KR101312546B1

KR101312546B1 - 파워 앰프 과전류 제한 장치

Info

Publication number: KR101312546B1
Application number: KR1020120032597A
Authority: KR
Inventors: 김남걸
Original assignee: 김남걸; 주식회사 팝코아테크
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-09-30

Abstract

본 발명은 과전류 감지용 저항에 의해 파워 앰프 출력단에 구비되는 스위치의 전류 구동력을 감소시키지 않으면서도 파워 앰프에 발생하는 과전류를 효과적으로 제한하도록 한 파워앰프 과전류 제한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 과전류 제한 장치는 파워앰프의 정극성 출력을 제1전원으로, 부극성 출력을 제2전원으로 공급받아, 상기 정극성 출력 및 상기 부극성 출력의 과전류를 제한하여 출력단으로 출력하는 파워앰프 과전류 제한장치에 있어서, 상기 출력단에 연결되어 상기 출력단을 통해 출력되는 전류값을 전압값으로 변환하는 감지부; 상기 감지부로부터의 상기 전압값 따라 상기 제1전원으로부터 상기 출력단으로 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제1과전류제한부; 및 상기 감지부로부터의 전압값에 따라 상기 제2전원으로부터 상기 출력단에 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제2과전류제한부;를 포함한다.

Description

파워 앰프 과전류 제한 장치{Overcurrent limiting device for power amplifier}

본 발명은 파워앰프의 출력시 발생하는 과전류를 제한하는 과전류 제한 장치에 관한 것으로 특히, 과전류 감지용 저항에 의해 파워 앰프 출력단에 구비되는 스위치의 전류 구동력을 감소시키지 않으면서도 파워 앰프에 발생하는 과전류를 효과적으로 제한하도록 한 파워앰프 과전류 제한 장치에 관한 것이다.

파워 앰프는 음향 또는 통신을 위한 신호의 증폭이 종종 이용된다. 특히, 음향 신호의 증폭을 위해 사용되는 파워 앰프의 경우 스피커의 구동을 위해 작은 임피던스를 구동하는데 사용되며, 일반적으로 파워 앰프의 출력단은 클래스AB(class-AB) 타입을 사용한다. 이 클래스AB 타입은 기본적으로 +, - 신호를 별도로 증폭하는 방식을 사용하면서도 바이어스 전압을 +, -에 각각 부여하여 증폭하는 방법이다. 이 클래스 AB 타입은 + 증폭단, - 증폭단에 의해 증폭된 신호를 합치게 되면 +바이어스 전압과 -바이어스 전압이 서로 상쇠되어 비교적 정확한 0점을 가지게 된다. 이를 통해 클래스 AB 타입은 제로 크로싱 왜곡을 크게 낮추면서 바이어스를 작게 하여 높은 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이러한 파워앰프는 작은 임피던스를 구동하게 됨으로 인해, 파워 앰프의 출력단이 전원이나 그라운에 단락될 경우 과전류에 의해 회로가 손상될 수 있다. 그래서 이를 방지하기 위해 일정 전류 이상 흐르지 못하게 하는 과전류 제한 회로가 추가적으로 필요하게 된다.

도 1은 종래의 과전류 제한 회로를 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 출력단(OUT)을 기준으로 위쪽 회로(10)는 + 출력단, 아래쪽 회로(30)는 - 출력단을 나타낸다. 이러한 과전류 제한 회로는 각각 기준전압(Vref1, Vref2), 비교기(11, 31), 스위치(MP1, MP2, MN1, MN2 ) 및 저항(R1, R2)로 구성된다.

이러한 과전류 회로는 출력단(OUT)의 전압이 상승할때 MP1에서 증폭된 전류를 출력하게 되고, 출력단(OUT)의 전압이 하강할 때 MN1에서 증폭된 전류를 출력하게 된다.

만약, 출력단(OUT)에 과전류가 흐르게 되면, 과전류는 저항(R1, R2)에 걸리는 전압에 의해 감지되고, 감지된 전압이 기준전압(Vref1, Vref2)에 비해 클 경우 비교기(11, 31)가 동작된다. 그리고 비교기(11, 31)에 의해 제2스위치(MP2, MN2)가 동작하고, 제2스위치(MP2, MN2)에 의해 제1스위치(MP1, MN1)의 게이트 전압을 제한함으로써 과전류의 흐름을 제한하게 된다.

