KR100765790B1 - 모바일 기기의 가변 전원공급 장치 및 방법 - Google Patents

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    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers

Abstract

스위칭 파워 앰프를 구비한 모바일 기기에서 스위칭 파워 앰프단에 별도의 전원을 가변적으로 공급하여 고출력 및 고음질의 환경을 제공하는 가변 전원 공급 장치 및 방법 및 그를 적용한 모바일 기기가 개시되어 있다. 본 발명은 외부 전원 공급기의 연결 상태를 감지하여 현재의 볼륨값에 대응하는 전압 제어값을 생성하는 볼륨 제어부; 볼륨 제어부에서 생성된 전압 제어값에 따라 내부 전원의 전압을 가변적으로 변환하여 상기 스위칭 파워 앰프를 구동시키는 직류-직류 변환부를 포함한다.

Description

모바일 기기의 가변 전원공급 장치 및 방법{Method and apparatus for providing variable power in mobile device}
도 1은 종래의 외부 전원을 이용하는 모바일 기기의 전체 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 전원으로 구동하는 모바일 기기의 블록도이다.
도 3은 도 2의 가변 전원 공급부의 상세도이다.
도 4는 도 3의 볼륨제어부의 상세 흐름도이다.
도 5는 볼륨제어부에 의한 목표 전압 설정 방법을 설명하는 그래프이다.
도 6은 스위칭 회로부 및 LPF부의 일실시예이다.
도 7은 스위칭 회로부에서 출력되는 PWM 신호 파형의 일실시예를 도시한 것이다.
본 발명은 모바일 기기(mobile device) 기기에 관한 것이며, 특히 스위칭 파워 앰프를 구비한 모바일 기기에서 스위칭 파워 앰프단에 별도의 전원을 가변적으로 공급하여 고출력 및 고음질의 환경을 제공하는 가변 전원 공급 장치 및 방법 및 그를 적용한 모바일 기기에 관한 것이다.
통상적으로 모바일 기기는 D급 스위칭 파워 앰프와 스피커를 내장하여 오디오 신호를 재생한다. 여기서 D급 앰프는 오디오 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation:PWM)신호로 변경하여 스위칭하는 방식이다. 또한 모발일 기기는 충전기 또는 크래들과 같은 외부 전원 공급부와 충방전을 할수 있는 2차전지를 사용한다.
도 1은 종래의 외부 전원을 이용하는 모바일 기기에 관련된 기술이 JP 2004-112377(filed 19 Sep. 1992. 휴대용 정보 단말기)에 개시되어 있다.
도 1을 보면, 외부 전원(36)이 공급되지 않을 때 휴대용 정보 단말기는 내장된 밧데리(B)의 전원을 D급 앰프(18)의 구동용으로 사용한다. 이때 D급 앰프(18)는 밧데리(B)의 낮은 전압으로 구동된다.
이어서, 외부 전원(36)이 공급되지 않을 때 휴대용 정보 단말기는 D급 앰프(180)에 인가되는 밧데리의 전원을 차단하고, 외부에서 공급되는 높은 전원을 D급 앰프(18)에 공급한다. 따라서 D급 앰프(18)는 외부 전원(360)의 높은 전압으로 구동된다.
