JPH08509352A - ディスクドライブ電源管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ハードディスクドライブを有するコンピュータ（１１）が、電源電圧が選択された電圧ＶＬより低下すると、コンピュータを動作停止の状態にするバッテリー電圧モニタ（Ｕ１）を有する。ディスクドライブモータ（Ｍ）の起動時に、モータ電流が制限されているため、バッテリー（１０）の供給する電圧値がＶＬより大きい電圧値Ｖ１を下回ることはない。これに加えて、起動時のモータ電流の制御により、バッテリーがコンピュータに供給する電圧値は、Ｖ１より大きい閾値Ｖ２を上回ることはない。

Description

【発明の詳細な説明】 ディスクドライブ電源管理システム産業上の利用分野 本発明は、コンピュータの電源管理システム、とりわけ、ラップトップコンピ ュータ等のバッテリー寿命の管理に関する。背景技術 ラップトップコンピュータのバッテリーの寿命の管理は、それをうまく動作さ せるために重要である。このような装置では、サイズや重さについて限度がある ので、大型のバッテリーが望ましくないことは容易に理解されよう。このため、 現在の技術動向は、サイズや重さが比較的小さいバッテリーを使用し、バッテリ ーの寿命を延ばして動作時間を長くするように管理する方向に向かっている。 ここで重要な問題となっているのは、最も電力消費の大きいラップトップコン ピュータの部品、例えばハードディスクドライブの電力消費を管理する直接の手 段を、コンピュータの製造業者がもっていないことである。一般的に使用される 再充電可能なニッケルカドミウムバッテリーは、放電するにつれ電圧が徐々に低 下し、その後放電点（discharge point）に近づくと、突然、電圧の急激な低下 が起こるという特性を示す。比較的単調なゆっくりとした放電は、コンピュータ に使用するには望ましい特性であるが、放電曲線（discharge curve）の屈折点 が接近すると、突然電圧 が失われて、予期せずコンピュータの動作が停止してしまう事態がいつ発生して もおかしくないことになる。この結果、コンピュータのユーザーは、コンピュー タの誤動作や、重要な作業の最中にコンピュータが動作停止してデータが破壊さ れたり失われたりすることを経験することになる。このような訳で、コンピュー タの適正な動作のためには、バッテリーを、その放電曲線における急な電圧降下 の部分に至るまで使用するのは避けられなければならない。これを実行するため 、バッテリー電圧モニタが備えられており、これがバッテリーの放電曲線におけ る急な電圧降下の部分が差し迫っていることを警告する。コンピュータの製造は 、トリップ（TRIP）電圧ＶＬとして、ユーザーが無効にできない動作停止手続き に入る命令を呼び出し、コンピュータのデータを保護するとともに動作を停止さ せるようにするだけの、十分なパワーがバッテリーに残るような余裕のある電圧 値を選択している。 動作を続けるのに十分な電気がバッテリーに残っているときに、見かけ上の、 或いは過渡的な事象によるこのタイプの動作停止が起こるのは、好ましくない事 態であることは明らかである。ハードディスクドライブが、まさにこのような事 態を引き起こすことは既に例証されている。 ハードディスクドライブは、その起動状態において、ディスクを起動するエネ ルギーを必要とするため、最大の電力を消費する。正常な状態では、スピンモー タが起動命令 を受け取ったとき、モータに供給される電流が最大となるが、これは逆起電力が 生じていないためである。起動時においては、モータ電流に対する抵抗となるの は、巻線抵抗、飽和インダクタンス、制御回路及び配線での電圧降下のみである 。 このようにモータを起動することによって、最短の時間で必要なモータの動作 速度を得ることができ、特に、コンタクト−スタート−ストップ型（CONTACT-ST ART-STOP TYPES）のディスクドライブにおいては、これは望ましい起動方法であ る。しかし、このようにして生じるモータ電流は大変大きなものとなるので、コ ンピュータバッテリーの電圧が、瞬間的にコンピュータの電圧モニタのトリップ 電圧を下回り、コンピュータの動作を停止させるパワーダウンシーケンス（POWE R DOWN SEQUENCE）を始動させることになる。 電力消費を節約するための「スリープモード（SLEEP MODE）」に入ってしまう ことによって、必要のないディスクドライブの動作停止が頻繁に起こることは通 例となっている。ディスクドライブを使用する必要がある場合、ディスクドライ ブが回転を開始すると、サージ電流がそのピーク時に、バッテリーの内部抵抗を 通して影響を与えて、瞬間的にコンピュータに供給される電圧を（ＶＬを下回る まで）低下させ、低電圧モニタがトリップし、それによってバッテリーが放電点 に達していないにも関わらず動作停止モー ドを始動させてしまうのである。このように、「スリープモード」のような電源 管理技術においては、誤動作によるトリップの方がむしろ起こりやすい程である 。 