구체적으로, +출력단(10)의 제1스위치(MP1)에서 과전류가 출력될 경우 흐르는 전류에 해당하는 전압이 저항(R1)에 걸리게 된다. 그리고, 저항(R1)에 의해 감지된 전압은 비교기1(11)의 +단자에 입력되고, 비교기1(11)의 -단자에 입력되는 기준전압1(Vref1)에 비해 낮아지게 되면, 비교기1(11)의 출력(C1_OUT)이 낮아지게 된다. 비교기1(11)의 출력(C1_OUT)이낮아지면, 제2스위치(MP2)가 동작하게 되어 제1스위치(MP1)의 게이트 전압을 높이게 되고, 제1스위치(MP1)의 게이트 전압이 높아지게 되면서 제1스위치(MP1)를 통해 흐르는 전류가 제한되게 된다.

마찬가지로, -출력단(30)의 제1스위치(MN1)에서 과전류가 출력될 경우, 흐르는 전류에 해당하는 전압이 저항(R2)에 걸리게 된다. 그리고, 저항(R2)에 의해 감지된 전압은 비교기2(31)의 +단자에 입력되고 - 단자에 입력되는 기준전압(Vref2)와 비교된다. 비교기2(31)의 +단자에 입력되는 전압이 기준전압(Vref2)보다 높아지면, 비교기2(31)의 출력(C2_OUT)에 의해 제2스위치(MN2)가 동작을 하게 되고, 제2스위치(MN2)에 의해 제1스위치(MN1)에 인가되는 게이트 전압이 낮아지게 됨으로서, 제1스위치(MN1)에 의해 출력되는 전류가 제한되게 된다.

이러한 종래의 과전류 제한회로에서 저항(R1, R2)은 각각 제1스위치(MP1, MN1)의 소스 단자에 연결되어 전원(VDD, VSS)과 제1스위치(MP1, MN1) 사이에 연결된다. 이와 같이 연결된 저항은 제1스위치(MP1, MN1)의 구동시 전압강하를 발생시키고, 전류의 출력을 결정하는 전압인 제1스위치(MP1, MN1)의 게이트소스 전압(Vgs)를 감소시키게 된다.

즉, 과전류가 흐르지 않는 상황하에서도 제1스위치(MP1, MN1)의 게이트소스 전압(Vgs)을 감소시킴으로 인해 제1스위치(MP1, MN1)에 의해 출력되는 과전류의 양을 감소시키는 문제점이 있다. 다시 말하면, 제1스위치의 전류 구동력을 감소시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 과전류 감지용 저항에 의해 파워 앰프 출력단에 구비되는 스위치의 전류 구동력을 감소시키지 않으면서도 파워 앰프에 발생하는 과전류를 효과적으로 제한하도록 한 파워앰프 과전류 제한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 과전류 제한 장치는 파워앰프의 정극성 출력을 제1전원으로, 부극성 출력을 제2전원으로 공급받아, 상기 정극성 출력 및 상기 부극성 출력의 과전류를 제한하여 출력단으로 출력하는 파워앰프 과전류 제한장치에 있어서, 상기 출력단에 연결되어 상기 출력단을 통해 출력되는 전류값을 전압값으로 변환하는 감지부; 상기 감지부로부터의 상기 전압값 따라 상기 제1전원으로부터 상기 출력단으로 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제1과전류제한부; 및 상기 감지부로부터의 전압값에 따라 상기 제2전원으로부터 상기 출력단에 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제2과전류제한부;를 포함한다.

상기 제1과전류제한부 또는 상기 제2과전류제한부는 기준전압원을 포함하고, 상기 기준전압원으로부터의 기준전압과 상기 감지부에서 전달되는 상기 전압값을 비교하여 구동신호(C1)를 생성하는 과전류검출부; 상기 구동신호(C1)에 의해 동작하여 출력제어신호를 생성하는 동작제어부; 및 상기 출력제어신호에 의해 상기 출력단으로 출력되는 신호의 전류량을 제어하는 출력제어부;를 포함한다.

상기 감지부는 상기 출력제어부와 상기 출력단 사이에 연결되는 감지저항이다.

상기 전압값은 상기 감지저항의 양단전압이다.

상기 과전류검출부는 상기 기준전압원의 양단전압인 상기 기준전압과 상기 양단전압을 입력으로 하는 비교기이다.

