지며 그에 대응하여 디스크들(10)의 각 면마다 각각 하나씩 대응되게 설치되는 4개의 자기 헤드들(12)을 구비한 예를 보인 것이다. 상기 제1도를 참조하여 본 발명을 이해하는데 유용한 통상적인 디스크 기록장치에 대하여 살펴본다. 디스크들(10)은 스핀들(spindle) 모터(38)에 의해 회전한다.

헤드들(12)은 디스크들(10)중 대응하는 하나의 디스크면상에 위치하며, 환상 보이스 코일(rotary voice coil) 액츄에이터(32)와 결합된 E-블럭 어셈블리(14)로 부터 디스크들(10)쪽으로 신장된 서포트 암들에 각각 대응되게 설치된다. 전치 증폭기(16)는 독출시에는 헤드들(12)중 하나에 의해 픽업된 신호를 전치증폭하여 아나로그 독출신호를 독출/기록 채널(read/write channel)회로(18)에 인가하며, 기록시에는 독출/기록 채널회로(18)로부터 인가되는 부호화된 기록데이타(encoded write data)를 헤드들(12)중 대응하는 하나의 헤드를 통해 디스크상에 기록되도록 한다. 이때 전치증폭기(16)는 마이크로 콘트롤러(26)에 의해 제어되는 DDC(Disk Data Controller)(24)의 제어에 의해 헤드들(12)중 하나를 선택하는 스위칭수단을 구비한다. 이러한 전치증폭기의 예를들면 silicon systems사에서 제조 및 판매하고 있는 IC(Integrated Circuit)인 독출/기록 장치 SSI 32R2026R이 있다. 독출/기록 채널회로(18)는 전치증폭기(16)로부터 인가되는 독출신호로부터 데이타 펄스를 검출하고 디코딩하여 독출데이타 RDATA를 발생하며, DDC(24)로부터 인가되는 기록데이타 WDATA를 디코딩하여 전치증폭기(16)에 인가한다. 독출/기록 채널회로(18)는 또한 디스크상에 기록되어 있는 서보정보의 일부인 헤드위치정보를복조(demodulation)하여 PES(Position Error Signal)를 발생한다. 이러한 독출/기록 채널회로의 예를들면 silicon system사에서 제조 및 판매되고 있는 IC인 1,7ENDEC, 4-burst Servo를 가지는 독출채널 SSI 32P4742/4742A/4746/4746A가 있다. 독출/기록 채널회로(18)로부터 발생된 PES는 ADC(Analog-to-Digital Converter)(20)에 인가되고 독출데이타 RDATA는 트랙정보 검출부(22)와 DDC(24)에 인가된다. ADC(20)는 PES를 그의 레벨에 대응하는 디지탈 단계값으로 변환하여 마이크로 콘트롤러(26)에 제공한다. 트랙정보 검출부(22)는 독출데이타 RDATA로부터 현재 헤드가 위치하고 있는 트랙번호등을 검출하여 마이크로 콘트롤러(26)에 제공한다. DDC(24)는 마이크로 콘트롤러(26)에 의해 제어되며 호스트 컴퓨터로부터 수신되는 데이타를 독출/기록 채널회로(18)와 전치증폭기(16)를 통해 디스크상에 기록하거나 디스크상으로부터 데이터를 독출하여 호스트 컴퓨터로 송신한다. 또한 DDC(24)는 호스트 컴퓨터와 마이크로 콘트롤러(26)간의 통신을 인터페이스한다. 마이크로 콘트롤러(26)는 호스트 컴퓨터로부터 수신되는 독출 또는 기록 명령에 응답하여 DDC(24)를 제어하며 트랙탐색 및 트랙 추종을 제어한다. 이때 마이크로 콘트롤러(26)는 트랙정보 검출부(22)로부터 인가되는 트랙번호와 ADC(20)로부터 인가되는 PES값을 이용하여 전술한 바와 같은 트랙 탐색 및 트랙 추종을 제어한다. DAC(Digital-to-Analog Converter)(28)는 마이크로 콘트롤러(26)로부터 발생되는 헤드들(12)의 위치 제어를 위한 제어값을 아나로그신호로 변환한다. 서보구동부(30)는 DAC(28)로부터 인가되는 신호에 의해 액츄에이터(32)를 구동하기 위한 구동전류를 발생하여 액츄에이터(32)의 보이스 코일에 인가한다.액츄에이터(32)는 서보구동부(30)로부터 인가되는 구동전류의 방향 및 레벨에 대응하여 헤드들(12)을 디스크들(10)상에서 이동시킨다. 모터제어부(34)는 마이크로 콘트롤러(26)로부터 발생되는 디스크들(10)의 회전 제어를 위한 제어값에 따라 스핀들 모터 구동부(36)를 제어한다. 스핀들 모터 구동부(36)는 모터제어부(34)의 제어에 따라 스핀들 모터(38)를 구동하여 디스크들(10)을 회전시킨다.