그러나 밧데리(B)를 충전하기 위한 외부 전원의 전압은 여러 가지 안정성을 고려해 밧데리(B)의 전압보다 약간 큰 수준에서 결정된다. 따라서 종래의 휴대용 정보 단말기는 큰 전압이 인가될 시 갑자기 큰소리가 출력되어 사용자의 청각을 손상시킬 염려가 있다. 또한 도 1과 같은 휴대용 정보 단말기의 전원 장치는 외부 전원 노이즈에 약하고 안정성에 취약한 문제점 있다. 또한 종래의 휴대용 정보 단말기는 스피커를 내장하고 있더라도 구조적 특성 때문에 높은 출력으로 스피커를 구 동할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 모바일 기기에서 스위칭 파워 앰프를 구동하기 위한 별도의 전원을 가변적으로 공급함으로써 외부 전원 공급기의 장착시 승압된 전압에 의해 어댑티브(adaptive)lT 볼륨 조절 기능 및 S/N 비를 향상시킬 수 있는 모바일 기기의 가변 전원 공급 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 모바일 기기의 가변 전원 공급 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 상기 가변 전원 공급 장치 및 방법을 적용한 모바일 기기를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스위칭 파워 앰프를 구비한 모바일 기기의 가변 전원 공급 장치에 있어서,
외부 전원 공급기의 연결 상태를 감지하여 현재의 볼륨값에 대응하는 전압 제어값을 생성하는 볼륨 제어부;
상기 볼륨 제어부에서 생성된 전압 제어값에 따라 내부 전원의 전압을 가변적으로 변환하여 상기 스위칭 파워 앰프를 구동시키는 직류-직류 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 모발일 기기의 가변 전원 공급 방법에 있어서,
디지털 오디오 신호를 펄스 폭 변조 신호로 변조하는 과정;
외부 전원의 연결 여부를 감지하는 과정;
상기 외부 전원의 연결을 감지하면 설정된 볼륨값을 리드하는 과정;
상기 리드된 볼륨값이 기준치의 비교에 따라 그 볼륨값에 해당하는 전압 제어값을 생성하는 과정;
상기 생성된 전압 제어값에 따라 상기 내부전원의 전압을 가변적으로 변환하는 과정;
상기 전압 제어값에 따라 상기 PWM 신호를 파워 스위칭하여 신호의 출력을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 모바일 기기는
볼륨값을 생성하는 마이크로 컴퓨터부;
디지털 오디오 신호를 펄스 폭 변조 신호로 변조하는 펄스폭변조부;
외부 전원의 연결 상태를 감지하고 마이크로 컴퓨터에서 생성된 볼륨값에 대응하는 전압 제어값에 따라 상기 내부전원의 전압을 가변적으로 직류-직류 변환하는 가변 전원 공급부;
상기 가변 전원 공급부에서 출력되는 전압에 따라 상기 펄스폭변조부의 PWM 신호를 파워 스위칭하는 스위칭 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 전원으로 구동하는 모바일 기기의 블록도이다.
도 2의 모바일 기기는 DSP부(210), 마이콤부(220), PWM부(230), 파워 스위칭 회로부(250), 가변 전원 공급부(240), 로우패스필터(LPF:Low Pass Filter)부(260), 스피커부(270)로 구성된다.
마이콤부(220)는 리모콘등에 의해 볼륨값을 입력받으면 해당되는 볼륨 레벨 정보 및 볼륨 제어 신호로 변환한다. 이때 마이콤부(220)는 볼륨값에 따라 DSP부(210)로 볼륨 제어 신호를 출력하고, 또한 그 볼륨 레벨값을 가변 전원 공급부(240)로 출력한다.
DSP(Digital Signal Processor)부(210)는 마이콤부(220)의 제어 신호에 따라 입력되는 오디오 신호를 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 데이터로 변환하고, 그 외에 이퀄라이져(equalizer), 인핸스먼트(enhancement)와 같은 신호 처리를 수행한다. 특히 DSP부(210)는 충전기와 같은 외부 전원 공급기가 장착되어 있지 않을 때 마이콤부(220)에서 발생하는 볼륨 제어 신호에 따라 입력되는 디지털 오디오 신호의 게인을 조절한다.
PWM부(230)는 캐리어 신호 레벨과 DSP부(210)에서 출력되는 PCM 신호의 레벨을 비교하여 저전압의 펄스 폭 변조 신호를 생성한다.
가변 전원 공급부(240)는 충전기와 같은 외부 전원 공급기가 이탈되면 2차전지에 의한 내부 전원을 발생시켜 각 회로 블록에 공급하며, 또한 외부 전원 공급기의 연결 상태를 감지하면 마이콤부(220)에서 입력된 볼륨 레벨값에 대응하는 전압 제어값을 생성하고, 그 전압 제어값에 따라 별도로 구비된 직류-직류 변환기를 이용해 가변된 목표 전압(target voltage)을 파워 스위칭 회로부(250)로 공급한다.
