KR100251837B1 - 오디오 출력 채널용 보호 장치 - Google Patents

오디오 출력 채널용 보호 장치 Download PDF

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KR100251837B1 KR1019920007911A KR920007911A KR100251837B1 KR 100251837 B1 KR100251837 B1 KR 100251837B1 KR 1019920007911 A KR1019920007911 A KR 1019920007911A KR 920007911 A KR920007911 A KR 920007911A KR 100251837 B1 KR100251837 B1 KR 100251837B1
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Abstract

텔레비젼 수상기의 오디오 출력 채널용 보호 회로는 (1) 오디오 전력 증폭기(1L, 1R)를 형성하는 스피커(3L, 3R)에 인가된 지속 DC 성분 또는 전력 증폭기(1L, 1R)용 공급 전압의 제거를 검출하는 검출기(17L, 17R)를 포함한다. 지속 DC 성분의 존재는 스피커(3L, 3R)에 손상을 줄 수 있다. 전력 증폭기(1L, 1R)의 공급전압의 제거는 전력 증폭기(1L, 1R)에 손상을 줄 수 있고 또한 결과로써 지속 DC 성분이 스피커(3L, 3R)에 적용될 수 있다. 예를들면, 집적 회로(5L, 5R)에 내장된 전력 증폭기(1L, 1R)의 음 공급 전압의 제거는 기판(55L, 55R)에 의해 지지되는 여러가지 반도체 장치를 전기적으로 절연시키도록 제공되는 기판으로부터 전위를 제거하는 결과를 가져온다. 검출기(17L, 17R)는 저역 통과 필터(11L, 11R)의 출력 신호가 "윈도우"의 내부 또는 외부에 있을때를 검출하도록 전력 증폭기(1L, 1R)의 출력과 제1 및 제2 비교기(19L, 19R, 21L, 21R)의 입력간에 결합된 저역 통과 필터(11L, 11R)를 포함한다. 트랜지스터 스위치(49)는 비교기(19L, 19R, 21L, 21R)의 출력에 결합된다. 저역 통과 필터(11L, 11R)의 출력이 윈도우내에 있는한, 각 비교기(19L, 19R, 21L, 21R)는 트랜지스터 스위치(49)를 턴오프로 유지시키는 각 저레벨 출력 신호를 발생시킨다. 그러나, 저역 통과 필터(11L, 11R)의 출력 신호가 윈도우 외부에 있을 경우, 비교기(19L, 19R, 21L, 21R)중의 하나는 트랜지스터 스위치(49)를 턴온시키는 고레벨 출력 신호를 발생시킨다. 비교기((19L, 19R, 21L, 21R)는 정상적으로 전력 증폭기(1L, 1R)와 같은 공급 전압을 수신하고, 음 공급 전압의 제거는 비교기(19L, 19R, 21L, 21R)의 어느 것도 트랜지스터(49)를 오프로 유지시키기 위해 충분한 저레벨 출력 신호를 발생시킬 수 없다.

Description

오디오 출력 채널용 보호 장치
제1도는 본 발명에 따라 구성된 보호 장치를 포함한 오디오 출력 채널의 개략도.
제2a도 및 제2b도는 제1도에 도시된 보호 장치에 사용되는 각 기준 전압원의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1L, 1R : 오디오 전력 증폭기 3L, 3R : 스피커
5L, 5R : 집적 회로 7 : 양 공급 전압원
9 : 음 공급 전압원 11L, 11R : 저역 통과 필터
17L, 17R : 비교기 19L, 19R, 21L, 21R : 비교기
55L, 55R : 기판
본 발명은 오디오 출력 채널용 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 스피커에 손상을 줄 수 있는 지속 DC 성분이 오디오 전력 증폭기의 출력에 발생될 때를 검출하는 보호 장치에 관한 것이다.
