Вращаем мотор убитого жесткого диска
Сломался у меня винчестер от ноута. Хотел его сегодня выкинуть, покрутил в руках и в голове промелькнула идея оживить моторчик привода диска. Вспомнил теорию по двигателям, которую получил ещё в студенческие годы, прикинул, что там стоит обычный фазный синхронный двигатель. Гуглить и искать в интернете специально ничего не стал — решил запустить его сам.
Раскрутив винт по винтикам обнаружил четыре контакта, идущие к мотору. Прозвонив эти контакты я обнаружил, что мотор содержит три обмотки, подключенные по схеме "звезда" с выводом от общей точки. То есть получается три фазы и общий выход. Фазы смещены на 60 градусов. Сопротивление обмоток низкое, в районе пары Ом.
Чтоб запустить моторчик нужно по очереди подавать импульсы на эти три обмотки. Быстро накидав текст программы для микроконтроллера и спаяв на коленках схему получил результат формы сигнала:
С микроконтроллера сигнал поступает на мосфеты Т1 — Т3, далее с мосфетов импульсы подаются на обмотки А B и C. Общий вывод N подключен к плюсу через токоограничивающий резистор. Чтобы мотор хорошо работал, нужно подбирать оптимальное соотношение скважности импульсов.
Запуск старых HDD для прикладных применений
При использовании старых HDD приводов в прикладных целях иногда возникает проблема с тем, что шпиндельный двигатель останавливается через некоторое время после запуска. Есть у них такая «фишка» — если с блока головок не поступают сигналы на микросхему-контроллер, то она запрещает микросхеме-драйверу вращать двигатель. На примере несколько моделей приводов попробуем разобраться, как это исправить.
Всё началось с того, что привезли несколько старых винчестеров (рис.1) и сказали, что здесь рабочие вперемешку с «убитыми», хочешь – выбирай, не хочешь – делай что хочешь. Но если разберёшься, как их использовать в качестве небольшого наждака для правки инструмента, расскажи. Ну, вот – рассказываю…
Первый HDD – «Quantum» семейства «Fireball TM» с микросхемой привода TDA5147AK (рис.2). Посмотрим, что он из себя представляет.
Верхняя крышка крепится 4-мя винтами по углам и одним винтом и гайкой, находящимися сверху, под наклейками. После снятия крышки видны сам жёсткий диск, считывающие головки и магнитная система управления положением головок (рис.3). Шлейф отсоединяем, магнитную систему откручиваем (здесь понадобиться специально заточенный шестигранный ключ «звёздочка»). При желании диск тоже можно снять, если открутить три винта на шпинделе двигателя (также нужен шестигранник).
Теперь ставим крышку на место для того, чтобы можно было перевернуть HDD для экспериментов с электроникой и подаём в разъём питания напряжения +5 В и +12В. Двигатель разгоняется, работает примерно 30 секунд, а затем останавливается (на печатной плате есть зелёный светодиод – он горит при вращении двигателя и мигает при его остановке).
В сети легко находится даташит на микросхему TDA5147K, но по нему не удалось разобраться с сигналом разрешения/запрета вращения. При «подтягивании» сигналов POR к шинам питания добиться нужной реакции не удалось, но при просмотре сигналов осциллографом выяснилось, что при касании щупом 7-го вывода микросхемы TDA5147АK происходит её сброс и перезапуск двигателя. Таким образом, собрав простейший генератор коротких импульсов (рис.4, нижнее фото) с периодом в несколько секунд (или десятков секунд), можно заставить двигатель вращаться более-менее постоянно. Возникающие паузы в подаче питания длятся около 0,5 секунды и это не критично, если двигатель используется с небольшой нагрузкой на валу, но в других случаях это может быть неприемлемо. Поэтому, способ хоть и действенный, но не совсем правильный. А «правильно» запустить его так и не удалось.
Следующий HDD – «Quantum» семейства «Trailblazer» (рис.5).
При подаче напряжений питания привод никаких признаков жизни не подаёт и на плате электроники начинает сильно греться микросхема 14-107540-03. В середине корпуса микросхемы заметна выпуклость (рис.6), что говорит о её явной неработоспособности. Обидно, но не страшно.
Смотрим микросхему управления вращением двигателя (рис.7) — HA13555. Она при подаче питания не греется и видимых повреждений на ней нет. Прозвонка тестером элементов «обвязки» ничего особенного не выявила – остаётся только разобраться со схемой «включения».