상기 비교기는 상기 제1동작제어부의 온/오프 제어를 위한 정극성 전압신호 또는 부극성 전압신호를 포함하는 구동신호를 출력한다.

상기 동작제어부는 상기 구동신호에 의해 동작하여 상기 제1전원 또는 제2전원을 상기 출력제어부에 전달한다.

상기 제1과전류제한부 또는 제2과전류제한부는 상기 출력단에 일단이 연결되는 감지저항; 상기 감지저항의 양단전압과 상기 기준전압원의 양단전압이 입력되는 비교기; 상기 비교기의 출력단이 게이트단자에 연결되고, 소스단자는 제1전원 또는 제2전원에 연결되는 동작제어스위치; 및 상기 동작제어스위치의 드레인단자에 게이트단자가 연결되고, 소스단자는 상기 제1전원 또는 제2전원에 연결되고, 드레인단자가 상기 감지저항의 타단에 연결되는 출력제어스위치;를 포함하여 구성된다.

상기 기준전압원 상기 비교기, 상기 동작제어스위치 및 상기 출력제어스위치는 상기 제1과전류제한부 및 제2과전류제한부에 각각 구성되며, 상기 제1과전류제한부는 제1기준전압원, 제1비교기, 제1동작제어스위치 및 제1출력제어스위치를 포함하여 구성되고, 상기 제2과전류제한부는 제2기준전압원, 제2비교기, 제2동작제어스위치 및 제2출력제어스위치를 포함하여 구성된다.

상기 제1과전류제한부는 상기 제1기준전압원의 양단전압이 상기 비교기의 +입력단인 제1입력단에 입력되고, 상기 감지저항의 양단전압이 -입력단인 제2입력단에 입력되며, 상기 제2과전류제한부는 상기 제2기준전압원의 양단전압이 상기 비교기의 제2입력단에 입력되고, 상기 감지저항의 양단전압이 제1입력단에 입력된다.

상기 제1비교기는 상기 감지저항의 양단전압이 상기 제1기준전압원의 양단전압에 비해 큰 경우 부극성 전압신호를 상기 제1동작제어스위치의 게이트단자에 인가하고, 상기 제1동작제어스위치는 상기 부극성 전압신호에 의해 턴온되어 상기 제1전원을 상기 제1출력제어스위치의 게이트 단자에 인가한다.

상기 제2비교기는 상기 감지저항의 양단전압이 상기 제2기준전압원의 양단전압에 비해 큰 경우 정극성 전압신호를 상기 제2동작제어스위치의 게이트단자에 인가하고, 상기 제2동작제어스위치는 상기 정극성 전압신호에 의해 턴온되어 상기 제2전원을 상기 제2출력제어스위치의 게이트단자에 인가한다.

상기 제1동작제어스위치와 상기 제1출력제어스위치는 P채널 금속산화반도체 전계효과트랜지스터이고, 상기 제2동작제어스위치와 상기 제2출력제어스위치는 N채널 금속산화반도체 전계효과트랜지스터이다.

본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한장치는 과전류 감지용 저항에 의해 파워 앰프 출력단에 구비되는 스위치의 전류 구동력을 감소시키지 않으면서도 파워 앰프에 발생하는 과전류를 효과적으로 제한하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 과전류 제한 회로를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한 장치의 구성을 도시한 구성예시도.
도 3은 도 2에 대한 상세회로를 도시한 구성예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한 장치의 구성을 도시한 구성예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 다른 파워앰프 과전류 제한 장치(100)는 제1과전류제한부(200), 제2과전류제한부(300) 및 감지부(400)를 포함하여 구성된다. 그리고, 제1과전류제한부(200)는 제1과전류검출부(210), 제1동작제어부(250) 및 제1출력제어부(270)을 포함하여 구성되고, 제2과전류제한부(300)는 제2과전류검출부(310), 제2동작제어부(350), 제2출력제어부(370)를 포함하여 구성된다.

제1과전류제한부(200)는 제1전원(VDD)로부터 출력단(OUT)으로 출력되는 전류의 과전류 여부를 검출하고, 출력단(OUT)을 통해 과전류가 출력되는 것을 제한한다. 여기서, 제1전원(VDD)은 도시되지 않은 증폭 및 신호처리 회로로부터 전달되는 출력일 수 있으며, 정극성(+)전압 신호 또는 전류 신호이다. 제2전원(VSS)은 도시되지 않은 증폭 및 신호처리 회로로부터 전달되는 출력이며 부극성(-) 전압 신호 또는 전류 신호이다.