第１図のように、ディスクの起動手続きにおいて、バッテリーに充電された電 気が残り少なくなった（バッテリーの内部抵抗は増加する）場合、若しくはバッ テリーが低温下で使用されている（第２図に示すように、やはり内部抵抗が大き くなる）場合には、コンピュータ内部のモニタがトリップすることがある。その 上、このようなバッテリーの利用可能な電圧（容量）は、セルの電圧を放電速度 の関数としてプロットした第３図（ここでＣはセルのＡｈで示される容量）にみ られるように、低温下では一般に低下し（高温下でもやはり低下する）、モータ の起動時に利用可能な電圧を更に低下させることになる。 この問題を解決する手段としては、１つには内部抵抗の小さい大型のバッテリ ーを使用することであるが、これは前記のように、コンピュータのサイズや重さ を大きくしてしまう点が好ましくない。もう１つ手段は、ディスクドライブに常 に動作させておくことによって起動サイクルに入ることを避ける方法であるが、 これもバッテリー寿命を延ばすことに関して好ましくない効果がある。発明の要約 本発明によれば、ハードディスクドライブを有するコンピュータが、電源電圧 が選択された電圧ＶＬより低下する とコンピュータを動作停止の状態にする、バッテリー電圧モニタのような手段を 有する。ハードディスクドライブには、ＶＬよりも高いトリップ点として設定さ れた第１の予め定められた閾値電圧Ｖ１と、Ｖ１よりも高いトリップ点として設 定された第２の予め定められた閾値電圧Ｖ２とを有する、独自の設定が可能な電 圧モニタが備えられている。 モータ電流が制御回路によって制限されているため、ハードディスクドライブ の起動時に、コンピュータのバッテリーの供給する電圧値が閾値電圧ＶＬを下回 ることはない。これに加えて、起動時のモータ電流の制御により、バッテリーが コンピュータに供給する電圧値が、閾値電圧Ｖ２を上回ることもない。 本システムに従えば、起動時において、モータ電流を適当な高いレベルに安定 的に保ち、一方バッテリーからコンピュータに供給される電圧値は、コンピュー タが動作停止となるレベルであるＶＬを下回ることはないのである。図の簡単な説明 第１図は、上記のように、バッテリーの内部抵抗を縦軸に、充電状態を横軸に とったグラフある。 第２図は、上記のように、フルに充電したバッテリーの内部抵抗を縦軸に、そ の温度を横軸にとったグラフである。 第３図は、上記のように、様々な温度におけるセルの放電速度と電圧値との関 係である。 第４ａ図は、上記の従来技術のよる場合と、本発明に従 った場合の、ディスクドライブモータ起動時のモータ電流を縦軸に、時間を横軸 にとったグラフである。 第４ｂ図は、上記の従来技術のよる場合と、本発明に従った場合の、ディスク ドライブ起動時のバッテリーの電圧値を縦軸に、時間を横軸にとったグラフであ る。 第５図は、本発明の回路の配線図である。好的な実施例の説明 本発明の原理を、第４図を参照しつつ述べる。第４Ａ図に示されているように 、起動時にディスクドライブモータに供給される電流を制御しない場合は、電流 は図の２７に示すレベルまで著しい上昇を示し、そのときモータ電流は最大とな り、その後モータが通常の動作速度に近づくまで電流は減少してゆき、モータが 通常の動作速度で回転するときの第２の低い電流のレベル２８に至る。これに対 応するバッテリーの供給する電圧のレベルは、前述の高い電流値と相互関係があ り、第４Ｂ図の２６に示すレベルとなる。モータの電流が増加することにより、 バッテリーの供給する電圧が低下しトリップ電圧ＶＬ（図の２５）より低くなる と、コンピュータが動作を続けるのに実際に十分な充電がバッテリーになされて いるのにも関わらず（モータの起動電流が非常に大きい場合を除く）、コンピュ ータが動作停止してしまう。本発明は、第４図に示すようにモータ電流を制限す る。電流が図の２１に示す点に達し、供給される電圧がこれに対応して第４Ｂ図 の２２に示すＶＬを上回 るＶ１に達すると、モータ電流は減少して、バッテリーの供給する電圧がＶ２の レベル（Ｖ１より高い）まで上昇する。ここにおいて、モータ電流は再び増加し 、バッテリーの供給する電圧は図の点２３に示すＶ１まで低下し、モータが通常 の動作速度に達するまでこれが繰り返される。このようにして、モータ電流が継 続して調整され、トリップ電圧ＶＬでトリップすることなく可能な限りの加速度 をモータに与えるのである。 第５図に示されるように、バッテリー１０はコンピュータ１１、そして上記の ようにハードディスクドライブ用のスピンモータ１２に電圧を供給する。装置に はMICRO LINEAR社製のＭＬ２３７７が使用されており（Ｕ１）、このデバイスに はマルチプレクサＵ１Ａ、Ａ／ＤコンバータＵ１Ｂ、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃ及 びオペアンプＵ１Ｄが備えられている。ディスクドライブでモニタされているバ ッテリー１０の電圧は、マルチプレクサＵ１Ａの入力端に与えられ、そこからの 出力信号はＡ／ＤコンバータＵ１Ｂの入力端に与えられる。バッテリー１０の電 圧は、分圧器を通してマルチプレクサＵ１Ａに与えられるのである。