Поисковики даташит на неё не находят, но есть описание на HA13561F. Она выполнена в таком же корпусе, совпадает по ножкам питания и по «выходным» выводам с HA13555 (у последней к проводникам питания двигателя подпаяны диоды – защита от противо-ЭДС). Попробуем определиться с необходимыми выводами управления. Из даташита на HA13561F (рис.8) следует, что на вывод 42 (CLOCK) должна подаваться тактовая частота 5 МГц с уровнем TTL-логики и что сигналом, разрешающим запуск двигателя, является высокий уровень на выводе 44 (SPNENAB).
Так как микросхема 14-107540-03 нерабочая, то отрезаем питание +5 В от неё и от всех остальных микросхем, кроме HA13555 (рис.9). Тестером проверяем правильность «порезов» по отсутствию соединений.
На нижнем фото рисунка 9 красными точками показаны места подпайки напряжения +5 В для HA13555 и резистора «подтяжки к плюсу» её 44 вывода. Если же резистор от вывода 45 снять с родного места (это R105 по рисунку 8) и поставить его вертикально с некоторым наклоном к микросхеме, то дополнительный резистор для подтяжки к «плюсу» вывода 44 можно припаять к переходному отверстию и к висящему выводу первого резистора (рис.10) и тогда питание +5 В можно подавать в место их соединения.
На обратной стороне платы следует перерезать дорожки, как показано на рисунке 11. Это «бывшие» сигналы, приходящие от сгоревшей микросхемы 14-107540-03 и старая «подтяжка» резистора R105.
Организовать подачу «новых» тактовых сигналов на вывод 42 (CLOCK) можно с помощью дополнительного внешнего генератора, собранного на любой подходящей микросхеме. В данном случае была использована К555ЛН1 и получившаяся схема показана на рисунке 12.
После «прокидывания» проводом МГТФ напряжения питания +5 В прямо от разъёма к выводу 36 (Vss) и других требуемых соединений (рис.13), привод запускается и работает безостановочно. Естественно, если бы микросхема 14-107540-03 была исправна, вся доработка заключалась бы только в «перетяжке» 44-го вывода к шине +5 В.
На этом «винте» была проверена его работоспособность при других тактовых частотах. Сигнал подавался с внешнего генератора прямоугольных импульсов и минимальная частота, с которой привод работал устойчиво — 2,4 МГц. На более низких частотах циклично происходил разгон и остановка. Максимальная частота – около 7,6 МГц, при дальнейшем её увеличении количество оборотов оставалось прежним.
Количество оборотов также зависит и от уровня напряжения на выводе 41 (CNTSEL). В даташите на микросхему HA13561F есть таблица и она соответствует значениям, получаемым у HA13555. В результате всех манипуляций удалось получить минимальную скорость вращения двигателя около 1800 об/мин, максимальную – 6864 об/мин. Контроль проводился с помощью программы SpectraPLUS, оптопары с усилителем и кусочка изоленты, приклеенного к диску так, чтобы он при вращении диска перекрывал окно оптопары (в окне анализатора спектра определялась частота следования импульсов и затем умножалась на 60).
Третий привод – «SAMSUNG WN310820A».
При подаче питания микросхема-драйвер – HA13561 начинает сильно греться, двигатель не вращается. На корпусе микросхемы заметна выпуклость (рис.14), как и в предыдущем случае. Проводить какие-либо эксперименты не получится, но можно попробовать запитать двигатель от платы с микросхемой HA13555. Длинные тонкие проводники были подпаяны к шлейфу двигателя и к выходным контактам разъёма платы электроники – всё запустилось и работало без проблем. Если бы HA13561 была целой, доработка для запуска была бы такой же, как и для «Quantum Trailblazer» (44-й вывод к шине +5 В).
Четвёртый привод — «Quantum» семейства «Fireball SE» с микросхемой привода AN8426FBP (рис.15).
Если отключить шлейф блока головок и подать питание на HDD, то двигатель набирает обороты и, естественно, через некоторое время останавливается. Даташит на микросхему AN8426FBP есть в сети и по нему можно разобраться, что за запуск отвечает вывод 44 (SIPWM) (рис.16). И если теперь перерезать дорожку, идущую от микросхемы 14-108417-02 и «подтянуть» вывод 44 через резистор 4,7 кОм к шине +5 В, то двигатель не будет останавливается.