파워 스위칭 회로부(250)는 PWM 변환부(310)에서 변환된 소출력의 PWM 신호를 가변 전원 공급부(240)로부터 공급되는 가변 전압에 따라 대출력 PWM 신호로 전력 증폭한다. 일 실시예로, 스위칭 회로부(330)는 3.3V 정도의 소출력 PWM 신호를 5V - 40V 정도의 대출력 PWM 신호로 증폭한다. 특히, 파워 스위칭 회로부(250)는 가변 전원 공급부(240)에 별도로 구비된 직류-직류 변환기에서 공급되는 전압에 의해 출력을 크게할 수 있다.
LPF부(260)는 파워 스위칭 회로부(250)에 의해 전력 증폭된 펄스폭 변조 신호를 로우 패스필터링 하여 잡음을 제거하고 원래의 오디오 신호로 추출한다.
스피커부(270)는 LPF부(260)에서 추출된 오디오 신호를 재생한다.
도 3은 도 2의 가변 전원 공급부(240)의 상세도이다.
도 3의 가변 전원 공급부(240)는 외부 전원 공급부(310), 내부전원 공급부(320), 볼륨 제어부(330), 직류-직류 변환부(340)를 구비한다.
외부 전원 공급부(310)는 충전기나 크래들(cradle)을 이용하여 외부 전원을 공급한다.
내부전원공급부(320)는 내장 밧데리(battery)에 해당되며, 외부 전원 공급부(310)로부터 인가되는 전원을 이용하여 충방전이 가능한 2차 전지로 구성된다. 내부전원공급부(320)는 각 회로 블록들과 직류-직류 변환부(340)로 각각 별도의 전압을 공급한다.
볼륨제어부(330)는 외부 전원 공급부(310)의 장착 여부를 감지하고, 외부 전원 공급부(310)가 장착되었으면 현재의 볼륨 레벨값에 대응하는 전압 제어값을 생 성한다. 예를 들면, 볼륨 제어부(330)는 외부 전원 공급부(310)가 장착되어 있으면 현재 마이콤부(220)에서 발생하는 볼륨 정보를 리드하고, 리드된 볼륨 레벨값이 기준치 이상이면 그 볼륨 레벨값에 해당하는 전압 제어값을 생성하여 직류-직류 변환부(340)에 인가하고, 그렇지 않으면 마이콤부(220)에 볼륨 제어 명령을 가하여 기존의 볼륨 제어 방식을 사용하도록 한다.
직류-직류 변환부(340)는 볼륨 제어부(330)에서 생성된 전압 제어값에 따라 내부전원 공급부(320)에서 공급되는 전압을 현재 볼륨 레벨에 해당되는 전압으로 가변적으로 변환한다. 직류-직류 변환부(340)는 그 가변된 전압을 파워 스위칭 회로부(340)로 인가한다. 따라서 파워 스위칭 회로부(340)는 내부 전원 공급부(320)에서 공급되는 전원이 아니라 직류-직류 변환부(340)에서 공급되는 승압된 전압에 따라 파워 스위칭을 수행한다.
도 4는 도 3의 볼륨제어부(330)의 상세 흐름도이다.
먼저, 충전기나 크래들과 같은 외부 전원 공급기가 장착되는 가를 소정의 센서를 통해 검지한다(420 과정). 이때 외부 전원 공급기가 장착되지 않은 것으로 판단하면 기존의 디지털 볼륨 제어를 사용하여 볼륨을 조절하도록하는 명령을 발생한다.
이어서, 외부 전원 공급기가 장착되는 것으로 판단하면 볼륨 정보로부터 현재 설정된 볼륨 레벨값을 리드한다(430 과정).
이어서, 현재의 볼륨 레벨값과 기준치를 비교한다(440 과정). 이때 기준치는 직류-직류 변환부(440)를 이용해 증폭하지 않고 재생할 수 있는 레벨의 볼륨 레벨 값으로 설정한다.
이어서, 현재의 볼륨 레벨값이 기준치 이하이면 기존의 디지털 볼륨 제어를 사용하여 볼륨을 조절하도록 하는 명령을 발생한다(460 과정). 이때 전원 공급부의 전압은 허용 범위내에서 가장 적은 값으로 설정하여 전원 노이즈에 의한 음질 저하를 최소화 시킨다.
이어서, 현재의 볼륨 레벨값이 기준치 이상이면 볼륨이 증가하여 내부전원공급부(320)의 전압만으로 충분한 출력을 구동할 수 없으므로 그 볼륨값에 해당하는 전압 제어값을 직류-직류 변환부(340)로 인가한다(450 과정). 직류-직류 변환부(340)는 그 전압 제어값에 해당하는 승압된 전압값을 파워 스위칭 회로부(250)에 출력하여 출력을 조절할 수 있도록 한다.
