KR101080534B1

KR101080534B1 - 병렬 연결형 하이 임피던스 ｐａ 앰프

Info

Publication number: KR101080534B1
Application number: KR1020100127714A
Authority: KR
Inventors: 강형권
Original assignee: 강형권
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-11-04

Abstract

본 발명은 PA(Public Address) 앰프에 있어서, 병렬 연결에 따른 과전류 방지 기능이 구비된 하나 이상의 디지털 앰프; 및 병렬로 연결되는 상기 하나 이상의 디지털 앰프를 수납하기 위한 마더 케이스(Mother Case)를 포함하며, 상기 디지털 앰프는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC 회로부; 상기 디지털 신호를 처리하기 위한 DSP(Digital Signal Processor) 회로부; 상기 디지털 신호의 펄스폭을 변조하기 위한 PWM 회로부; 상기 PWM 회로부를 통해 변조된 신호를 증폭하기 위한 파워 스테이지 회로부; 스피커와 임피던스를 매칭하기 위한 매칭 트랜스 회로부; 전원 공급을 위한 SMPS; 및 DSP와 앰프 보호(Protect)기능을 콘트롤하기 위한 제어부(MICOM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프를 제공한다.

Description

병렬 연결형 하이 임피던스 ＰＡ 앰프{Parallel Connection Type High Impedance Public Address Amplifier}

본 발명은 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 규격 용량을 갖는 하나 이상의 디지털 앰프를 병렬로 연결하여 상황에 따라 원하는 출력을 갖는 하나의 앰프로 세팅하여 활용할 수 있도록 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프에 관한 것이다.

PA(Public Address) 앰프는 일반 가정용 오디오 기기와는 달리 학교, 교회, 운동장, 관공서 또는 공공건물 내의 안내 방송 등에 사용되는 앰프를 말하는 것으로서, 일반 가정용 오디오 기기와는 출력방식이 다르다.

가정용 오디오 또는 자동차용 오디오 기기는 스피커의 임피던스가 4Ω 또는 8Ω으로 일정하며 출력 레벨에 따라 앰프의 출력 전압이 변화하는 방식이다.

예를 들면, 100W출력의 앰프에 8Ω의 스피커가 연결될 경우는 최대 출력 전압은 28.3V가 된다.

PA 앰프는 선로의 전력 손실을 줄이기 위하여 앰프의 출력부에서 출력 전압을 70V 또는 100V로 승압하여 신호를 전송한다.

이는, 교류 전력의 송전 효율을 높이기 위하여 특고압을 이용하는 것과 같은 원리이다.

따라서, PA 앰프는 출력 용량에 관계없이 70V 또는 100V로 일정하며 출력 단자에 연결하는 스피커의 임피던스에 따라 소비전력이 결정된다.

예를 들면, 120W, 100V 출력의 앰프는 연결된 모든 스피커의 합성 저항, 83Ω까지 연결할 수 있으며 240W, 100V 출력의 경우는 42Ω까지 연결이 가능하다.

PA 앰프의 출력 단자는 4Ω, 8Ω, 70V, 100V 등이 있어 다양한 설치가 가능하며, 4Ω, 8Ω, 16Ω 등을 로우 임피던스(Low Impedance)라 하고, 70V, 100V 등을 하이 임피던스(High Impedance)라 한다.

한편, 디지털 앰프는 500 Watts, 1K Watts, 2K Watts 등 출력별로 별도의 여러 종류를 앰프(AMP)를 개발하여 사용자가 원하는 Watts급별로 소량 다품종으로 생산해야 한다.

상황에 따라 서로 다른 디지털 앰프를 하나 이상 병렬로 연결하여 사용할 경우 앰프 최종단에 연결되어 있는 매칭 트랜스의 임피던스가 낮아져 앰프가 과전류 상태로 되는데, 특히 로우(LOW) 주파수 대역에서 더욱 심하기 때문에 일반적인 디지털 앰프는 병렬로 연결하여 사용할 수 있는 앰프의 수량이 제한적일 수밖에 없다.

