專利名稱：具有用于避免反向電流的后柵極浮動型mosfet的電動機驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機驅動裝置，例如用于驅動硬盤驅動(HDD)單元的主軸電動機的裝置，其中主軸電動機的反電勢用于對HDD單元的音圈電動機執行縮回操作。
在由主軸電動機及音圈電動機構成的HDD單元中，當對主軸電動機驅動裝置供電的電源電壓下降時，在主軸電動機中產生的反電勢被用來執行對音圈電動機的縮回操作，由此恢復它原始的位置。
在對于主軸電動機的現有電動機驅動裝置中，為了由在主軸電動機中產生的反電勢對音圈電動機的電動機驅動裝置供給電流，一個阻止反向電流的肖特基二極管是必不可少的，這將在下文中詳細解釋(見JP-A-7-45826的圖5)。
但是在上述現有技術的電動機驅動裝置中，在常規操作方式時，對電動機驅動裝置施加電源電壓減去阻止反向電流的肖特基二極管的正向電壓。因此，如果電源電壓低時，不可能對主軸電動機有效地供電。
本發明的目的是對如HDD單元的主軸電動機這樣的電動機有效地供電。
根據本發明，在一個包括第一及第二端子的電動機驅動裝置中，一個后柵極浮動型金屬氧化物半導體場效應晶體三極管(MOSFET)具有與第一端子相連接的漏極。一個橋式電路連接在后柵極浮動型MOSFET的源極及第二端子之間，并對電動機負載電流。一個升壓電路連接在第一端子及后柵極浮動型MOSFET的柵極之間，并根據第一端子上的電壓控制后柵極浮動型MOSFET。
在常規工作時，因為后柵極浮動型MOSFET的導通(ON)電阻非常小，直接施加于第一端子的電源電壓也直接地供給橋式電路。
由以下對比現有技術并參照附圖作出的說明將會更清楚的理解本發明，附圖為
圖1是說明現有技術的電動機驅動裝置的電路圖；圖2是說明根據本發明的電動機驅動裝置一個實施例的電路圖；圖3是圖2中升壓電路的詳細的電路圖。
在對優選實施例說明以前，將參照圖1來解釋現有技術的HDD電動機驅動裝置(參見JP-A-7-45826的圖5)。
在圖1中，標號100表示一個SPM驅動裝置，它可由具有端子T1、T2、T3、T4、T5、T6及T7的單個半導體集成電路器件構成。在此情況下，端子T4被接地。
端子T1通過阻止反向電流的肖特基二極管1與電源2相連接。
支撐電容器3被連接在端子T2及T4之間。
傳感電阻4被連接在端子T3及T4之間。
一個三相主軸電動機(SPM)5被連接在端子T5、T6及T7上。
在電動機驅動裝置100中設有一個三相橋式電路10，一個上側前置驅動器11，一個下側前置驅動器12，及一個二極管13、它用于避免支撐電容器3中的電荷向電源2放電。
三相橋式電路10由P溝道功率MOSFETs101、102及103和N溝道功率MOSFETs104、105及106構成。MOSFETs101、102及103的源極與端子T1相連接，而MOSFETs104、105及106的源極與端子T3相連接。MOSFETs101及104的漏極與端子T5相連接，MOSFETs102及105的漏極與端子T6相連接，和MOSFETs103及106的漏極與端子T7相連接。
上側前置驅動器11控制MOSFETs101、102及103，而下側前置驅動器12控制MOSFETs104、105及106。
上側前置驅動器11由電源2供電，而下側前置驅動器12由支撐電容器3供電。
另一方面，標號200表示VCM驅動裝置，它可由具有端子T1′、T2′、T3′、T4′、T5′及T6′的單個半導體集成電路器件構成。在此情況下，端子T4′被接地。
端子T1′通過阻止反向電流的肖特基二極管與電源2相連接。
支撐電容器3與端子T2′相連接。
傳感電阻4′被連接在端子T3′及T4′之間。
一個音圈電動機(VCM)5′被連接在端子T5′和T6′之間。
在電動機驅動裝置200中設有橋式電路10′及前置驅動器11′。
橋式電路10′是由P溝道功率MOSFETs101′、102′及103′和N溝道功率MOSFETs104′、105′、及106′構成。MOSFET101′的源極與端子T1′相連接，而MOSFETs102′和103′的源極與端子T2′相連接。并且，MOSFETs104′、105′及106′與端子T3′相連接。MOSFETs103′、104′、及106′的漏極與端子T5′相連接，及MOSFETs102′、104′、及105′的漏極與端子T6′相連接。MOSFETs101′及104′用于執行縮回操作，及MOSFETs102′、103′、105′及106′用于執行常規操作。