Ａ／Ｄコン バータＵ１Ｂの出力信号は、マイクロプロセッサＵ３の入力／出力データバスに 与えられる。マイクロプロセッサの出力信号は、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃの入力 ／出力データバスに与えられ、その出力信号もまたオペアンプＵ１Ｄの入力端に 与えられる。オペアンプＵ１Ｄの出力信号は、 スピンモータの三相巻線に接続されているモータ制御器Ｕ２に供給される。モー タ制御器Ｕ２の出力端は、マルチプレクサＵ１Ａの入力端に接続されている。整 流信号は、モータ制御器Ｕ２からマイクロプロセッサＵ３に与えられ、一方、モ ータ制御信号は、逆にマイクロプロセッサＵ３からモータ制御器Ｕ２に与えられ る。 第４図のような装置の動作においては、マルチプレクサＵ１Ａ、Ａ／Ｄコンバ ータＵ１Ｂ、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃ及びオペアンプＵ１ＤからなるデバイスＵ １は、ディスクドライブへ供給される電圧の読み取りと、スピンモータ１２への アナログの電流制御電圧とを同時に実行するのに使用されている。マイクロプロ セッサＵ３は、Ａ／ＤコンバータＵ２Ｂから供給される情報を読み取り、電源電 圧のレベルがＶ１より低下したか否かを判断する。次に、スピンモータ１２への 電流制御電圧が、実際のスピンモータの回転速度を決定する働きをするＤ／Ａコ ンバータＵ１Ｃに書き込まれたデータによって、予め定められた方法で減少させ られる。 スピンモータ制御器Ｕ２は、モータ１２の回転速度の制御のためのフェーズロ ックループを有する。このスピンモータ制御器Ｕ２はシーケンサも有し、これは 、従来技術と同様にスピンモータの巻線を整流する半導体スイッチを制御するも のである。 スピンモータの起動時１２に、制御器Ｕ２はシーケンサ を進めて、予め定められたシーケンスに従ってモータ１２を回転させるべく、ス ピンモータの巻線をオンにする。モータが反対向きに回転していることが検知さ れた場合は、シーケンサが、モータ１２を正しい向きに回転させる特別なルーチ ンに入るようにスイッチする。モータ１２が、モータ制御器Ｕ２が逆起電力を検 出するだけの十分な速度に達したならば、制御器Ｕ２は、スピンモータ１０を整 流する予め定められたシーケンスのパルスを発生させる。 モータ制御器には、モータ制御ループからの電流制御エラー電圧と共に真の制 御電流を求めて、スピンモータの整流回路に与えられる、オペアンプからの電流 制御電圧を計算する回路がある。 起動時の動作状態においては、モータ電流が増加し、そのためにディスクドラ イブでモニタされるバッテリー１０の電圧は低下する。このとき、マイクロプロ セッサＵ３は、Ａ／ＤコンバータＵ１Ｃによってバッテリーからの電圧供給をモ ニタする。電圧供給レベルがＶ１まで低下した場合は、マイクロプロセッサはＤ ／ＡコンバータＵ１Ｃに命令を送り、直ちにモータを回転させる電圧を低下させ る。このことは、バッテリー１０の供給する電圧をＶ１を超えるレベルに上昇さ せるまでモータ電流を減少させる働きをする。バッテリー１０の電圧がＶ１以上 になると、コンピュータへのリセット命令は発生しない。 モータ１２の回転速度が上昇するにつれ、バッテリー１ ０の供給する電圧は増加する傾向があり、モータ電流は、スピンモータ１２の逆 起電力のため低下する。モータ１２を流れる電流を高いレベルに保持して起動時 間を短縮するために、バッテリー１０の供給する電圧がＶ２のレベルに達したと きにモータ電流が増加して、電圧をＶ１のレベルまで低下させる。このようなモ ータ電流の調整は、起動が進行する間、必要なだけ繰り返すことができる。 バッテリー１０の供給電圧がＶ２を超えた場合は、マイクロプロセッサＵ３は 、適当な積分時間の後、Ｄ／Ａコンバータに命令を送り出力電圧を増加させて、 スピンモータの電流を、例えばバッテリー１０が十分充電されているときに起動 時間を最小にできるように予め定められた、最大値まで増加させることができる 。 バッテリー１０が放電点に近づいているときは、本システムによれば、従来技 術による場合よりも起動に長い時間がかかることに気づかれるであろう。（バッ テリー１０がフルに充電されている場合は、内部抵抗が小さいため（第１図参照 ）、電圧のレベルはＶ１まで低下しない。このため、マイクロプロセッサＵ３は 電流を減少させることはなく、起動に必要な時間を長くすることもない。）この ことは、第４図において線５０、５２に示されており、線５０は、本システムを 使用した場合の起動（ＲＰＭの時間軸に沿った変化）であり（ＲＰＭ最大となる 時間がＴ１に示されている）、このようなシステムを使用しない場合の起動 を示す線５２（ＲＰＭ最大となる時間がＴ２に示されている）と比較して示され ている。しかし、不必要なときも必要なときも動作停止となるような、非常に好 ましくない事態は避けることができる。その上、ディスクを起動して動作速度ま で立ち上げるのに必要な全エネルギーは、主として回転の慣性によるものなので 、起動時間を長くしてもエネルギー消費が著しく増加することはない。