정상적으로 스피커에 인가되는 오디오 신호의 평균 또는 DC 성분은 무시해도 좋다. 그러나, 스피커를 구동하는 전력 증폭기내의 오류로 스피커에 인가되는 지속 DC 성분이 발생될 수 있다. 스피커는 지속 DC 신호가 인가되면 손상될 수 있다. 따라서, 오디오 출력 채널은 전력 증폭기의 출력에 연결되어 지속 DC 신호가 발생되면 오류를 나타내는 신호를 발생하는 소위 DC 검출기를 포함할 수 있다. 오류 신호에 응답하여 스피커를 보호하기 위한 다양한 방법들이 제공된다. 예를들면 오디오 채널을 포함하는 장치가 턴오프될 수 있다. 1990년 8월 27일 R.E.Morris, Jr. 및 G.H.Johnson 씨에 의해 출원된 "Shutdown system for a Television Receiver"란 명칭의 미합중국 특허 출원 제 571,726호에 DC 검출기 및 DC 오류가 검출될 때 수상기를 턴오프하는 설비를 포함한 텔레비젼 수상기의 스피커용 보호 장치가 기술되어 있다.
본 발명의 특징은 오디오 출력 채널에 발생되는 어떤 다른 오류 상태를 검출하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 특징은 오디오 전력 증폭기에 이용되는 양 및 음 공급전압원중의 어느 하나의 손실로서 유발되며 종래의 DC 검출기에 의해 검출되지 않고 전력 증폭기를 손상시킬 수 있는 DC 성분을 판별하는 것이다. 본 발명의 또 다른 특징은 (1) 오디오 전력 증폭기의 출력에 지속 DC 성분의 존재 또는 (2) 전력 증폭기용 전원 전압(양 또는 음)중 하나의 손실을 검출할 수 있는 DC 검출기에 관한 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
텔레비젼 수상기의 좌측(L) 및 우측(R) 스테레오 오디오 출력 채널이 제1도에 도시되어 있다. 처리되는 신호를 제외하고는 두 채널이 동일하므로, 이하에서는 좌측 채널만 상세히 기술할 것이다. 각 채널 회로의 중요 부분은 세개의 집적회로(IC)내에 포함되어 있다. IC는 직사각형으로 나타내고 그들 입력 및 출력 단자는 원으로 나타낸다.
오디오 전력 증폭기(1L)는 그 출력에 연결된 스피커(3L)를 구동하기에 적합한 고레벨 오디오 출력 신호가 발생되도록 입력에 수신되는 저레벨 좌측 오디오 신호(L)를 증폭한다. 증폭기(1L)는 각 전압 공급 단자에서 양 전압원(7)으로부터 양 공급 전압(+Vc) 및 음 전압원(9)으로부터 음 공급 전압(-Vc)을 수신하는 IC(5L)내에 포함된다. IC(5L)는 또한 각 단자를 통하여 접지에 접속된다. 귀환 경로를 포함하는 여러 외부 소자들은 본 발명의 기술에 관련되지 않으므로 도시하지 않는다. NEC 사로부터 입수할 수 있는 μPC1188H 오디오 전력 증폭기 IC는 IC(5L)로서 사용하기에 적합하다.
앞서 기술한 바와같이, 스피커(3L)는 지속 DC 신호가 인가될 경우 손상될 수 있다. 이러한 상태를 방지하기 위해, DC 검출기는 저항(13L) 및 커패시터(15L)를 구비하는 저역 통과 필터(11L)와 증폭기(1L)의 출력에 연결되는 두 전압 비교기(19L, 21L) 및 관련된 기준 전압원(23, 25)을 구비하는 소위 "윈도우 비교기"를 포함한다.
저역 통과 필터(11L)의 입력은 증폭기(1L)의 출력에 연결된다. 저역 통과 필터(11L)의 출력은, 저항(13L) 및 커패시터(15L)의 접합에서, 전압 비교기(19L)의 반전(-) 입력 및 전압 비교기(21L)의 비반전(+) 입력에 연결된다. 저역 통과 필터(11L)의 저항(13L) 및 커패시터(15L)의 값은 오디오 신호의 어떠한 AC 성분도 전압 비교기(17L, 19L)의 입력에 연결되지 않도록 선택되고, 단지 지속 DC 전압만이 저역 통과 필터(11L)의 출력에서 발생되도록 선택된다.