특히, 많은 수의 디지털 앰프를 병렬로 연결할 경우에는 디지털 앰프의 출력단에 연결되어 있는 매칭 트랜스 역시 인덕턴스 값을 갖기 때문에 스피커처럼 LOW주파수에서 임피던스 값이 낮아지므로 인해 과입력의 LOW 주파수가 입력되는 경우 앰프의 출력단이 과전류(Over Current)로 인식하여 출력을 차단하게 되는 문제점이 발생한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소정의 규격 용량을 갖는 하나 이상의 디지털 앰프를 병렬로 연결하여 상황에 따라 원하는 출력을 갖는 하나의 앰프로 세팅하여 활용할 수 있도록 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 많은 수의 디지털 앰프의 병렬 연결 사용시 과전류가 발생하지 않도록 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 DSP 알고리즘을 이용하여 여러단의 하이 패스 필터링을 구현함으로써, 로우(LOW) 주파수에서 과전류에 따른 출력 차단 현상을 방지하도록 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원하는 큰 출력(Watts)을 갖는 하나의 앰프로 세팅하는 것이 용이하며, 하나의 독립된 소출력의 앰프 여러개를 원하는 출력(Watts)만큼 슬라이드식으로 끼어넣을 수 있도록 한 랙(Rack) 형태의 마더 케이스(Mother Case)를 갖는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프를 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적은, PA(Public Address) 앰프에 있어서, 병렬 연결에 따른 과전류 방지 기능이 구비된 하나 이상의 디지털 앰프; 및 병렬로 연결되는 상기 하나 이상의 디지털 앰프를 수납하기 위한 마더 케이스(Mother Case)를 포함하며, 상기 디지털 앰프는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC 회로부; 상기 디지털 신호를 처리하기 위한 DSP(Digital Signal Processor) 회로부; 상기 디지털 신호의 펄스폭을 변조하기 위한 PWM 회로부; 상기 PWM 회로부를 통해 변조된 신호를 증폭하기 위한 파워 스테이지 회로부; 스피커와 임피던스를 매칭하기 위한 매칭 트랜스 회로부; 전원 공급을 위한 SMPS; 및 DSP와 앰프 보호(Protect)기능을 콘트롤 하기 위한 제어부(MICOM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 상기 디지털 앰프는 컷 오프(Cut Off) 주파수 부근에서 급격한 슬로프(Slope) 각도를 갖도록 하이 패스 필터링을 구현하기 위한 필터 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 마더 케이스는 상기 디지털 앰프를 병렬로 연결하여 하나의 출력단을 형성시키기 위한 마더보드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제어부는 여러 개의 앰프를 병렬로 연결하여 사용할 경우 어느 한 개의 앰프가 오동작을 하거나 이상 증상이 발생하면 이를 감지하여 이상이 발생한 앰프의 릴레이를 구동시켜 이상이 발생한 앰프의 출력을 오픈시켜서 다른 정상적인 앰프의 출력과 연결을 끊어주도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프는 소정의 규격 용량을 갖는 하나 이상의 디지털 앰프를 병렬로 연결하여 상황에 따라 원하는 출력을 갖는 하나의 앰프로 세팅하여 활용할 수 있는 효과가 있다.

또한, DSP(Digital Signal Processor) 알고리즘을 이용, 소프트 프로그램하여 여러 단의 하이 패스 필터(High Pass Filter)를 걸어 급격한 슬로프(Slope) 각도를 갖는 하이 패스 필터의 주파수 특성을 갖도록 구현하여 과입력시 로우(LOW) 주파수에서 과전류에 따른 출력 차단 현상을 방지할 수 있으며, 탈부착 가능한 랙(Rack) 형태의 케이스를 통해 원하는 출력 용량을 갖는 하나의 앰프로 세팅하는 것이 용이한 효과가 있다.

그리고, 소정의 규격을 갖는 병렬 연결형 하이 임피던스 앰프를 생산함에 따라 출력별로 여러종류의 앰프를 생산하지 않아도 되기 때문에, 모든 자재를 공용으로 사용함으로써, 불용자재 발생이 없어지고 자재관리가 용이한 효과가 있다.

더불어, 출력이 높은 앰프의 경우 무게와 부피가 커져 취급 및 이동이 어려웠으나, 소정의 규격을 갖는 디지털 앰프를 병렬 연결 형태의 앰프는 분리가 가능하기 때문에 취급과 이동이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프를 병렬로 탈부착할 수 있는 렉 형태의 마더 케이스의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 케이스에 디지털 앰프가 장착된 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 5개의 디지털 앰프가 하나의 앰프로 병렬 연결된 상태를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 병렬 연결에 따른 과전류 방지 방법을 설명하기 위한 그래프.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 회로도이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 앰프(100)는 통상적인 디지털 앰프의 구성인 SMPS(120), 아날로그 먹스(Analog Mux)(118), OP AMP(128), 에러 디텍터(Error Detector)(122), 릴레이(116), 제 2 ADC 회로부(124)를 포함하는 병렬 연결형 하이 임피던스 앰프로써, AUX(102) 단자를 통해 입력되는 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 1 ADC 회로부(104)와, 디지털 신호를 처리하여 컷오프(Cut Off)주파수 부근에서 급격한 슬로프(Slope) 각도를 갖도록 하는 DSP 회로부(106)와, 변환된 디지털 신호를 PWM 신호로 변조하기 위한 PWM 회로부(108)와, 변조된 신호를 대전력 PWM으로 변환시키는 파워 스테이지 회로부(110)와, 상기 파워 스테이지 회로부(110)에서 출력되는 대전력 디지털 PWM 신호에서 고주파의 스위칭 주파수 성분을 필터링하여 아나로그 신호로 변환하는 필터회로(112)와, 스피커와 임피던스 매칭을 하기 위한 매칭 트랜스(114)로 구성된다.