И напоследок, вернувшись немного назад, были сняты формы сигналов на выводах W и V микросхемы HA13555 относительно общего провода (рис. 17).
Самое простое прикладное применение старого HDD – небольшой наждак для правки свёрл, ножей, отвёрток (рис.18). Для этого достаточно наклеить на магнитный диск наждачную бумагу. Если «винт» был с несколькими «блинами», то можно сделать сменные диски разной зернистости. И здесь хорошо бы иметь возможность переключения скорости вращения шпиндельного двигателя, так как при большом количестве оборотов очень легко перегреть затачиваемую поверхность.
Наждак, конечно, не единственное применение для старого HDD. В сети легко находятся конструкции пылесосов и даже аппарата для приготовления сладкой ваты…
В дополнении к тексту находятся упомянутые даташиты и файлы печатных плат внешних генераторов импульсов в формате программы Sprint-Layout 5-ой версии (вид со стороны печати, микросхемы устанавливаются как smd, т.е. без сверловки отверстий).
Запускаем мотор от hdd.
Спустя 40 с лишним дней мне наконец-то прислали драйвер. За это время я успел найти пару моторчиков от жёстких дисков, и сейчас расскажу как же запустить его. В комплекте к моему драйверу шел "сервотестер", правда на корпусе написано "сервер тестер".
Это устройство генерирует шим сигнал, необходимый для управления драйвером. Имеет три режима:
1)ручной
2) половина газа
3)периодично повышать и понижать обороты.
Цена всего этого комплекта 300 рублей.
На вход подаем 12 вольт, на выходе имеем 3 провода, которые подключаем к двигателю.
Итак, берем мотор, паяем к нему три провода, учтите, что мотор хорошо крутится только против часовой стрелки, это обусловлено строением системы подшипников.
В позапозапрошлом посте я писал, для того чтобы изменить направление вращения BDLC мотора достаточно поменять местами два провода идущие к обмоткам.
Схема готова, подаем питание 11-12 вольт и смотрим:)
Мотор запускается, вы имеете возможность регулировать обороты) Токопотребление в районе 1 ампера.
Таким образом вы можете запустить любой мотор от hdd или dvd прикрепить наждачный круг и пользоваться наждаком.
Всем спасибо, хорошего дня:)
Супер, ставим пропеллер на мотор ДВД, раскручиваем на 26000 оборотов и получаем пулемет, стрелявший лопостями!
А как же ссылка на устройство?)
А к вот такому движку от диска куда цеплять?
а если использовать в квадракоптерах получиться?
Как устроен жёсткий диск и принцип работы HDD и SSHD
Жёсткий диск может хранить в себе большое количество данных, но знаете ли вы как он устроен внутри или принцип его работы?
Так вот я вам наглядно покажу. HDD состоит из двух частей. Корпус, чёрного цвета и прикрытый крышкой, это гермоблок. Плата на обратной стороне, это контроллер. О нём я расскажу чуть позже. А сейчас посмотрим что внутри гермоблока.
Открыв крышку, сразу бросается в глаза большая блестящая пластина, занимающая большую часть корпуса и зажатая шайбой. Это и есть сам жесткий диск, их кстати может быть несколько расположенных один над другим.
Пластины крепятся на шпиндель электромотора, который заставляют их вращаться со скоростью 7200 об/мин, а контроллер поддерживает постоянную скорость вращения при помощи контактов на обратной стороне корпуса, через них же и осуществляется питание. Именно на пластинах хранятся все данные, причём не только пользовательские, но и служебные необходимые самому устройству.
Чем больше пластин, тем больше информации может вместить устройство, а выполнены они обычно из металлических сплавов (хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но они были не долговечны, встречаются даже керамические диски).
Покрыты пластины ферромагнитным слоем, который и хранит всю информацию. Этот слой разбивается на сотни тысяч узких дорожек, каждая из дорожек разделена на секторы это позволяет определять, куда записывать и где считывать информацию. А вся карта о секторах и дорожках находится в памяти контроллера.
Ну а чтобы записать данные, над диском с большой скоростью движется металлический кронштейн, который называется коромысло, на его конце находятся слайдеры с магнитными головками.