전압 비교기(19L)의 비반전(+) 입력은 기준 전압(+VR)을 공급하는 양 기준 전압원(23)에 연결되고, 전압 비교기(21L)의 반전(-) 입력은 기준 전압(-VR)을 공급하는 음 기준 전압원(25)에 연결된다. 전압 비교기(19L), 21L)를 포함하는 윈도우 비교기(17L)는 저역 통과 필터(11L)의 출력에서 발생된 DC 전압이 양기준 전압(+VR) 및 음 기준 전압(-VR) 간의 비교적 적은 범위내에 있는지 또는 그 범위 밖에 있는지의 여부를 판정한다. 전압 비교기(19L, 21L)("우측" 오디오 출력 채널의 전압 비교기(19R, 21R) 뿐만아니라)는 IC(27)내에 포함된다. IC(27)의 양 공급 전압은 저항(31, 33), 필터 커패시터(35) 및 양 기준 전압원(23)을 포함하는 분압기(29)에 의해 양 공급 전압(+Vc)으로부터 유도된다. IC(27)의 음 공급 전압은 저항(39, 41), 필터 커패시터(43) 및 음 기준 전압원(25)을 포함하는 분압기(37)에 의해 음 공급 전압(-Vc)으로부터 유도된다.
전압 비교기(19L, 21L)의 출력 신호는 분압기(29)에 의해 발생된 양 공급 전압에 가까운 고레벨 또는 훨씬 큰 크기를 갖는 각 두 입력 신호중의 하나에 좌우되는 분압기(37)에 의해 발생된 음 공급 전압에 따르는 저 레벨을 가질 것이다. National Semiconductor Corporation으로부터 입수할 수 있는 LM324A 연산 증폭기 IC는 IC(27)로서 사용하기에 적합하다.
전압 비교기(19L, 21L)의 출력은 각 저항(45L, 47L)을 통하여 공통 에미터 증폭기로서 형성된 NPN 트랜지스터(49)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(49)의 컬렉터는 "풀-업" 저항(51)을 통하여 양 공급 전압원(7)에 연결되고 또한 제어 유닛(53)에 연결된다. 마이크로 프로세서를 포함할 수 있는 제어 유닛(53)은 키보드(도시 생략)에 의해 발생되는 사용자 개시 명령 신호에 응답하는 텔레비젼 수상기의 온/오프 상태를 포함한 여러 기능을 제어한다. 텔레비젼 수상기의 "온/오프" 기능에 접속되어, 제어 유닛(53)은 양 전압원(7) 및 음 전압원(9)에 연결되는 "온/오프" 제어 신호를 발생한다. 제어 유닛(53)은 또한 저역 통과 필터(11L), 윈도우 비교기(17L) 및 트랜지스터(49)를 포함하는 DC 검출기에 의해 발생된 오류 표시 신호에 응답하는 전압원(7, 9)을 제어한다.
어떤 상당한 시간 주기에 걸친 오디오 신호의 평균값은 0이다. 그러므로, 정상 동작 조건하에서, 저항(13L) 및 커패시터(15L)의 접합인 저역 통과 필터(11L)의 출력에 발생된 DC 전압의 크기는 실질상 0이다. 이러한 조건하에서, 전압 비교기(19L, 21L) 각각에 관련된 어느 기준 전압(+VR) 또는 (-VR)도 초과되지 않고 약간 음의 저레벨이 비교기(19L, 21L)의 각각 출력에 발생된다. 그 레벨은 정상적으로 비전도성("컷오프")인 트랜지스터(49)가 비전도성을 유지할만큼 충분히 낮다. 그 결과로써, 제어 유닛(53)은 텔레비젼 수상기를 "온" 상태로 계속 유지시킨다.