통상적으로 디지털 앰프를 여러 개의 앰프를 병렬로 연결하여 사용할 경우 앰프 최종단에 연결되어 있는 매칭 트랜스의 임피던스가 낮아져 앰프 입력단에 과입력 신호가 입력될 경우 LOW 주파수 대역에서 앰프가 과전류 상태로 되므로 일반적인 디지털 앰프는 병렬로 연결하여 사용할 수 있는 앰프의 수량이 제한적일 수밖에 없는 문제를 해결하기 위해 수십 개의 앰프를 병렬로 연결하여 사용해도 과전류가 발생하지 않도록 DSP 알고리즘을 이용하여 하이 패스 필터를 구현하는DSP 회로부(106)와 더불어 제어부(MICOM)(126)가 더 포함되어 구성된다.

상기 제어부(126)은 여러 개의 앰프를 병렬로 연결하여 사용할 경우 어느 한 개의 앰프가 오동작을 하거나 이상 증상이 발생하며 이를 감지하여 이상이 발생한 앰프의 릴레이(116)를 구동시켜 이상이 발생한 앰프의 출력을 오픈(OPEN) 시켜서 다른 정상적인 앰프의 출력과 연결을 끊어주는 역할도 수행한다.

일반적인 디지털 앰프는 사용자(Buyer)가 요구하는 출력(Watts수)별로 많은 종류의 앰프(AMP)를 생산하기 때문에 채산성이 떨어지고 생산자재를 공용으로 사용할 수 없어 많은 종류의 자재를 관리하여야 하는 어려움을 해결하기 위해 소정의 출력을 갖는 규격의 앰프를 병렬 연결 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 100 Watts 출력을 갖는 디지털 앰프(100)를 규격화하여 생산할 경우, 1000 Watts를 필요로 할 때 100 Watts 디지털 앰프(100) 10개를 연결하면 된다.

도 3에 도시된 디지털 앰프(100)의 사시도를 참조하면, 디지털 앰프(100)의 전면에는 손잡이(150)와 전원 스위치(121) 및 상태 정보를 알리기 위한 하나 이상의 엘이디(LED)(170)가 형성된다.

상기 디지털 앰프(100)의 후면에는 마더 케이스(200)의 마더보드(300)와 결합하여 신호를 전달하기 위한 디지털 앰프 연결 슬롯(160)이 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프를 병렬로 탈부착할 수 있는 랙 형태의 케이스의 사시도이다.

상기 마더 케이스(200)는 상기 디지털 앰프(100)를 병렬로 수납할 수 있도록 구성되는데, 본 발명의 실시 예에서는 5개의 디지털 앰프(100)가 수납될 수 있는 사이즈로 설명하지만 그 사이즈를 한정하는 것이 아니며, 필요에 따라 수납할 수 있는 공간은 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마더 케이스(200)는 상기 디지털 앰프(100)가 슬라이드 형태로 장착될 수 있도록 상기 디지털 앰프(100)의 바닥면 사이즈 너비로 슬라이드 가이드 부재(210) 들이 양쪽으로 배치되어 있다.

상기 마더 케이스(200)의 전면은 상기 디지털 앰프(100)의 장착 및 탈착이 용이한 공간이 형성되며, 후면은 각 디지털 앰프(100)가 슬라이드 장착되어 병렬로 결합하여 하나의 출력신호가 출력될 수 있는 마더보드(300)가 부착되고, 상기 디지털 앰프(100)와의 결합부위에는 신호를 연결하기 위한 콘넥터(Female Connector)(310)가 상기 마더 케이스(200) 안쪽으로 돌출되어 있으며, 상기 전면 상단에는 장착되는 디지털 앰프(100)가 상하로 고정되도록 하는 고정 부재(220)가 형성되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 케이스에 디지털 앰프가 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 디지털 앰프(100)는 상기 마더 케이스(200)의 가이드 부재(210)로 구성된 레일에 슬라이드 장착되면서 디지털 앰프(100)와 마더보드(300)상의 콘넥터(310) 끼리 결합되어 병렬로 연결된다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 5개의 디지털 앰프가 하나의 앰프로 병렬 연결된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 앰프의 병렬 연결에 따른 과전류 방지 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 5개의 디지털 앰프(100)가 랙(Rack) 형태의 마더 케이스(200)에 장착되어 병렬로 연결되어 있다.