Головка проходя над дорожкой намагничивает микроскопическую область на ферромагнитном слое, устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний «0» или «1», а с помощью улавливания магнитного потока происходит считывание информации, когда головка проходит над областью с измененной полярностью, она фиксирует импульс напряжения, этот импульс считывается как единица, а его отсутствие как 0,(каждый такой 0 и 1 называется «бит»). Считываемые головкой сигналы очень слабы и перед отправкой на контроллер должны проходить через усилитель. Отвечающий за это чип находится с боку коромысла (preamplifier).
Вся эта конструкция приводится в движение при помощи привода основанном на электромагнетизме. Который называется сервопривод. Вот он позиционирует коромысло в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию и управляется интегральной микросхемой. Внутри он состоит из двух мощных неодимовых магнитов, катушки и фиксатора. Фиксатор предотвращает какие-либо движения головок в отключенном состоянии и пока шпиндель не наберёт обороты. Всё это важно, потому что от этой конструкции зависит долговечность головок, а от скорости и точности перемещения коромысла зависит время поиска данных на поверхности пластин. Интересно ещё то что головка коромысла обычно не соприкасается с дисками, а парит над ними при помощи восходящих воздушных потоков на расстоянии примерно 10 нм от крутящейся пластины благодаря аэродинамической форме слайдера.
А так как это очень маленькие расстояния, и все детали движутся на огромных скоростях. Внутри корпуса есть циркуляционный фильтр (recirculation filter), он находится на пути потоков воздуха, создаваемый вращением пластин, этот фильтр постоянно собирает и задерживает мельчайшие частицы которые могли бы повредить пластины и хранящуюся на них информацию или вывести из строя магнитную головку. Кроме него, на обратной стороне корпуса и на крышке имеются маленькие, почти незаметное отверстия (breath hole). Они служит для выравнивания давления и прикрыты фильтром (breath filter), которые так же задерживают частицы пыли и влаги.
Внутренности гермоблока мы рассмотрели, давайте теперь вернёмся к контроллеру, так как очень сложная и важная часть жёсткого диска. Эта плата с разъёмами представляет собой интегральную схему, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми всеми процессами внутри hdd. Перевернув плату, можно увидеть что это целый микрокомпьютер со своим процессором, оперативной и постоянной памятью и есть своя система ввода/вывода.
Чип с большим количеством ножек это MCU — контроллер который занимается всеми расчётами и преобразует аналоговый сигнал с головки в цифровой и наоборот. Для ускорения этих операций рядом распаян чип с памятью DDR SDRAM. Который служит в роли буфера для хранения промежуточных данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы для дальнейшей обработки, а также для хранения данных, к которым система обращается довольно часто.
А вот два других крупных чипа это Flash память и её контроллер. Они действует как большой кэш для часто используемых данных, для повышения производительности. Но эти чипы устанавливаются только в гибридных HDD и в большенстве дисков их нет.
(по сути это ssd внутри hdd=SSHD).
Так же, важным чипом является контроллер управления двигателем и головками VCM controller, так как, он управляет питанием MCU, Блоком магнитных головок внутри гермозоны и двигателем hdd.
Так же на плату устанавливаются датчики вибрации (shock sensor) которые определяет уровень тряски и в случаи высокой интенсивности отправляют сигнал VCM контролеру на корректировку движения головок или на их парковку и выключение hdd. В действительности, эти датчики плохо работают, так что лучше не трясти и не ронять жёсткий.
Компоненты hdd мы рассмотрели, давайте теперь свяжем всё это вместе чтобы был понятен сам принцип работы жесткого диска.
При подаче питания на Жёсткий диск, двигатель расположенный внутри корпуса начинает раскручивать шпиндель на котором закреплены магнитные пластины. И пока пластины ещё не набрали обороты, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, головки запаркованы у шпинделя у центра, чтобы не навредить секторам с информацией и самой головке. Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, откуда нужно считать служебную информацию о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, эта область со служебной информацией называется нулевой дорожкой. После неё уже считываются все остальные данные хранящиеся на диске.
Ну а в случае когда питание, резко прекращается, двигатель переходит в режим генератора, и энергия от вращения шпинделей превращается в электрическую энергию, благодаря которой, головки безопасно паркуются и не повреждаются.
Как вы видите, жёсткий диск удивительное и сложное инженерное устройство. Надеюсь, что я смог достаточно понятно и подробно представить для вас базовую информацию об его устройстве.