증폭기(1L)내에 오류가 발생되어, 증폭기(1L)(소위 "푸쉬-풀" 구성으로 장치될 수 있는)의 출력 트랜지스터의 하나가 각 공급 전압을 그 출력에 연결시키지 못 할 때, 지속 DC 전압은 저역 통과 필터(11L)의 출력에서 발생되고 윈도우 비교기(17L)로 제공된다. 전압 비교기(19L)는 DC 전압이 양일 경우 그것의 출력에서 고레벨을 발생하고 전압 비교기(21L)는 DC 전압이 음일 경우 그것의 출력에서 고레벨을 발생할 것이다. 고레벨은 트랜지스터(49)의 베이스에 연결되고 트랜지스터(49)를 전도("턴-온")되게 한다. 제어 유닛(53)은 "오프"제어 신호를 발생함으로써 전도성 트랜지스터(49)의 컬렉터에 발생된 저레벨에 응답한다. "오프" 제어 신호는 공급 전압원(7, 9)을 턴오프시키고, 그것에 의해 DC 전압은 스피커(3L)로부터 제거된다.
스피커(3L)에 인가된 지속 DC 전압의 검출외에, 양 공급 전압(+VR)이 존재하는 동안 손실된 음 공급 전압(-VR)을 검출하는 것이 바람직하다. 이러한 이유가 설명될 것이다.
반도체 장치, 저항 및 증폭기(1L)를 포함하는 다른 소자들은 기판상에 형성되고 지지된다. 음 공급 전압(-VR)은 기판(55L)에 연결되어 여러 소자 및 기판간의 반도체 접합이 역바이어스되고 소자들은 전기적으로 절연된다. 음 공급 전압(-VR)이 손실될 경우 요구되는 전기 절연은 나타나지 않는다. 이것은 증폭기(1L)의 출력에서 스피커(3L)를 손상시키는 양 DC 전압을 발생시킨다. 또한, 손실된 음 공급 전압(-VR)은 IC(5L)에 손상을 끼칠 것이다. 이러한 가능성 때문에, IC(5L)로서 사용하기에 적합한 μPC1188H 오디오 전력 증폭기 IC의 제조 업자는 양 및 음 공급 전압을 동일 시간에 인가하거나 또는 양 공급 전압이 인가되기 전에 음 공급 전압을 인가하도록 권장한다. 그러나, 이러한 예방 조치는 음 전압원(9)의 오류로 나타나는 스피커의 손상을 방지할 수 없다.
윈도우 비교기(17L)는 음 공급 전압(-VR)의 손실때문에 증폭기 출력에서 발생되는 양 DC 전압의 존재 유무를 검출할 수 있지만, 그 양 DC 전압의 크기를 예측할 수 없고 그 양 DC 전압이 기준 전압(+VR) 이하로 될 경우에도 검출할 수 없다. 하지만, 후술하는 바와 같이, 윈도우 비교기(17L)는 다른 방법으로 작동하여 음 공급 전압(-VR)의 존재유무를 검출할 수 있다.
LM324A와 같은 전압 비교기는 일반적으로 양 공급 전압 및 접지 전위 간에 작동된다. 그러한 경우에, 구동될 전압 비교기의 출력에 대한 최저 레벨은 접지 전위 이상이다. 음 공급 전압(-Vc)이 IC(27)로부터 제거된다면, 접지 전위는 제2b도에 도시된 기준 전압원(25) 및 도시되지 않은 음 공급 전압(9)의 여러가지 다른 부하에 의해 제공되는 접지 경로에 의하여 음 공급 전압(-Vc) 대신에 전압 비교기(19L, 21L)의 "음" 공급 전압 입력에 연결될 것이다. 따라서, 음 공급 전압(-Vc)이 손실될 경우, 전압 비교기(19L, 21L)의 출력이 구동될 수 있을 최저 레벨은 접지 전위 보다 약간 높다. 그 레벨은 트랜지스터(49)의 전도 임계치(threshold) 이상이므로 트랜지스터(49)를 비전도(컷 오프)로 유지하기에는 불충분하다. 결국, 트랜지스터(49)는 전도성(턴온)이 되고 저레벨 오류 신호는 그것의 컬렉터에 발생된다. 제어 유닛(53)은 텔레비젼 수상기 뿐만아니라 양 공급 전압원(7)을 턴오프시키는 저레벨 오류 신호에 응답하여 "오프" 제어 신호를 발생시킨다.