상기 제1도와 같은 하드 디스크 드라이버에서 스핀들 모터 구동부(spindle motor driver)는 제2도와 같은 초기 구동회로를 갖는다. 히다찌(HITACHI)사에서 제작 및 판매하는 "HA13481A"에는 제2도와 같이 스핀들모터의 역회전을 최소화하기 위한 회로가 내장되어 있다. 제2도와 같은 구성을 갖는 무센서 (sensorless) 방식의 모터를 구동하기 위해서 모터의회전(commutation)에 필요한 최소한의 BEMF를 발생시켜야 한다.

상기와 같이 스핀들모터의 회전에 필요한 최소한의 BPMF 전위를 발생시키는 방법으로, 제2도와 같은 스핀들모터 구동회로에 전원이 인가되면 STMON 노드의 전압은 캐패시터C1에 의해 로우 논리 상태가 된다. 이때 상기 전압제어발진기 (Voltage Controlled Oscillator:VCO)21의 출력은 고주파수(high frequency)이고, 이 고주파수로 인해 모터코일(motor coil)25에 전류가 흐르게 되어 스핀들모터는 회전하게 된다. 이후 어느 정도 시간이 경과되면(20-30msec), STMON 노드의 전압이 상승하면 전압제어발진기21의 출력 주파수가 로우 논리로 천이된다. 상기 로우 주파수에 의해 스핀들모터가 설정 주파수(self starting frequency) 이하로 될 때 상기 스핀들모터는 회전을 하게된다.

상기와 같은 스핀들모터의 초기구동(start up) 방법은 모터 기동시 헤드/디스크(head/disk) 간에 영향을 미치게 되며, 이는 하기와 같은 두가지 이유에 의한 것이다. 먼저 모터의 회전에 필요한 BEMF를 검출하기 위한 모터 역회전(clockwise 방향)으로 인한 헤드/디스크 간의 영향(damage)이다. 즉, 헤드의 현재 위치가 파킹 영역(parking area)일지라도, 헤드의 움직임이나 운동이 없다하더라도, 디스크의 회전 운동으로 인한 헤드 데미지(head damage)가 존재하기 때문에 역회전을 최소화하더라도 영향이 미치게 된다. 두번째로 고온고습한 환경(65℃, 80%)에서 발생하기 쉬운 스틱션(sticktion)을 해결하기 위한 방법으로 적용되어지는 모터 발진모드(motor oscillation mode)는 스틱션에 대한 문제는 어느 정도 해결할 수 있지만, 헤드/디스크 간에는 상당한 정도의 영향(demaye)을 끼칠수 있다.

상기와 같이 무센서 방식의 모터(sensorless motor)를 구동하는 것은 브러시 모터(brush motor)를 구동시키는 것 보다 어렵다. 모터의 회전에 필요한 BEMF를 감지하기 위해서는 BEMF 신호를 발생할 수 있도록 최소한으로 모터를 회전시켜야 한다. 그러나 무센서 방식의 모터를 초기 구동할시 BEMF를 감지할 수 없으며, 이로인해 언제 회전을 제어해야 할 것인가를 결정하기 위한 방법을 도입하여야한다.