前置驅動器11′控制MOSFETs101′、102′、103′、104′、105′及106′。
前置驅動器11′由支撐電容器3供電。
因為MOSFET101′的源極與端子T1相連接，當電源2的電源電壓下降時，音圈電動機5′由主軸電動機5的反電勢來驅動，以使得音圈電動機5′恢復到它的原始起動點。這稱為縮回操作。
更詳細地，當電源2的供電電壓下降時，由電源2供電的上側前置驅動器11關斷了所有的MOSFETs101、102及103，而由支撐電容器3供電的下側前置驅動器12使MOSFETs104′及105′導通，并使MOSFET106′關斷。其結果是，在端子T7上產生反電勢，使電流從端子T7經過MOSFET103的寄生二極管流到端子T1，也就是，VCM驅動裝置200的端子T1′。因此，音圈電動機5′使用主軸電動機5產生的反電勢執行縮回操作。
在圖1中，為了將由反電勢產生的電流供給VCM驅動裝置200，不可避免地需要阻止反向電流的肖特基二極管1。
但是，在圖1中，當常規操作方式時，提供給端子T1的是電源電壓減去阻止反向電流的肖特基二極管1的正向電壓VF。應注意到，該正向壓降VF約為O.4V，而不管流過阻止反向電流的肖特基二極管1的負載電流如何。因此，如果電源2的電壓低時，不可能有效地對主軸電動機5供電。
在表示本發明一個實施例的圖2中，沒有設置圖1中的阻止反向電流的肖特基二極管1，及圖1中的SPM驅動裝置100改變為SPM驅動裝置100′。并且VCM驅動裝置200的端子T1′連接到SPM驅動裝置100′的端子T7。
在SPM驅動裝置100′中，此SPM驅動裝置的元件增加了N溝道后柵極浮動型MOSFET14及用于控制后柵極浮動型MOSFET14的升壓電路15。這就是，MOSFET14具有與端子T1相連接的漏極，與升壓電路15相連接的柵極，及與MOSFETs101、102及103相連接的源極。MOSFET14的后柵極處于浮動狀態。
應注意到，升壓電路15由支撐電容器3供電。
以下參考圖3詳細地解釋升壓電路15。
升壓電路15的構成為電壓比較器151，用于產生兩個反相信號φ1及φ2的脈沖發生電路152，由兩個二極管1531及1532形成的電荷泵電路153，用于防止從電荷泵電路153向電源2的反向泵操作，連接在二極管154及電荷泵電路153之間并由電壓比較器151的輸出信號控制的P溝道MOSFET155，及連接在電荷泵電路153和地之間并由電壓比較器151的輸出信號控制的N溝道MOSFET156。電荷泵電路153的輸出信號提供給MOSFET14的柵極，由此使MOSFET14導通及關斷。
電壓比較器151的參考電壓VR由對支撐電容器3上的電壓分壓的分壓器來產生。這樣一種分壓器可以被置入裝置100′的半導體集成電路器件中。
并且，在常規操作方式時，電荷泵電路153由電源2的供電電壓操作以導通MOSFET14。在此情況下，因為MOSFET14保持導通，電容器1533及1534的電容量不需要大。例如，電容器1533及1534的電容量為幾個PF至幾十PF。因此，電容1533及1534也可作在裝置100′的半導體集成電路器件中。
首先來解釋圖3中的升壓電路15的操作。
當電源2的電源電壓正常時，則該電源電壓高于參考電壓VR，電壓比較器151的輸出信號為低。其結果是，MOSFETs155及156分別被導通及關斷。因此，充電泵電路153由電源2的電源電壓供電，以使升壓電壓供給MOSFET14的柵極。
另一方面，當電源2的電源電壓不正常，以致該電源電壓低于參考電壓VR時，電壓比較器151的輸出信號為高電位。其結果是，MOSFETs155及156分別關斷及導通。因此，存儲在電容器1533中的電荷從MOSFET155的后柵極向端子T1放電。同時，電荷泵電路153的輸出被MOSFET156接地。因此，MOSFET14的柵極接地。
接著解釋圖2中裝置的操作。
當電源2的供電電壓正常時，升壓電路15的升壓電壓供給MOSFET14的柵極，以使MOSFET14導通。其結果是，在MOSFETs101、102及103的源極上施加了電源電壓減去由MOSFET14確定的壓降。在此情況下，MOSFET14的導通電阻為0.4Ω及流過它的電流為0.2A，該壓降為0.08V(=0.4×0.2)。該壓降明顯地小于圖1中阻止反向電流的肖特基二極管1的正向壓降VF。
