专利名称：从光盘驱动器的转盘马达中回收能量的方法和光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从光盘驱动器的转盘马达中回收能量的方法。本发明还涉 及一种可以从转盘马达中回收能量的光学装置。
技术背景常规操作期间，在几种情形下，光驱需要加速和减速转盘马达以及在转盘 10上被夹持的盘。例如，当将需要被读取或记录的新盘放置到驱动器中时，当驱动器在进入节电模式后需要被重启时，或者当在CLV (恒定线速度)模式下执 行从盘的外径向更小半径寻轨时，需要加速。同样地，在相似的情形下发生减速当停止盘以将其退出、进入节电模式或在CLV模式下执行向外的寻轨时。在转盘马达和盘必须被减速的情形下，由于减il^后马达的旋转频率小于15减速之前的旋转频率，因此该系统的动能下降。在当前根据现有技术应用的用于减速光驱的转盘马达的方法中，从电源请求0或大于0的能量净值。这涉及以下已知的方法-根据固定的反转电压制动马达。由于摩擦力，并且由于通过线圈的内阻馈送 电流，因此消耗旨巨量。20 - fflil将线圈短路来制动马达。由于摩擦力，并且由于马达反-EMF导iCil31 线圈阻抗的电流，因此消耗能量。-打开线圈电路，因此马达和盘将由摩擦力减速。仅仅由于摩擦力，因此消耗能量。所以尽管马达和盘的动能降低了，并且因而释放能量，但是该能量被补偿25或者甚至超出由摩擦力和驱动马达消耗的能量的量。 发明内容本发明的目的是提供一种方法和光学装置，使得由摩擦力和马达驱动消耗 的能量的量小于释放的动能，导致可在系统其它地方中应用净能量余量。独立权利要求的特征解决了上述目的。在从属权利要求中概述了本发明的 30进一步改进和优选实施例。根据本发明，提供了一种从光盘驱动器的转盘马达中回收能量的方法，该 光盘驱动器包括电源和能够选择性地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及 在第二状态下从马达向电源馈送电流的电路，该方法包括步骤减速马达，5 在 马达期间，根据马达的角速度反复计算第一状态的持续时间和第二状态的持续时间之间的比例，使得在，减3I31程中累积的电流从马达馈送到电源，以及计算完该比例之后，根据计算得到的比例选择第一状态的持续时间和第二 状态的持续时间。10 可以以算法的形式根据仅仅很少的计算工作而实施该方法。因此，可以容易地在现有系统中执行该方法。具体地，将该比例定义为a/(1- )，根据以下等式计算"的最优值 <formula>formula see original document page 5</formula>其中VCC是电源电压，Vemf是^#、于马达的角速度(Om的和马达常数kM的电磁 15力从属电压，满足以下等式因此，根据VEMF的实际值，対于VemH)， 《在例如为0.85的上限值和0.5 的下限值之间变化，因此0^=0。实际上，Mil^择施加于马达的相应脉宽调制(PWM)信号 择第一状 20态的擀卖时间和第二状态的持续时间。因此，更新电压意歸更新"。以PWM 信号将电压施加于马达，因此，更新电压意味着脉冲的占空比"将发生变化。 实际上，ffiil向驱动器集成电路(IC)施加不同的电压完成对电压或a的改变。 通常地，驱动器装配有将在输入引脚的电压转换为在输出级的PWM信号的电 子电路。该PWM信号驱动马达。 25 根据本发明的具体实施例，在整个减速过程中以恒定的频率执行计算和选 择步骤。从降低系统的编程工作的意义上来说，足够高的恒定频率的选择是执 行根据本发明的方法的便捷方式。根据优选实施例，在减速前期期间比减速后期期间更频繁地执行计算和选 择步骤。这需要增大编程工作。然而，皿过减速前期期间《随时间的改变和可以回收的能量比减速后期期间高这一事实得到证明。因此，在早期付出增大 的编程工作以及更高的计算工作是有用的。具体地，执行计算和选择步骤，使得作为时间函数的比例与预定的时间表(time profile)相匹配。基于此，可以关于任何所需属性最优化本发明。还能够将 5选择附加于时间相关的作为马iiM的函数的计算步骤的频率，或者替代时间 相关。根据本发明，还提供了一种光学装置，该光学装置包括电源和能够选，華性 地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达向电源馈送电流的电路，该，还包括 10 用于减速马达的装置，用于在减速马达期间，根据马达的角速度反复计算第一状态的持续时间和 第二状态的持续时间之间的比例，使得在整个减皿程中累积的电流从马达馈 送到电源的装置，以及用于在计算完该比例之后，根据计算得到的比例选择第一状态的持续时间15和第二状态的持续时间的装置。具体地，在用于执行光学装置的通用操作任务而提供的数字信号处理器(DSP)中实现至少一个减速装置、计算装置以 择装置。根据进一步的实施例，在用于执行光学體的通用操作任务而提供的微处 理器中实现至少一个减速装置、计算装置以皿择装置。20 在这一程度上，可以基于现有技术的光学装置中已有的部件实施本发明。舰可以应用于雌实施例，在该im实施例中，M:应用全H电桥的集 成电路ac)，能够选择性地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达向电源馈送电流。应用全H电桥的处理器例如是飞利浦SA56202处理器。25 根据本发明，Mil将一段程序代码实施为光盘驱动器的现有部件，可以容易地回收来自于转盘马达的能量。必须选择马达驱动器IC，使得fflil应用全H 电桥驱动马达，因此能够将电流馈送回到电源。在减速相位脉冲期间，施加于 马达的电压实时更新，从而与预定表相匹配。