따라서 본 발명의 목적은 무센서 방식의 모터를 구동하는 디스크 드라이버에 오픈 루프 방식의 모터 램핑을 사용하여 모터의 초기 구동을 제어할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 디스크 드라이버에서 내부 클럭을 이용하여 모터의 초기 구동을 위한 모터 램프 프로파일을 구성하여 저장하며, 모터 초기 구동시 상기 모터 램프 프로파일을 이용하여 모터의 구동을 제어할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 스핀들 모터의 램핑 프로파일을 저장하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법이, 초기 구동시 상기 모터에 초기 전류를 공급하고 초기 구동모드를 수행하는 초기화 과정과, 상기 초기화 과정 수행 후 설정된 초기 프로파일을 이용하여 모터 램핑 동작을 수행하는 과정과, 상기 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 정상일 시 정상 회전 동작을 수행하는 과정과, 상기 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 비정상일 시 모터 램프 프로파일을 변경한 후 상기 모터 램핑 동작을 반복 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명될 것이다. 도면들중 동일한 부품들은 가능한한 어느곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

본 발명을 수행하기 위한 디스크 드라이버의 블럭 구성은 제1도와 동일하며, 참조부호도 동일하다.

먼저 모터 구동을 위한 새로운 방법으로써, 오프 루프(open loop) 방식의 모터 램핑은 먼저 내부 클럭을 이용하여 초기 구동을 위한 모터 램프 프로파일 (motor ramp profile)을 작성하여 등록시키므로서 동작한다. 상기와 같은 모터 램프 프로파일은 하기와 같은 과정으로 구성한다.

먼저 초기 회전상태는(Initializing Commutation state) 마이크로 프로세서에 의하여 수행되어진다. 이때 회전상태(Commutator state)를 특정한값으로 초기화하게 되면 rotor를 특정위치화할 수 있는 잇점이 있다.

그리고 모터(Motor)에 최초 전류가 유입되면 주어진 영역(stator area)에서 일회전각도 (one commutatoin angle)만큼 전/후로 이동하여 정렬한 상태로 된다.

두번째로 초기 구동방법 (Startup Methods)은 BEMF 감지를 위하여 초소한의 RPM으로 motor를 open loop방식으로 가속시켜야한다. 이때 회전 절차(Commutation sequence)는 초기 구동 프로파일(startup profile)을 근거로 마이크로 프로세서가 수행한다. 이러한 오픈루프(open loop)방식은 모터나 부하조건이 변경될 때 마다 유동적이어야 한다. 그리고 모터를 구동시키시 위해서는 2~3회전(revolution)이면 충분하다.

예를들어 12폴(pole)의 모터에서 회전 시퀀스(commutator sequence)는 72(12×2×3)이지만 그 이상의 오픈 루프 회전 시퀀스 스텝(open loop commutation sequencing step)을 구성하여야한다.

세번째로 초기 구동 프로파일의 계산(Computing a startup profile)을 하기와 같이 이루어진다.

각각의 회전마다 이동한거리 △는 하기(1)식과 같이 계산한다.

(where Nρ = motor pole, Nφ = number of phase)

등가속도조건(no friction)에서의 각가속도 (angular accenleration) α는하기 (2)식과 같다.

(where Kt = torque const, Jθ = inertia)

시간t에서의 각속도 (angular velocity)를 구하기위하여 각가속도 W를 T= 0 ~ t까지 적분하면 하기 (3)식과 같다.

Rotor 위치의 절대치를 구하기위하여 하기 (4)식과 같이 각속도를 T=0∼t까지 적분한다.

각각의 이동거리는 다음과 같이 계산가능하다.

θi=i ×V

(i= each commutation sequence step range)

시간t=ti에서의 순간속도는 다음의 (6)식과 같이 계산가능하다.

상기의 (1) ~ (6)까지의 식을 이용하여 모터 램프 프로파일을 (motor ramp profile)을 구현할수 있다.

