KR20000004020U - 오디오 파워 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 스위칭 손실을 줄여 앰프의 효율을 향상시킨 아나로그 파워 증폭기에 관한 것으로, 아나로그 음성신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기와 ; 상기 A/D변환기의 출력신호를 미분하는 미분기와 ; 미분된 신호에 따라 펄스계수를 조정하는 펄스계수조정부 및 해당 펄스를 발생시키는 펄스발생기를 포함하여 구성한 것이다.

Description

오디오 파워 증폭기

본 고안은 음성 신호를 디지틀화 하고 그 음성 신호의 변동분에 비례하여 펄스의 수를 제어 함으로써 저주파의 음성 신호 및 무신호의 출력때에 스위칭부의 온,오프에 따르는 손실을 줄여 앰프의 효율을 극대화 하는 고효율 오디오 파워 증폭기에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 파워 증폭기의 블럭도로써 이에 도시한 바와 같이, 클락(Clock) 신호를 발생하는 클락 발생기(101)와 ;상기 클락 신호를 적분하여 톱니파 신호를 발생시키는 톱니파 발생기(102)와 ; 상기 톱니파발생기(102) 로부터 입력되는 신호를 변조하여 출력하는 변조기(103)와 ; 상기 변조된 펄스를 스위칭 하는 스위칭부(105) 및 저역필터(106)로 구성된 것이다.

도 2는 도 1의 톱니파 발생기(102) 및 변조기(103)의 일실시예로서 두 개의 연산 증폭기(OP Amp:Operational Amplifier)로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 오디오 파워 증폭기의 작용을 도 1을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

클락 발생기(101)는 수백 KHz의 구형파를 발생하여 톱니파 발생기(102)에 입력하고 톱니파 발생기(102)에서는 상기 톱니파 신호를 적분하여 도 2에 도시한 것 같은 톱니파신호를 변조기(103)에 인가한다. 변조기에서는 음성신호와 상기톱니파 신호를 입력받아서 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)를 하여 도 3a에 도시한 바와 같은 파형을 출력한다.

이렇게 펄스폭 변조된 음성신호는 프리 드라이버(104)를 거쳐 모스트랜지스터(PM1,PM2)로 이루어진 스위칭부(105)에서 온,오프 동작하고 다시 저역 필터(106) 를 거쳐 도 3의 (b)와 같이 원래의 음성신호를 검출하여 증폭,출력하게 된다.

상기에서 증폭 작용은 D급 앰프 (Class D AMP)이다.

이러한 종래의 오디오 증폭기에서는 증폭 효율을 높이기 위한 방법으로 입력신호에 비례하여 펄스폭 변조된 신호를 출력하며 출력신호의 크기를 제어하기 위해 출력 모스트랜지스터(PM1,NM1)의 도통시간인 펄스의 듀티(Duty)를 제어하게 된다.

도 4a는 음성신호가 있는 경우의 스위칭부(106)를 거친 펄스출력이고, 도 4b는 음성신호가 없을 때 스위칭부(106)를 거친 파형도이며 도 4C는 음성신호가 없는 경우 스피커 출력 파형을 나타낸 것이다.

D급 앰프의 손실은 출력 모스트랜지스터(PM1,NM1)에서 대부분 발생하게 되는데 특히 입력신호의 주파수가 낮은 경우 , 예를 들어 극단적으로 무신호일 경우 출력 펄스폭 변조신호는 50%의 듀티를 갖는 펄스로 나타나게 되며 이것은 음성신호의 출력과는 상관없는 출력 모스트랜지스터(PM1,NM1)의 온,오프 동작을 하게되어 스위칭 손실을 유발한다.

또한 대부분의 음성신호는 가청 주파수의 낮은 영역(1~4 KHz)에 존재하는데 결국 이것은 출력 모스트랜지스터(PM1,NM1)의 스위칭 손실 및 드레인-소스 저항 RDS(ON)에 의한 도통 손실로 나타나서 앰프의 효율을 떨어뜨리는 결과가 된다.

즉 음성신호가 없을 때에도 변조기에서 도 3b와 같은 듀티 50%인 펄스폭변조 출력을 생성함에 따라 도 3c에서와 같은 스피커 출력이 생기게 되어 앰프의 효율이 떨어지게 된다.