30 本发明的这些和其它方面将参照此后描述的实施例变得明显并被阐明。图1显示了用于实施根据本发明的方法在第一转换状态下的与转盘马达相 连接的驱动电路。图2显示了用于实施根据本发明的方法在第二转换状态下的与转盘马达相 连接的驱动电路。5 图3显示了用于说明基于Vemf>0的占空比"的马达电流lM和电源电流IPS的特性的图表。图4显示了用于说明本发明的说明转盘马达自期间不同数量的特性的图表。图5显示了用于说明根据本发明的方法的流程图。 io具体实施方式
图1显示了用于实施根据本发明的方法在第一转 皿态下的与转盘马达相 连接的驱动电路。图2显示了用于实施根据本发明的方法在第二转换状态下的 与转盘马达相连接的驱动电路。本发明可以应用于应用转换马达驱动器的光学 驱动器。图1和2给出了连接有马达12的马达驱动器10的简单模型作为任何 15操作方案的示例。该调整也可以通过不同的方案工作。驱动器IO由可以成对操 作的四个开关SW1、 SW2、 SW3和SW4组成。无论SW1和SW4关闭，SW2 和SW3打开(图l)，或者SW1和SW4打开，SW2和SW3关闭(图2)。因 此，由于电源Vcc接地Gnd，因此电流I可以M马达12流向不同的方向。马 达12的模型如自感Im与阻抗rm串联以及表示马达的反-EMF的电压源Vemf 20相串联。当驱动器10驱动马达12时，将周期性地在根据图1和图2的状态之 间发生转换。由于向马达施加脉宽调制(PWM)信号，因此实现了在这些状态 之间的周期性转换。以下，将推导出，基于PWM信号的占空比，在转盘减速期间可以回收来 自于转盘马达12的能量。在该范围内，应用以下定义 25 T-周期时间aT—艮据图l的状态t转卖时间，《=
(l-a)T-根据图2的状态t转卖时间，《=
将推导出通过马达以及从电源中流出平均电流，即在一个周期T内的平均 值。在以下对平均马达电流lM的计算中，ilil马达从"+"流向"-"的电流定30义为正。在根据图1的状态下，我们有在根据图2的状态下，劍门有:在稳态下的计算，在根据图1的状态下的AlM将等于根据图2的状态下的5-AIM。因此<formula>formula see original document page 8</formula>°对该等式求解IM，得出<formula>formula see original document page 8</formula>相似地，可以根据从电源汲取的电流定义为正的惯例计算平均源电流Ips。 10在根据图1的状态下，我们有<formula>formula see original document page 8</formula>在根据图2的状态下，我们有<formula>formula see original document page 8</formula>一个周期T内的平均值给出 15 /,<formula>formula see original document page 8</formula>因此现在，孩等式中的Im可以由等式(1)替代，其给出<formula>formula see original document page 8</formula>20 从等式(2)中可以看出从电源汲取的电流是在以下"it^31零(cross "0")的二次函数<formula>formula see original document page 8</formula>因此，根据在^和A之间选择的占空比，马达将电流t黄送回到电源。 函数的最小值表示a值，对于该a值最高电流馈送回到电源。该"值称为<formula>formula see original document page 8</formula>由图3的图表说明以上表示的计算，其中图3显示了以给定马iiil度从电 源汲取的电流。选择该马达速度，使得例如，Vem^3.5V。将其它参数选择为 RM=3.5欧姆，VCC=5V。可以区分马达控制中的以下特性区域5 0S"O.5:马达被积极制动，需要从电源汲取电流。"=0.5:马达电压是0，它表示马达线圈短路。0.5<"<0.85:马达被积极制动，但是净电流流向电源。 =0.85:没有电流流经马达，它表示打开马达线圈。 "X).85:力口速马达，需要从电源汲取电流。io 注意，当选择不同的马iiil度，即不同的Vemf吋，《=0.85点根据等式(3)发生改变。从等式(4)中，考虑Vemf - k m ' wm o其中kM表示马达常数，(DM表示马达的角速度，可以看出在各个马iiM度， 15存在给出IpsS0的最优 t 。因此，下一步骤是重复计算该 t ，并且在全部减ilii程中应用这對直。可以在光驱系统中应用的微处理器或DSP中执行该计算， 例如在包括MIPS处理器和REAL DSP的PNX7860 Centaurus2 IC中。根据图4的图表显示了该流程的模拟结果。马达从80Hz减速到0。