따라서, 양 및 음 공급 전압을 이용함으로써, 윈도우 비교기(17L)는 전력 증폭기(1L)의 출력에 지속 DC 신호의 발생을 검출할 수 있을 뿐 만 아니라 음 공급의 오류 전압(-Vc)의 손실도 검출할 수 있다. 상술한 설명에서는 음 공급 전압(-Vc)이 손실된 경우의 오류를 예로하여 설명하였지만 음 공급 전압(-Vc) 뿐 만 아니라 양 전압(+Vc)이 손실된 경우에도 어떠한 오류도 나타내지 않는다. 결국, 오류 조절 테스트를 위해 수상기를 턴온시키는 것이 가능하다.
단지 단일 극성 공급 전압보다 양 및 음 공급 전압의 이용이 또한 유리한데 그것은 접지 전위와 비교적 가까운 양 및 음 기준 전압이 이용될 수 있기 때문이다. 이것은 DC 오류가 더욱 빨리 검출되도록 한다. 단지 단일 극성 공급 전압이 이용되는 상기와 관련된 Morris 및 Johnson 씨의 특허 출원서에 기술되어 있는 바와 같은 보호 장치에 있어서, 기준 전압은 양 및 음 DC 전압을 검출하도록 이용되는 공급 전압 크기의 대략 1/2 크기이다. 결국, DC 검출기의 저역 통과 필터의 커패시터 양단의 전압은 DC 오류가 검출될 수 있기 전에 공급 전압 크기의 대략 1/2 크기로 충전되어야 한다. 양 및 음 공급 전압을 이용하는 본 발명의 보호 장치는 양 및 음 기준 전압 +VR및 -VR이 단일 극성 공급 전압을 이용하는 상기한 보호 장치의 단일 기준 전압 크기 보다 훨씬 더 낮은 크기로 될 수 있기 때문에 충전으로 인한 이러한 지연을 피할 수 있다.
기준 전압원(23, 25)이 각각 제2a도 및 제2b도에 도시되어 있다. 기준 전압원(23)은 저항(33) 및 접지간에 직렬 접속된 저항(57a, 59a)과 저항(57a, 59a)의 접합점에 접속된 베이스, 저항(33, 57a)의 접합점에 접속된 컬렉터 및 접지에 접속된 에미터를 갖는 NPN 트랜지스터(61a)를 포함한다. 기준 전압(+VR)의 크기는 저항(57a, 59a)의 비로써 결정된다. 제2a도에 도시된 기준 저압원(23)은 종래 분압기와 비교하여 비교적 낮은 출력 임피던스를 갖고 기준 전압을 비교 회로에 공급할 수 있다. 이것은 여러가지 오디오 출력 채널, 예를들면, 내부 및 외부 스피커용 좌측 및 우측 오디오 출력 채널이 있을 경우 특히 바람직하다. 제2a도에 도시된 기준 전압원(23)은 제너 다이오드와 비교하여 낮은 크기로 예를들면 2볼트로 기준 전압을 공급할 수 있다. 제2b도에 도시된 기준 전압원(25)은 제2a도에 도시된 기준 전압원(23)과 매우 유사하다. 따라서, 기준 전압원(23)과 상용하는 소자는 첨자 "a"를 첨자 "b"로 대체시키는 것외에 동일 참조 번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 기준 전압원(25) 및 기준 전압원(23)과의 주요 차이점은 NPN 트랜지스터(61b)의 에미터 및 컬렉터가 다른 극성과 접속되어 있다는 것이다. 즉, 트랜지스터(61a)의 에미터 및 컬렉터의 접속에 대하여 역으로 되어있다는 것이다.