従って、 消費される全エネルギーは、従来のディスクドライブが消費するのと概ね同程度 となる。 上記に関して、極性を必要に応じて反転させることもでき、このとき、例えば 電圧または電流に関する「大きい」と「小さい」、「高い」と「低い」、「〜を 上回る」と「〜を下回る」、「増加」と「減少」といった言葉が、それぞれ同じ ことを表すように、入れ替えて使用されることは理解されよう。 トリップ点Ｖ１及びＶ２は互いに近い値に選択され、この場合、制御システム は閉ループレギュレータに類似したものとなることが示されている。 本システムの利点を更に述べれば、スピンモータを、上記のモータ制御回路に よる電流制限を利用し得るように設計することによって、バッテリーがフルに充 電されている場合、スピンモータの巻線を損なうことなく起動時間を短縮できる ということがある。 マイクロプロセッサを利用したシステムを用いることに よる利点がいくつかある。例えば、Ｖ１及びＶ２の設定は、予め定めた条件に応 じて、ダイナミックに調節できる。その上、マイクロプロセッサを利用したシス テムは、外部の事象がディスクドライブに及ぼす影響により電圧の供給が突然停 止することや、過渡電流を排除して、不必要な動作停止を防ぎ、スピンモータの 電源制御素子の好ましくない過渡的な動作を抑えることができる。また、起動時 において、一本の巻線を用いて静的試験を実施して利用可能なバッテリー電圧を 決定し、その後にモータ電流制御値を前もって設定するための起動シーケンスを 始動させることができる。 この他に、低電圧用に最適化された特別なスピンモータを用いたときに、フル に充電されたバッテリーが提供する高い電圧によってモーターが損われたり、不 適当な動作を起こすことがある。上記の回路では、マイクロプロセッサが自動的 に高電圧モードに切り替えることによって、スピンモータの電流を最適値に調節 することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１１月３日 【補正内容】 明細書 ディスクドライブ電源管理システム産業上の利用分野 本発明は、コンピュータの電源管理システム、とりわけ、ラップトップコンピ ュータ等のバッテリー寿命の管理に関する。背景技術 ラップトップコンピュータのバッテリーの寿命の管理は、それをうまく動作さ せるために重要である。このような装置では、サイズや重さについて限度がある ので、大型のバッテリーが望ましくないことは容易に理解されよう。このため、 現在の技術動向は、サイズや重さが比較的小さいバッテリーを使用し、バッテリ ーの寿命を延ばして動作時間を長くするように管理する方向に向かっている。 ここで重要な問題となっているのは、最も電力消費の大きいラップトップコン ピュータの部品、例えばハードディスクドライブの電力消費を管理する直接の手 段を、コンピュータの製造業者がもっていないことである。一般的に使用される 再充電可能なニッケルカドミウムバッテリーは、放電するにつれ電圧が徐々に低 下し、その後放電点（discharge point）に近づくと、突然、電圧の急激な低下 が起こるという特性を示す。比較的単調なゆっくりとした放電は、コンピュータ に使用するには望ましい特性であるが、放電曲線（discharge curve）の屈折点 が接近すると、突然電圧 が失われて、予期せずコンピュータの動作が停止してしまう事態がいつ発生して もおかしくないことになる。この結果、コンピュータのユーザーは、コンピュー タの誤動作や、重要な作業の最中にコンピュータが動作停止してデータが破壊さ れたり失われたりすることを経験することになる。このような訳で、コンピュー タの適正な動作のためには、バッテリーを、その放電曲線における急な電圧降下 の部分に至るまで使用するのは避けられなければならない。これを実行するため 、バッテリー電圧モニタが備えられており、これがバッテリーの放電曲線におけ る急な電圧降下の部分が差し迫っていることを警告する。コンピュータの製造業 者は、トリップ（TRIP）電圧ＶＬとして、ユーザーが無効にできない動作停止手 続きに入る命令を呼び出し、コンピュータのテータを保護するとともに動作を停 止させるようにするだけの、十分なパワーがバッテリーに残るような余裕のある 電圧値を選択している。 動作を続けるのに十分な電気がバッテリーに残っているときに、見かけ上の、 或いは過渡的な事象によるこのタイプの動作停止が起こるのは、好ましくない事 態であることは明らかである。ハードディスクドライブが、まさにこのような事 態を引き起こすことは既に例証されている。 ハードディスクドライブは、その起動状態において、ディスクを起動するエネ ルギーを必要とするため、最大の電力を消費する。正常な状態では、スピンモー タが起動命令 を受け取ったとき、モータに供給される電流が最大となるが、これは逆起電力が 生じていないためである。起動時においては、モータ電流に対する抵抗となるの は、巻線抵抗、飽和インダクタンス、制御回路及び配線での電圧降下のみである 。 