该模拟 中应用的参数是20 Rm=3.5 Ohm (线圈阻抗)LM=3.5mH (线圈自衝 kM=7e-3Nm/A (马达常数) JM=32e-6 m2kg (马达加12cm盘的惯性)》T"co) (摩擦力)25从该图表中可以看出，对于该特定情形，当将马达从80Hz制动到0时，可 以从马达中回收1.45焦。当马达以80Hz旋转时马达中的机械能是E=l/2Jo)2。 因此，可以回收大约36%的机械能。其它在线圈阻抗中消耗，以及由于摩擦力 而消耗。图5显示了用于说明根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S01中，开30始减速。在减速期间，根据步骤S02，基于角速度WM和马达常数km确定电磁力从属电压VEMF。在步骤S03中，ffiM应用以下公式计算与电磁力从属电压所 需的占空比，一 f cc 。根据步骤S04,选择用于施加于脉宽调制信号的计算得到的占空比。步骤 5 S05是等待步骤，等待的时间是疸定的或可变的，如果节约计算工作的话可以存 在该步骤。缺少等待步骤，"的调整可以准连续。在步骤S06中，判断是否完成减速。如果不是这种情况，则处理过程在步 骤S02继续确定电磁力从属电压。如果完成减速，则方法在步骤S07结束。 本发明可以应用于多个技术领域。感兴趣的具体领域是用于便携式设备的 io光驱，例如应用允许电流流回到电源的转换马达驱动器的笔记本电脑或便携式 AV装置。可以应用本发明的例子例如是未来的"蓝色"笔记本驱动器。由于与全 部驱动器中消耗的能量相比，马达加盘中的机械育狄目对较小，因此，本发明在 以下应用中最有价值..执行多次加逾减速动作以及相对较短的连续读/写动作。 也可以应用以上未描述的等同物和改进，这不脱离在附加的权利要求书中 15定义的本发明的范围。
权利要求
1.一种从光盘驱动器的转盘马达(12)中回收能量的方法，该光盘驱动器包括电源和能够选择性地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达向电源馈送电流的电路(10)，该方法包括步骤减速马达，在减速马达期间，根据马达的角速度反复计算第一状态的持续时间和第二状态的持续时间之间的比例，使得在整个减速过程中累积的电流从马达馈送到电源，以及计算完该比例之后，根据计算得到的比例选择第一状态的持续时间和第二状态的持续时间。
2. 根据权利要求l的方法，其中将该比例定义为《/(1- )，根据以下等式 计算《的最优值"，二 " CC T r孤/F， 一 《15其中Vcc是电源电压，VEMF是依赖于马达的角速度COM和马达常数kM的电磁力 从属电压，满足以下等式^EMF 一 、 "Af o
3. 根据丰又利要求1的方法，其中通过选择施加于马达的相应脉宽调制 (PWM)信号 择第一状态的持续时间和第二状态的持续时间。
4.根据权利要求l的方法，在 ^咸^131程中以恒定的频率执行计算和选 择步骤。
5. 根据权利要求l的方法，其中在 前期期间比 后期期间更频繁地 执^i十算和选择步骤。
6. 根据权利要求1的方法，其中执行计算和选择步骤，使得作为时间函数 25的比例与预定的时间表相匹配。
7. —种光学装置，该光学装置包括电源和能够选择性地在第一状态下从电 源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达(12)向电源徵送电流的电路(10)， 该装置还包括用于减速马达的装置，用于在减速马达期间，根据马达的角速度反复计算第一状态的辦卖时间和 第二状态的持续时间之间的比例，使得在整个减皿程中累积的电流从马达馈 送到电源的装置，以及用于在计算完该比例之后，根据计算得到的比例选择第一状态的持续时间 5和第二状态的持续时间的装置。
8. 根据权利要求7的光学装置，其中在用于执行光学装置的通用操作任务而提供的数字信号处理器(DSP)中实现至少一个减速装置、计算装置以及选择装置。
9. 根据权利要求7的光学装置，其中在用于执行光学装置的通用操作任务 io而提供的微处理器中实现至少一个减速装置、计算装置以及选择装置。
10. 根据权禾腰求7的光学装置，其中通过应用全H电桥的集成电路(IC)，能够选择性地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达向 电源^^电流。
全文摘要
本发明涉及一种从光盘驱动器的转盘马达(12)中回收能量的方法，该光盘驱动器包括电源和能够选择性地在第一状态下从电源向马达馈送电流以及在第二状态下从马达向电源馈送电流的电路(10)，该方法包括步骤减速马达，在减速马达期间，根据马达的角速度反复计算第一状态的持续时间和第二状态的持续时间之间的比例，使得在整个减速过程中累积的电流从马达馈送到电源，计算完该比例之后，根据计算得到的比例选择第一状态的持续时间和第二状态的持续时间。本发明还涉及一种光学装置。
文档编号G11B19/20GK101223593SQ200680025801
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月15日
发明者C·A·赫泽曼斯, H·A·J·卢伊曼斯, J·范比男 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司