도 5는 볼륨제어부(330)에 의한 목표 전압 설정 방법을 설명하는 그래프이다.
도 5의 그래프를 참조하면, 610은 기존의 디지털 볼륨 제어 처리에 의한 볼륨 곡선이며, 620은 밧데리에서 파워 스위칭 회로에 공급되는 목표 전압(VT) 레벨이며, 630은 충전기 장착시 직류-직류 변환부(340)에 의해 가변되는 볼륨 곡선이다.
다시 도 5의 그래프를 설명하면, 기기의 상태가 충분한 전류를 공급할 수 없는 상태(예를 들면, 충전기가 장착되어 있지 않은 상태)일 경우 내부 전원 공급부(320)만으로 파워 스위칭 회로부(250)에 전압(VT)이 공급된다(620). 이 전압 레벨을 0dB로 가정한다. 이때 볼륨 제어는 기존의 디지털 볼륨 제어 처리만으로 수행된 다(510).
또한 기기의 상태가 충분한 전류를 공급할 수 있는 상태(예를 들면, 충전기가 장착된 상태)일 경우 전압 레벨은 직류-직류 변환부(340)에 의해 원하는 PWM 신호의 출력을 낼 수 있는 만큼 높아질 수 있게 된다. 이 전압 레벨은 X dB로 표시된다. 이때 볼륨 레벨은 기존의 디지털 볼륨만으로 제어할 수 있었던 영역(610)보다 X dB만큼 증가하게 된다. 또한 파워 스위칭 회로부(250)는 직류-직류 변환부(340)에 의해 증가된 전압만으로 구동되기 때문에 전류, 스피커의 임피던스의 변화없이 증가된 전압만큼 PWM신호의 출력을 증가시킨다. 또한 신호의 출력이 일정 수준으로 커지면 청취자는 신호와 함께 출력되는 전원 노이즈에 대해서 상대적으로 덜 민감해한다. 따라서 파워 스위칭 회로부(250)는 이동시 밧데리에 의해 낮은 전압으로 구동되다가 충전기가 장착될 시 높은 외부 전압이 인가되도록 하여 최대 출력 레벨을 높일 수 있다.
도 6은 파워 스위칭 회로부(250) 및 LPF부(260)의 일실시예이다.
파워 스위칭 회로부(250)는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함한다. PWM 신호는 서로 위상이 같은 제1PWM 신호(Q1)와 제2PWM 신호(Q2)로 나누어진다. PMOS 트랜지스터(P1)는 제1PWM 신호(Q1)에 따라 파워 스위칭되고, 소스에는 실제 전압(Vcc2)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(N1) 역시 제2PWM신호(Q2)에 따라 파워 스위칭되고, 그것의 드레인은 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인과 연결되고 그것의 소스는 접지 전압(Vss2)과 연결된다. 여기서 Vcc1은 직류-직류 변환부(340)에서 인가되는 전압이고, Vcc2, Vss2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(250)사이를 연 결하는 도선(50)내의 저항(R1, R2)에 의해 일정치 만큼 강하된 전압으로, 파워 스위칭 회로부(250)에 인가되는 실제 전압이다. 아울러 R1, R2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(250)사이를 연결하는 도선에 발생되는 저항이다.
LPF부(260)는 인덕터(32) 및 커패시터(34)로 구성되며, 파워 스위칭 회로부(250)의 출력 신호의 고주파 성분을 제거한다.
도 7은 파워 스위칭 회로부(250)에서 출력되는 PWM 신호 파형의 일실시예를 도시한 것이다.