このようにモータを起動することによって、最短の時間で必要なモータの動作 速度を得ることができ、特に、コンタクト−スタート−ストップ型（CONTACT-ST ART-STOP TYPES）のディスクドライブにおいては、これは望ましい起動方法であ る。しかし、このようにして生じるモータ電流は大変大きなものとなるので、コ ンピュータバッテリーの電圧が、瞬間的にコンピュータの電圧モニタのトリップ 電圧を下回り、コンピュータの動作を停止させるパワーダウンシーケンスPOWER DOWN SEQUENCE）を始動させることになる。 電力消費を節約するための「スリープモード（SLEEP MODE）」に入ってしまう ことによって、必要のないディスクドライブの動作停止が頻繁に起こることは通 例となっている。ディスクドライブを使用する必要がある場合、ディスクドライ ブが回転を開始すると、サージ電流がそのピーク時に、バッテリーの内部抵抗を 通して影響を与えて、瞬間的にコンピュータに供給される電圧を（ＶＬを下回る まで）低下させ、低電圧モニタがトリップし、それによってバッテリーが放電点 に達していないにも関わらず動作停止モードを始動させてしまうのである。この ように、「スリープ モード」のような電源管理技術においては、誤動作によるトリップの方がむしろ 起こりやすい程である。 第１図のように、ディスクの起動手続きにおいて、バッテリーに充電された電 気が残り少なくなった（バッテリーの内部抵抗は増加する）場合、若しくはバッ テリーが低温下で使用されている（第２図に示すように、やはり内部抵抗が大き くなる）場合には、コンピュータ内部のモニタがトリップすることがある。その 上、このようなバッテリーの利用可能な電圧（容量）は、セルの電圧を放電速度 の関数としてプロットした第３図（ここでＣはセルのＡｈで示される容量）にみ られるように、低温下では一般に低下し（高温下でもやはり低下する）、モータ の起動時に利用可能な電圧を更に低下させることになる。 この問題を解決する手段としては、１つには内部抵抗の小さい大型のバッテリ ーを使用することであるが、これは前記のように、コンピュータのサイズや重さ を大きくしてしまう点が好ましくない。もう１つ手段は、ディスクドライブに常 に動作させておくことによって起動サイクルに入ることを避ける方法であるが、 これもバッテリー寿命を延ばすことに関して好ましくない効果がある。発明の要約 本発明によれば、コンピュータは、ハードディスクドライブと、電源電圧が選 択された電圧ＶＬより低下するとコンピュータを動作停止の状態にする、バッテ リー電圧モニ タのような手段とを有する。ハードディスクドライブには、ＶＬよりも高いトリ ップ点として設定された第１の予め定められた閾値電圧Ｖ１と、Ｖ１よりも高い トリップ点として設定された第２の予め定められた閾値電圧Ｖ２とを有する、独 自の設定が可能な電圧モニタが備えられている。 モータ電流が制御回路によって制限されているため、ハードディスクドライブ の起動時に、コンピュータのバッテリーの供給する電圧値が閾値電圧ＶＬを下回 ることはない。これに加えて、起動時のモータ電流の制御により、バッテリーが コンピュータに供給する電圧値が、閾値電圧Ｖ２を上回ることもない。本システ ムに従えば、起動時において、モータ電流を適当な高いレベルに安定的に保ち、 一方バッテリーからコンピュータに供給される電圧値は、コンピュータが動作停 止となるレベルであるＶＬを下回ることはないのである。図の簡単な説明 第１図は、上記のように、バッテリーの内部抵抗を縦軸に、充電状態を横軸に とったグラフある。 第２図は、上記のように、フルに充電したバッテリーの内部抵抗を縦軸に、そ の温度を横軸にとったグラフである。 第３図は、上記のように、様々な温度におけるセルの放電速度と電圧値との関 係である。 第４ａ図は、上記の従来技術のよる場合と、本発明に従った場合の、ディスク ドライブモータ起動時のモータ電流 を縦軸に、時間を横軸にとったグラフである。 第４ｂ図は、上記の従来技術のよる場合と、本発明に従った場合の、ディスク ドライブ起動時のバッテリーの電圧値を縦軸に、時間を横軸にとったグラフであ る。 第５図は、本発明の回路の配線図である。好的な実施例の説明 本発明の原理を、第４図を参照しつつ述べる。第４Ａ図に示されているように 、起動時にディスクドライブモータに供給される電流を制御しない場合は、電流 は図の２７に示すレベルまで著しい上昇を示し、そのときモータ電流は最大とな り、その後モータが通常の動作速度に近づくまで電流は減少してゆき、モータが 通常の動作速度で回転するときの第２の低い電流のレベル２８に至る。これに対 応するバッテリーの供給する電圧のレベルは、前述の高い電流値と相互関係があ り、第４Ｂ図の２６に示すレベルとなる。モータの電流が増加することにより、 バッテリーの供給する電圧が低下しトリップ電圧ＶＬ（図の２５）より低くなる と、コンピュータが動作を続けるのに実際に十分な充電がバッテリーになされて いるのにも関わらず（モータの起動電流が非常に大きい場合を除く）、コンピュ ータが動作停止してしまう。本発明は、第４図に示すようにモータ電流を制限す る。