본 발명은 특정 실시예에 관련하여 예에 의해 기술되어 있다. 기술된 실시예에 대한 변형 및 다른 실시예들은 당업자에 있어 명백할 것이다. 이들 변형 및 다른 실시예들은 다음 하나 이상의 클레임에 의해 한정되는 본 발명의 범위내로 정해져야 한다.

Claims (3)

  1. 제1공급 전압(+Vc)원(7)과;
    상기 제1공급 전압(+Vc)과 반대 극성을 가지는 제2공급 전압(-Vc)원(9)과;
    오디오 신호원(L ; R)과;
    각각의 제1 및 제2 전력 공급 입력 단자에서 상기 제1 및 제2 공급 전압(+Vc, -Vc)을 정상적으로 수신하고, 입력 단자에서 상기 오디오 입력 신호를 수신하여 출력 단자에서 오디오 출력 신호를 제공하는 오디오 전력 증폭기(1L ; 1R)와;
    상기 오디오 전력 증폭기(1L ; 1R)의 상기 출력 단자에 스피커(3L ; 3R)를 결합하는 수단과;
    입력 및 출력을 가지며, 상기 입력이 상기 오디오 출력 신호의 AC 성분을 제거하기 위하여 상기 오디오 증폭기(1L ; 1R)의 상기 출력 단자에 결합되는 필터 수단(13L, 15L ; 13R, 15R)을 포함하는 장치에 있어서;
    상기 필터 수단(13L, 15L ; 13R, 15R)의 상기 출력에 결합되고, 상기 제1 공급 전압(+Vc)원(7)과 제2 공급 전압(-Vc)원(9)에 결합되어, 상기 증폭기(1L ; 1R)의 상기 각각의 제1 및 제2 전력 공급 입력 단자들에 정상적으로 수신된 상기 제1 및 제2 공급 전압(+Vc, -Vc)중 하나에 직접 반응하여 (1) 상기 증폭기(1L ; 1R)의 출력 단자에서 DC 신호가 발생될 때 또는 (2) 상기 증폭기(1L ; 1R)의 상기 각각의 제1 및 제2 전력 공급 입력 단자에 정상적으로 수신된 상기 공급 전압(+Vc, -Vc)이 존재하지 않을때 또는 (3) 상기 증폭기(1L ; 1R)의 출력 단자에서 DC 신호가 발생되고 상기 증폭기(1L ;1R)의 상기 각각의 제1 및 제2 전력 공급 입력 단자에 정상적으로 수신된 상기 공급 전압(+Vc, -Vc)이 존재하지 않을때 오류 상태를 나타내는 신호를 발생하며, 상기 제1 및 제2 공급 전압(+Vc, -Vc)들 모두 존재하지 않을때에는 상기 오류 상태를 나타내는 상기 신호를 발생하지 않는 비교기(17L ; 17R)를 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 출력 채널용 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서;
    상기 비교기(17L ; 17R)는 그 비교기(17L ; 17R) 각각의 제1 및 제2 전력 공급 입력 단자들에서 상기 제1 및 제2 공급 전압(+Vc, -Vc)을 수신하고, 상기 공급 전압(+Vc, -Vc)중 하나의 부재 상태에 따라 직접 반응하여 상기 비교기(17L ; 17R)의 각각의 전력 공급 단자에서 상기 오류 상태를 나타내는 상기 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 오디오 출력 채널용 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서;
    상기 증폭기(1L ; 1R)는 반도체 장치들이 지지되는 기판(55L ; 55R)을 포함하는 집적회로(5L ; 5R)내에 결합되고, 상기 제2 공급 전압(-Vc)은 음전압으로 상기 기판(55L ; 55R)에 결합되고, 상기 제2 공급 전압(-Vc)의 부재로서 상기 증폭기(1L ; 1R)의 상기 출력에 DC 신호가 유발되며, 그리고, 상기 공급 전압(+Vc, -Vc)의 하나는 상기 제2 공급 전압(-Vc)임을 특징으로 하는 오디오 출력 채널용 보호 장치.
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