도 7을 보면, 파워 스위칭 회로부(250)는 공급 전압(VP)이 3V에서 12V로 증가하면 출력을 1.2W에서 20W로 증가시킨다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 별도의 스위칭 파워 앰프단을 구동하기 위한 가변 직류-직류 전원을 구비함으로써 외부 전원 공급기(충전기) 장착시 승압된 전압에 의한 볼륨 조절 및 S/N비를 향상시키고, 스피커를 높은 출력으로 구동하게 함으로써 청취자에게 최적의 시스템을 제공할 수 있다. 또한 스위칭 파워 앰프단을 외부 전원과 독립된 별도의 전원으로 구동함으로써 외부 전원 노이즈의 영향을 받지 않는 잇점이 있다. 또한 가변 전원 공급을 이용하여 볼륨을 적응적으로 제어함으로써 S/N비를 향상 시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 스위칭 파워 앰프를 구비한 모바일 기기의 가변 전원 공급 장치에 있어서,
    외부 전원 공급기의 연결 상태를 감지하여 현재의 볼륨값에 대응하는 전압 제어값을 생성하는 볼륨 제어부;
    상기 볼륨 제어부에서 생성된 전압 제어값에 따라 내부 전원의 전압을 가변적으로 직류-직류 전압으로 변환하여 상기 스위칭 파워 앰프의 출력 레벨을 조정하는 직류-직류 변환부를 포함하는 가변 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼륨 제어부는
    외부 전원 공급기의 장착 여부를 감지하고,
    상기 외부 전원 공급기의 장착을 감지하면 현재 설정된 볼륨 레벨값을 리드하고,
    상기 리드된 볼륨 레벨값이 기준치 이상이면 그 볼륨 레벨값에 해당하는 전압 제어값을 생성하는 것임을 특징으로 하는 가변 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 직류-직류 변환부는 입력되는 내부 전원 공급기의 전압을 현재의 볼륨 레벨에 대응되는 전압 레벨로 승압하는 것임을 특징으로 하는 가변 전원 공급 장치.
  4. 모바일 기기에 있어서,
    설정된 볼륨에 해당하는 볼륨 레벨값을 생성하는 마이크로 컴퓨터부;
    디지털 오디오 신호를 소출력의 PWM 신호로 변조하는 펄스폭변조부;
    외부 전원의 연결 상태를 감지하고 상기 마이크로 컴퓨터에서 생성된 볼륨 레벨값에 대응하는 전압 제어값에 따라 상기 내부전원 공급기의 전압을 가변적으로 직류-직류 전압으로 변환하는 가변 전원 공급부;
    상기 가변 전원 공급부에서 출력되는 전압에 따라 상기 펄스폭변조부에서 생성된 소출력의 PWM 신호를 스위칭 파워 증폭하는 파워 스위칭 회로부를 포함하는 모바일 기기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가변전원 공급부는
    외부 전원으로 충전된 전원을 공급하는 내부전원 공급부;
    외부 전원공급기의 장착 상태를 감지하여 현재의 설정된 볼륨 레벨값에 대응하는 전압 제어값을 생성하는 볼륨 제어부;
    상기 볼륨 제어부에서 생성된 전압 제어값에 따라 상기 내부전원 공급부의 전압을 가변적으로 직류- 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모바일 기기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 파워 스위칭 회로부는
    상기 직류-직류 변환부에서 출력되는 전압에 따라 PWM 신호를 파워 스위칭하 여 출력을 증폭하는 스위칭 소자들을 구비하는 것을 특징으로 하는 모바일 기기.
  7. 모발일 기기의 가변 전원 공급 방법에 있어서,
    디지털 오디오 신호를 펄스 폭 변조 신호로 변조하는 과정;
    외부 전원의 연결 여부를 감지하는 과정;
    상기 외부 전원의 연결을 감지하면 설정된 볼륨 레벨값을 리드하는 과정;
    상기 리드된 볼륨값이 기준치의 비교에 따라 그 볼륨 레벨값에 해당하는 전압 제어값을 생성하는 과정;
    상기 생성된 전압 제어값에 따라 상기 내부전원 공급기의 공급 전압을 가변적으로 직류-직류 변환하는 과정;
    상기 전압 제어값에 따라 상기 PWM 신호를 파워 스위칭하여 신호 출력을 조정하는 과정을 포함하는 모바일 기기의 가변 전원 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전압 제어값 생성 과정은 상기 리드된 볼륨 레벨값이 기준치 이상이면 그 볼륨 레벨값에 해당하는 전압 제어값을 생성하고, 그렇지 않으면 기존의 볼륨 제어를 수행하도록 명령하는 것임을 특징으로 하는 모바일 기기의 가변 전원 공급 방법.
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