電流が図の２１に示す点に達し、供給される電圧がこれに対応して第４Ｂ図 の２２に示すＶＬを上回るＶ１に達すると、モータ電流は減少して、バッテリー の 供給する電圧がＶ２のレベル（Ｖ１より高い）まで上昇する。ここにおいて、モ ータ電流は再び増加し、バッテリーの供給する電圧は図の点２３に示すＶ１まで 低下し、モータが通常の動作速度に達するまでこれが繰り返される。このように して、モータ電流が継続して調整され、トリップ電圧ＶＬでトリップすることな く可能な限りの加速度をモータに与えるのである。 第５図に示されるように、バッテリー１０はコンピュータ１１、そして上記の ようにハードディスクドライブ用のスピンモータ１２に電圧を供給する。装置に はMICRO LINEAR社製のＭＬ２３７７が使用されており（Ｕ１）、このデバイスに はマルチプレクサＵ１Ａ、Ａ／ＤコンバータＵ１Ｂ、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃ及 びオペアンプＵ１Ｄが備えられている。ディスクドライブでモニタされているバ ッテリー１０の電圧は、マルチプレクサＵ１Ａの入力端に与えられ、そこからの 出力信号はＡ／ＤコンバータＵ１Ｂの入力端に与えられる。バッテリー１０の電 圧は、分圧器を通してマルチプレクサＵ１Ａに与えられるのである。Ａ／Ｄコン バータＵ１Ｂの出力信号は、マイクロプロセッサＵ３の入力／出力データバスに 与えられる。マイクロプロセッサの出力信号は、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃの入力 ／出力データバスに与えられ、その出力信号もまたオペアンプＵ１Ｄの入力端に 与えられる。オペアンプＵ１Ｄの出力信号は、スピンモータの三相巻線に接続さ れているモータ制御器Ｕ ２に供給される。モータ制御器Ｕ２の出力端は、マルチプレクサＵ１Ａの入力端 に接続されている。整流信号は、モータ制御器Ｕ２からマイクロプロセッサＵ３ に与えられ、一方、モータ制御信号は、逆にマイクロプロセッサＵ３からモータ 制御器Ｕ２に与えられる。 第５図のような装置の動作においては、マルチプレクサＵＩＡ、Ａ／Ｄコンバ ータＵ１Ｂ、Ｄ／ＡコンバータＵ１Ｃ及びオペアンプＵ１ＤからなるデバイスＵ １は、ディスクドライブへ供給される電圧の読み取りと、アナログの電流制御電 圧のスピンモータ１２への提供とを同時に実行するのに使用されている。マイク ロプロセッサＵ３は、Ａ／ＤコンバータＵ１Ｂから供給される情報を読み取り、 電源電圧のレベルがＶ１より低下したか否かを判断する。次に、スピンモータ１ ２への電流制御電圧が、実際のスピンモータの回転速度を決定する働きをするＤ ／ＡコンバータＵ１Ｃに書き込まれたデータによって、予め定められた方法で減 少させられる。 スピンモータ制御器Ｕ２は、モータ１２の回転速度の制御のためのフェーズロ ックループを有する。このスピンモータ制御器Ｕ２はシーケンサも有し、これは 、従来技術と同様にスピンモータの巻線を整流する半導体スイッチを制御するも のである。 スピンモータの起動時１２に、制御器Ｕ２はシーケンサを進めて、予め定めら れたシーケンスに従ってモータ１２ を回転させるべく、スピンモータの巻線をオンにする。モータが反対向きに回転 していることが検知された場合は、シーケンサが、モータ１２を正しい向きに回 転させる特別なルーチンに入るようにスイッチする。モータ１２が、モータ制御 器Ｕ２が逆起電力を検出するだけの十分な速度に達したならば、制御器Ｕ２は、 スピンモータ１２を整流する予め定められたシーケンスのパルスを発生させる。 モータ制御器には、モータ制御ループからの電流制御エラー電圧と共に真の制 御電流を求めて、スピンモータの整流回路に与えられる、オペアンプからの電流 制御電圧を計算する回路がある。 起動時の動作状態においては、モータ電流が増加し、そのためにディスクドラ イブでモニタされるバッテリー１０の電圧は低下する。このとき、マイクロプロ セッサＵ３は、Ａ／ＤコンバータＵ１Ｂによってバッテリーからの電圧供給をモ ニタする。電圧供給レベルがＶ１まで低下した場合は、マイクロプロセッサはＤ ／ＡコンバータＵ１Ｃに命令を送り、直ちにモータを回転させる電圧を低下させ る。このことは、バッテリー１０の供給する電圧をＶ１を超えるレベルに上昇さ せるまでモータ電流を減少させる働きをする。バッテリー１０の電圧がＶ１以上 になると、コンピュータへのリセット命令は発生しない。 モータ１２の回転速度が上昇するにつれ、バッテリー１０の供給する電圧は増 加する傾向があり、モータ電流は、 スピンモータ１２の逆起電力のため低下する。モータ１２を流れる電流を高いレ ベルに保持して起動時間を短縮するために、バッテリー１０の供給する電圧がＶ ２のレベルに達したときにモータ電流が増加して、電圧をＶ１のレベルまで低下 させる。このようなモータ電流の調整は、起動が進行する間、必要なだけ繰り返 すことができる。 