따라서 본 고안에서는 저주파 대역의 음성신호 및 무신호 출력시 종래의 D급 증폭기가 갖는 출력 모스트랜지스터의 온,오프 스위칭에 기인하는 손실을 줄여 앰프의 효율을 높이는데 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 펄스 변조 파워 증폭기의 블럭도

도 2는 도 1의 변조기 및 톱니파 발생기의 상세회로도

도 3a는 펄스폭 변조 출력 파형도

도 3b는 음성 검파 파형도

도 4a-4c는 종래 기술에 의한 펄스 출력 파형도

도 5는 본고안에 의한 펄스 변조 파워 증폭기의 블럭도

도 6은 도 5의 미분기의 상세회로도

도 7a-7c는 본 고안에 의한 펄스 출력 파형

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

101 : Clock 발생기 102 : 톱니파 발생기

103 : 변조기 104 ,305 : 프리 드라이버

105 ,306 : 스위칭부 106 ,307 : 저역 필터

301 : AD 변환기 302 : 미분기

303 : 펄스 계수 조정부 304 : 펄스 발생기

401 : 위상 지연기 402 : 감산기

도 5는 본 고안에 의한 오디오 파워 증폭기로서 음성신호를 입력받아 디지탈 신호로 변환하는 아나로그-디지탈(A/D)변환기(301)와; 상기 디지탈 신호를 미분하는 미분기(302)와 ; 상기 미분된 신호를 입력 받아 펄스계수를 조정하는 펄스계수조정부(303)와 ; 상기 펄스계수조정부(303)로부터 조정된 신호에 따라 펄스를 발생하는 펄스 발생기(304)와 ; 상기 펄스 발생기(304)로부터 출력된 펄스를 스위칭하는 스위칭부(306)와; 음성신호를 검출하는 저역필터(307)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 첨부한 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아나로그 음성신호는 A/D변환기(301)에서 디지탈 신호로 변환되어 미분기(302)에 입력된다. 미분기(302)에서는 도 6에 도시한 바와 같이 디지탈화한 음성신호를 각 샘플링 지점에서의 이전값과 현재값의 차이에 해당하는 차이값(Cd)을 구하여 펄스 계수조정부(303)로 보낸다.

펄스계수조정부(303)에서는 Cd값을 판별하여 양(+)이면 주파수가 높은 성분의 음성신호이므로 Cd값에 비례하는 펄스의 수를 늘이고 음(-)이면 반대로 주파수가 낮은 성분의 음성신호이므로 펄스의 수를 줄이도록 한다.

이렇게 펄스계수조정부(303)의 제어에 따라 펄스 발생기(304)에서 펄스를 발생하여 프리 드라이버(304)를 거쳐 스위칭부(306)에서 증폭하여 저역필터(307)를 통해 원래의 음성신호를 검파하게 된다.

도 7a는 음성신호가 있는경우의 스위칭부(306)의 펄스출력을 나타낸 것이고 도 7b, 도 7c는 음성신호가 없을때의 스위칭부(306)의 펄스출력 및 스피커 출력 파형을 나타낸것이다.

본 고안이 고려하는 출력 스위칭 모스트랜지스터의 손실은 두가지가 있는데 하나는 출력 모스트랜지스터의 온 구간에 발생하는 도통 손실이며, 또 하나는 출력모스트랜지스터의 온,오프시에 발생하는 스위칭 손실이다.

본 고안에서는 저주파 대역의 음성신호 및 무신호시 출력 모스트랜지스터의 온,오프 되는 스위칭 동작을 줄여 손실을 줄여줌으로써 앰프의 효율을 향상 시킨다.

즉 도 7b, 도 7c에 도시한 바와 같이, 음성신호가 없을 때 펄스출력이 생성되지 않음으로 해서 스피커 출력이 발생되지 않으므로 종래와 같은 스위칭에 따른 앰프효율이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 아나로그 음성신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기와 상기디지탈 신호를 미분하는 미분기와 상기미분된 신호를 입력받아 펼스계수를 조정하는 펄스계수 조정부를 포함하여 구성한 것을 특징으로하는 오디오 파워 증폭기.
2. 제1항에 있어서,상기 미분기는 입력되는 신호의 위상을 지연시키는 위상지연기와 상기 입력신호에서 상기 위상지연된 신호의 차를 가지는 감산기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 오디오 파워 증폭기.