상기와 같이 모터 램프 프로파일을 구현한 후 오프 루프 방식의 모터구동 방법은 제3도와 같은 수순으로 구동된다. 먼저 마이크로콘트롤러(26)는 311단계에서 초기 구동모드시 모터 램프 업을 위한 프로파일 테이블을 초기화한다. 그리고 313단계에서 모터에 초기 전류를 공급하여 스테이터 영역에서의 로터를 초기화한다. 이후 상기 마이크로콘트롤러(26)는 315단계에서 내부 클럭원으로 부터 적정 주파수를 발생하여 스핀들 모터 구동부에 출력한다. 상기와 같은 3가지 경우 초기화 조건을 충족시키기 위하여, 상기 마이크로콘트롤러(26)는 317단계에서 설정된 시간 동안 지연 동작을 수행한다.

이후 상기 마이크로콘트롤러(26)는 319단계에서 설정된 초기 구동 프로파일(start up profile)로써 모터 램핑 동작을 수행한다. 이후 상기 마이크로콘트롤러(26)는 321단계에서 스핀들모터의 스핀업(spin up) 여부를 확인하며, 스핀업이 정상인 경우에는 323단계로 진행한다. 이때 상기 323단계에서는 정상적으로 스핀들 모터의 스핀업이 이루어진 상태이므로, 브레이크(brake) 및 프리세트(preset)과 같은 다른 인터럽트신호가 발생될때 까지 BEMF에 의한 정속 모드를 수행한다.

그러나 상기 321단계에서 모터의 스핀 업 동작이 비정상 상태이면, 325단계에서 모터의 램프 프로파일을 바꾼 후 상기 315단계로 되돌아가 위와 같은 과정을 반복 수행하므로써 모터의 초기 구동을 재시도한다.

즉, 정상적으로 모터의 스핀업이 이루어지지 않은 경우, 모터 램프 프로파일의 시간이 너무 작은 경우이므로 가변적인 조건(flexible condition)에서 프로파일을 수정하여 재시도한다.

상술한 바와 같이 무센서 방식의 모터를 초기 구동시킬 시 모터 램핑프로파일을 작성한 후 오픈 루프 방식으로 모터를 램핑시키므로서, 디스크 드라이버에서 모터의 초기 구동을 효율적으로 수행할 수 있는 이점이었다.

제1도는 디스크 드라이버의 블럭 구성을 도시하는 도면

제2도는 제1도 중 종래의 스핀들 모터 구동부의 구성을 도시하는 도면

제3도는 본 발명에 따라 디스크 드라이버에서 스핀들 모터를 초기 구동하는 과정을 도시하는 흐름도

Claims (2)

1. 스핀들 모터의 램핑 프로파일을 저장하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법에 있어서,

   초기 구동시 설정된 초기 모터 램프 프로파일을 이용하여 모터를 초기 구동하는 과정과,

   상기 램핑 후 모터의 스핀업이 정상일시 정상 회전 동작을 수행하는 과정과,

   상기 램핑 후 모터의 스핀업이 비정상일시 모터 램프 프로파일을 변경한 후 상기 모터 램핑 동작을 반복 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법.
2. 스핀들 모터의 램핑 프로파일을 저장하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법에 있어서,

   초기 구동 모드시 모터 램프 업을 위한 프로파일 테이블을 초기화하는 과정과,

   상기 모터에 초기 구동 전류를 공급하여 고정자영역에서 회전자를 초기화하는 과정과,

   내부 클럭원에 의해 적정 주파수를 발생하여 상기 모터로 출력한 후 설정시간 동안 대기하는 과정과,

   상기 대기 과정 수행 후 설정된 초기 프로파일을 이용하여 모터 램핑 동작을수행하는 과정과,

   상기 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 정상일시 정상회전 동작을 수행하는 과정과,

   상기 모터 램핑 후 모터의 스핀업이 비정상일시 모터램프 프로파일을 변경한 후 상기 모터 램핑 동작을 반복 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 디스크 드라이버의 모터 초기 구동 방법.