バッテリー１０の供給電圧がＶ２を超えた場合は、マイクロプロセッサＵ３は 、適当な積分時間の後、Ｄ／Ａコンバータに命令を送り出力電圧を増加させて、 スピンモータの電流を、例えばバッテリー１０が十分充電されているときに起動 時間を最小にできるように予め定められた、最大値まで増加させることができる 。 バッテリー１０が放電点に近づいているときは、本システムによれば、従来技 術による場合よりも起動に長い時間がかかることに気づかれるであろう。（バッ テリー１０がフルに充電されている場合は、内部抵抗が小さいため（第１図参照 ）、電圧のレベルはＶ１まで低下しない。このため、マイクロプロセッサＵ３は 電流を減少させることはなく、起動に必要な時間を長くすることもない。）この ことは、第４図において線５０、５２に示されており、線５０は、本システムを 使用した場合の起動（ＲＰＭの時間軸に沿った変化）であり（ＲＰＭ最大となる 時間がＴ１に示されている）、このようなシステムを使用しない場合の起動を示 す線５２（ＲＰＭ最大となる時間がＴ２に示されてい る）と比較して示されている。しかし、不必要なときも必要なときも動作停止と なるような、非常に好ましくない事態は避けることができる。その上、ディスク を起動して動作速度まで立ち上げるのに必要な全エネルギーは、主として回転の 慣性によるものなので、起動時間を長くしてもエネルギー消費が著しく増加する ことはない。従って、消費される全エネルギーは、従来のディスクドライブが消 費するのと概ね同程度となる。 上記に関して、極性を必要に応じて反転させることもでき、このとき、例えば 電圧または電流に関する「大きい」と「小さい」、「高い」と「低い」、「〜を 上回る」と「〜を下回る」、「増加」と「減少」といった言葉が、それぞれ同じ ことを表すように、入れ替えて使用されることは理解されよう。 トリップ点Ｖ１及びＶ２は互いに近い値に選択され、この場合、制御システム は閉ループレギュレータに類似したものとなることが示されている。 本システムの利点を更に述べれば、スピンモータを、上記のモータ制御回路に よる電流制限を利用し得るように設計することによって、バッテリーがフルに充 電されている場合、スピンモータの巻線を損なうことなく起動時間を短縮できる ということがある。 マイクロプロセッサを利用したシステムを用いることによる利点がいくつかあ る。例えば、Ｖ１及びＶ２の設定は、 予め定めた条件に応じて、ダイナミックに調節できる。その上、マイクロプロセ ッサを利用したシステムは、外部の事象がディスクドライブに及ぼす影響により 電圧の供給が突然停止することや、過渡電流を排除して、不必要な動作停止を防 ぎ、スピンモータの電源制御素子の好ましくない過渡的な動作を抑えることがで きる。また、起動時において、一本の巻線を用いて静的試験を実施して利用可能 なバッテリー電圧を決定し、その後にモータ電流制御値を前もって設定するため の起動シーケンスを始動させることができる。 この他に、低電圧用に最適化された特別なスピンモータを用いたときに、フル に充電されたバッテリーが提供する高い電圧によってモーターが損われたり、不 適当な動作を起こすことがある。上記の回路では、マイクロプロセッサが自動的 に高電圧モードに切り替えることによって、スピンモータの電流を最適値に調節 することができる。請求の範囲 １．電気的システムと、 モータと、 前記電気的システムに与えられる電圧が第１レベルを下回ったときに、前記電 気的システムを動作停止にさせる機能を与える、前記電気的システムに接続され た手段と、 前記モータが加速している間に、前記電気的システムに与えられる電圧が、前 記第１レベルより大きい第２レベルを常に上回るように、前記モータの電流を制 限するための、前記電気的システムと前記モータに接続された手段とを有するこ とを特徴とする、バッテリーを電源とするコンピュータに使用される電気の管理 装置。 ２．前記電気的システムに与えられる電圧が、前記第２レベルより大きい第３レ ベルに達するときに、前記モータ電流を増加して前記モータを加速させるための 、前記電気的システムに接続された手段を更に有することを特徴とする請求項１ に記載の装置。 ３．前記モータがディスクドライブモータであることを特徴とする請求項２に記 載の装置。 ４．前記モータの電流を制限するための手段が、マイクロプロセッサを有するこ とを特徴とする請求項２に記載の装置。 ５．前記電気的システムがバッテリーを電源とすることを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ６．前記モータ電流を制限する手段が、 前記マイクロプロセッサに接続された電圧センサと、 出力端を前記モータに接続して使用されるアンプとを、更に有することを特徴 とする請求項５に記載の装置。 ７．バッテリー電圧を検知する電圧センサと、 ディスクドライブモータと、 前記電圧センサが前記バッテリー電圧が第１レベルに達したことを示している のに反応して、前記ディスクドライブモータに流れる電流を制限し、前記電流が 前記バッテリー電圧を第２レベルを下回るまで低下させないようにする、前記電 圧センサ及び前記ディスクドライブモータとに接続して使用される電流制御器と を有することを特徴とするディスクドライブシステム。 ８．前記第２レベルが前記第１レベルより小さいことを特徴とし、 前記バッテリー電圧が前記第２レベルを下回ったことに反応して動作を停止さ せる電圧モニタを有する、前記バッテリーを電源とするコンピュータを更に有す ることを特徴とする請求項７に記載のシステム。 ９．前記電流制御器が、前記電圧センサが前記バッテリー電圧が前記第１レベル を下回ったことを示しているのに反応して、前記ディスクドライブモータが加速 したままで、前記バッテリー電圧が上昇するように、電流をゼロでない大きさま で減少させることを特徴とする請求項７に記載の システム。 １０．前記ディスクドライブモータが加速している間に、前記電流制御器が、前 記電圧センサが前記バッテリー電圧が前記第１レベルから第３レベルまで上昇し たことを示しているのに反応して、電流を増加させ、それによって前記ディスク ドライブモータの加速度を増加させることを特徴とする請求項９に記載のシステ ム。 １１．前記電流制御器が、 前記バッテリーから前記ディスクドライブモータへ電力を供給するべく、前記 ディスクドライブモータに接続して使用されるアンプと、 前記アンプから前記ディスクドライブモータへの電力供給を制御する、前記電 圧センサ及び前記アンプに接続して使用されるマイクロプロセッサとを有するこ とを特徴とする請求項１０に記載のシステム。 １２．コンピュータシステム及びディスクドライブの電源となるバッテリーの電 圧をモニタする過程と、 前記バッテリーの電圧が第１レベルを下回ったことに反応して前記コンピュー タの動作を停止する過程と、 前記バッテリーから電流を供給して、前記ディスクドライブのモータを加速す る過程と、 前記バッテリーの電圧が、第１レベルより大きい第２レベルまで低下したこと に反応して、前記モータをその動作速度まで加速させつつ前記バッテリーの電圧 を前記第１レ ベルを超えるレベルに維持するような大きさまで、前記モータの電流を減少させ る過程とを有することを特徴とする前記バッテリーの電圧の制御方法。 １３．前記モータ電流をが減少させたのち、前記バッテリーの電圧が前記第２レ ベルより大きい第３レベルまで上昇したことに反応して、前記モータの電流を増 加させて、その加速度を増加させる過程を更に有することを特徴とする請求項１ ２に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルク、スティーブン・ビー アメリカ合衆国コロラド州80304・ボウル ダー・ノーウッドコート 3805

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的システムと、 電流によって動作するデバイスと、 前記電気的システムに与えられる電圧が第１レベルを下回ったときに、前記電 気的システムを動作停止にさせる機能を与える、前記電気的システムに接続され た手段と、 前記電流によって動作するデバイスの動作中に、前記電気的システムに与えら れる電圧が、前記第１レベルより大きい第２レベルを常に上回るように、前記電 流によって動作するデバイスの電流を制御する機能を与える、前記電気的システ ムに接続された手段とを有することを特徴とする電気の管理装置。 ２．前記電流によって動作するデバイスの動作中に、前記電気的システムに与え られる電圧が、前記第２レベルより大きい第３レベルを常に下回るように、前記 電流によって動作するデバイスの電流を制御する機能を与える、前記電気的シス テムに接続された手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記電流によって動作するデバイスが電気モータであることを特徴とする請 求項１に記載の装置。 ４．前記電気モータがディスクドライブモータであることを特徴とする請求項３ に記載の装置。 ５．前記電流によって動作するデバイスの電流を制御するべく前記電気的システ ムに接続された手段が、マイクロプ ロセッサを有することを特徴とする請求項２に記載の装置。 ６．前記電気的システムがバッテリーを電源とすることを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ７．電気的システムと、 ディスクドライブモータと、 前記電気的システムにバッテリーから与えられる電圧が第１レベルを下回った ときに、前記電気的システムを動作停止にさせる機能を与える、前記電気的シス テムに接続された手段と、 前記モータの起動時において、前記電気的システムにバッテリーから与えられ る電圧が、前記第１レベルより大きい第２レベルを常に上回るように、前記モー タの電流を制御する機能を与える、前記電気的システムに接続された手段とを有 することを特徴とするバッテリーを電源とするコンピュータに使用される電気の 管理装置。 ８．前記モータの起動時において、前記電気的システムにバッテリーから与えら れる電圧が、前記第２レベルより大きい第３レベルを常に下回るように、前記モ ータの電流を制御する機能を与える、前記電気的システムに接続された手段を更 に有することを特徴とする請求項７に記載の装置。