另一方面，當電源2的供電電壓不正常、以致該供電電壓低于參考電壓VR時，MOSFET14的柵極接地。其結果是，MOSFET14被關斷。在此情況下，上側前置驅動器11使MOSFETs101、102及103關斷，及下側前置驅動器12使MOSFETS104、及105導通并使MOSFET106關斷。其結果是，在端子T7上產生了反電勢。由該反電勢產生的電流不能流過MOSFET103的寄生二極管，因為MOSFET14已關斷。因此，該電流完全供給到VCM驅動裝置200的端子T1′。于是，音圈電動機5′執行縮回操作。
在上述實施例中，主軸電動機可作為第一電動機，及音圈電動機可作為使用第一電動機的反電勢執行縮回操作的第二電動機。
如上所解釋的，根據本發明，由于被升壓電路所控制的后柵極浮動型MOSFET連接在電源端子上且沒有阻止反向電流的二極管，故可以有效地由電源向電動機供電。
權利要求
1.用于驅動第一電動機(5)的裝置，包括第一及第二端子(T1、T4)；后柵極浮動型MOSFET(14)，它具有與所述第一端子相連接的漏極和源極；橋式電路(10)，它連接在所述后柵極浮動型MOSFET的源極及所述第二端子之間，用于對所述第一電動機提供負載電流；及升壓電路(15)，它連接在所述第一端子及所述后柵極浮動型MOSFET的柵極上，用于根據所述第一端子上的電壓控制所述后柵極浮動型MOSFET。
2.根據權利要求1的裝置，其中當所述第一端子上的電壓高于參考電壓時，所述升壓電路使所述后柵極浮動型MOSFET導通，及當所述第一端子上的電壓不高于所述參考電壓時，所述升壓電路關斷所述后柵極浮動型MOSFET。
3.根據權利要求1的裝置，其中所述升壓電路包括電壓比較器(151)，用于將所述第一端子上的電壓與參考電壓(VR)相比較；脈沖發生器(152)；電荷泵電路(153)，它與所述脈沖發生器及所述后柵極浮動型MOSFET相連接，用于使用所述脈沖發生器的脈沖產生升壓信號，并將所述升壓信號傳送到所述后柵極浮動型MOSFET的柵極；二極管(154)，它與所述第一端子連接相連接，用于避免由所述電荷泵電路流向所述第一端子的反向電流；第一開關電路(155)，它連接在所述二極管及所述電荷泵電路的輸入之間，用于根據所述電壓比較器的輸出將所述二極管電連接到所述電荷泵電路的輸入；及第二開關電路(156)，它連接在所述電荷泵電路的輸出及所述第二端子之間，用于根據所述電壓比較器的輸出將所述電荷泵電路的輸出連接到所述第二端子。
4.根據權利要求3的裝置，其中所述第-開關電路包括一個P溝道MOSFET，它具有連接到所述二極管陰極的源極，連接到所述電荷泵電路輸入的漏極，及連接到所述電壓比較器的輸出的柵極，所述第二開關電路包括一個N溝道MOSFET，它具有連接到所述第二端的源極，連接到所述電荷泵電路輸出的漏極，及連接到所述電壓比較器的輸出的柵極。
5.根據權利要求3的裝置，其中所述電荷泵電路包括第一及第二個二極管(1531、1532)，它們串聯在所述電荷泵電路的輸入及輸出之間；第一電容器(1533)，它連接在所述第一個二極管的陽極及所述脈沖發生器的第一輸出之間；及第二電容器(1534)，它連接在所述第二個二極管的陽極和所述脈沖發生器的第二輸出之間。
6.根據權利要求1的裝置，其中所述橋式電路連接到用于驅動電動機(5′)的裝置上，所述第二電動機驅動裝置是由所述第一電動機產生的反電勢驅動的，以便當所述第一端子上的電壓低于預定閾值時執行對所述第二電動機的縮回操作。
7.根據權利要求6的裝置，其中所述第一及第二電動機分別包括一個硬盤驅動單元的主軸電動機及音圈電動機。
全文摘要
在一個電動機(5)的驅動裝置中包括第一及第二端子(T1、T2),一個后柵極浮動型MOSFET(14)具有與第一端子相連接的漏極。一個橋式電路(10)連接在后柵極浮動型MOSFET的源極及第二端之間,并對電動機提供負載電流。一個升壓電路(15)連接在第一端子及后柵極浮動型MOSFET的柵極之間,并根據第一端子上的電壓控制后柵極浮動型MOSFET。
文檔編號H02P25/02GK1211104SQ9811787
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月30日 優先權日1997年7月30日
發明者河越弘和 申請人:日本電氣株式會社