상기 5개의 디지털 앰프(100)는 상기 마더 케이스(200) 후면에 형성된 마더보드(300)에 의해 하나의 결합상태로 형성되어 하나의 앰프로의 역할을 수행할 수 있게 된다.

이렇듯, 하나의 마더 케이스(200)에 여러 개의 디지털 앰프(100)를 연결할 경우, 과전류가 발생하기 때문에, 본 발명에서는 DSP(Digital Signal Processor) 알고리즘을 이용하여 HPF(High Pass Filter) 방식을 사용하였다.

스피커를 부하로 할 경우 스피커의 임피던스(XL)는 XL = 2πfL 의 수식에 의하여 LOW 주파수에서는 스피커 임피던스가 낮아지게 된다.

더구나 많은 디지털 앰프를 병렬로 연결할 경우에는 디지털 앰프의 출력단에 연결되어 있는 매칭트랜스 역시 인덕턴스 값을 갖기 때문에 스피커처럼 LOW주파수에서 임피던스 값이 낮아지므로 인해 과입력의 LOW 주파수가 입력되는 경우 앰프의 출력단이 과전류(Over Current)로 인식하여 출력을 차단하게 된다.

따라서, DSP 알고리즘을 이용하여 여러개의 HPF를 걸어 컷오프(Cut Off) 주파수 부근에서 도 7에 도시된 것과 같이 급격한 슬로프(Slope) 각도를 갖는 하이 패스 필터링(High Pass Filtering)을 하도록 함으로써, LOW 주파수에서 과전류 방지(Protect)가 걸리는 현상을 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 디지털 앰프 102 : AUX
104 : 제1 ADC 회로부 106 : DSP 회로부
108 : PWM 회로부 110 : 파워 스테이지 회로부
112 : 필터회로 114 : 매칭 트랜스
116 : 릴레이 118 : 아날로그 먹스
120 : SMPS 121 : 전원 스위치
122 : 에러 디텍터 124 : 제2 ADC 회로부
126 : 제어부(MICOM) 128 : OP AMP
150 : 손잡이 160 : 콘넥터(Male Connector)
170 : 엘이디 200 : 마더 케이스
210 : 슬라이드 가이드 부재 220 : 고정 부재
300 : 마더보드(Mother Board) 310 : 콘넥터(Female Connector)

Claims

PA(Public Address) 앰프에 있어서,
병렬 연결에 따른 과전류 방지 기능이 구비된 하나 이상의 디지털 앰프; 및
병렬로 연결되는 상기 하나 이상의 디지털 앰프를 수납하기 위한 마더 케이스(Mother Case)를 포함하며,
상기 디지털 앰프는,
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC 회로부;
상기 디지털 신호를 처리하기 위한 DSP(Digital Signal Processor) 회로부;
상기 디지털 신호의 펄스폭을 변조하기 위한 PWM 회로부;
상기 PWM 회로부를 통해 변조된 신호를 증폭하기 위한 파워 스테이지 회로부;
스피커와 임피던스를 매칭하기 위한 매칭 트랜스 회로부;
전원 공급을 위한 SMPS;
DSP와 앰프 보호(Protect) 기능을 콘트롤하기 위한 제어부(MICOM); 및
컷 오프(Cut Off) 주파수 부근에서 급격한 슬로프(Slope) 각도를 갖도록 하이 패스 필터링을 구현하기 위한 필터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 마더 케이스는 상기 디지털 앰프를 병렬로 연결하여 하나의 출력단을 형성시키기 위한 마더보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는 여러 개의 앰프를 병렬로 연결하여 사용할 경우 어느 한 개의 앰프가 오동작을 하거나 이상 증상이 발생하면 이를 감지하여 이상이 발생한 앰프의 릴레이를 구동시켜 이상이 발생한 앰프의 출력을 오픈시켜서 다른 정상적인 앰프의 출력과 연결을 끊어주도록 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결형 하이 임피던스 PA 앰프.