이러한 제1과전류제한부(200)는 과전류가 출력되는 것을 제한하기 위한 제1과전류검출부(210), 제1동작제어부(250) 및 제1출력제어부(270)를 포함하여 구성된다.

제1과전류검출부(210)는 감지부(400)에서 전달되는 양단전압(VR)와 제1기준전압(Vref1)을 비교하여 출력단(out)에 과전류가 흐르는지의 여부를 판단한다. 그리고, 과전류가 발생하는 경우 제1동작제어부(250)의 구동을 위한 구동신호(C1)을 출력한다.

제1동작제어부(250)는 제1과전류검출부(210)로부터 전달되는 구동신호(C1)에 의해 구동되어 제1출력제어부(270)를 제어하기 위한 출력제어신호(C11) 출력하고, 출력제어신호(C11)에 따라 제1출력제어부(210)를 제어한다.

제1출력제어부(210)는 제1동작제어부(250)로부터 전달되는 출력제어신호(C11)에 따라 동작하여 출력단(out)으로 출력되는 정극성 출력의 전류를 제어하게 된다.

제2과전류제한부(300)는 제2전원(VSS)로부터 출력단(OUT)으로 출력되는 전류의 과전류 여부를 검출하고, 출력단(OUT)을 통해 과전류가 출력되는 것을 제한한다. 이러한 제2과전류제한부(300)는 출력단(out)을 통해 과전류가 출력되는 것을 제한하기 위한 제2과전류검출부9210), 제1동작제어부(250) 및 제1출력제어부(270)를 포함하여 구성된다.

제2과전류검출부(310)는 감지부(400)에서 전달되는 양단전압(VR)와 제2기준전압(Vref2)을 비교하여 출력단(Out)에 과전류가 흐르는지의 여부를 판단한다. 그리고, 과전류가 발생하는 경우 제2과전류검출부(310)는 제2동작제어부(350)의 구동을 위한 구동신호(C2)를 출력한다.

제2동작제어부(350)는 제2과전류검출부(310)로부터 전달되는 구동신호(C2)에 의해 구동되어 제2출력제어부(370)를 제어하기 위한 출력제어신호(C22)를출력하고, 출력제어신호(C22)에 따라 제2출력부(210)를 제어한다.

제2출력제어부(210)는 제2동작제어부(350)로부터 전달되는 출력제어신호(C22)에 따라 동작하여 출력단(Out)으로 출력되는 부극성 출력의 전류를 제어하게 된다.

도 3은 도 2에 대한 상세회로를 도시한 구성예시도이다.

도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 과전류 제한 장치(100)는 과전류 검출부(210, 310), 동작제어부(250, 350), 출력제어부(270, 370) 및 감지부(400)를 포함하여 구성된다.

그리고, 과전류 검출부(210, 310)는 기준전압(Vref1, 2) 및 차동비교기(211, 311)구성될 수 있으며, 동작제어부(250, 350) 및 출력제어부(270, 370)는 MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor, MP1, MP2, MN1, MN2)으로 구성될 수 있다. 또한, 감지부(400)는 저항(R)에 의해 구성될 수 있다. 여기서, 이하에서는

구체적으로 설명하면, 감지저항(R1)은 출력단(OUT)과 제1출력제어부(270)의 제1출력제어스위치(MP1) 및 제2출력제어부(370)의 제2출력제어스위치(MN1) 사이에 연결된다. 그리고, 감지저항(R1)의 제1양단전압(VRP)은 각 제1 및 제2과전류검출부(210, 310)에 입력신호로 제공된다.

제1출력제어스위치(MP1)의 드레인단자(D)는 감지저항(R1)에 연결되고, 소스단자는 정극성전원(VDD) 또는 파워앰프(미도시)의 증폭회로에 연결되며, 게이트단자는 제1동작제어부(250)의 제1동작제어스위치(MP2)의 드레인단자와 연결된다. 이 제1출력제어스위치(MP1)는 제1동작제어스위치(MP2)를 통해 전달되는 출력제어신호(C11)에 따라 정극성전원(VDD)으로부터 감지저항(R)을 거쳐 출력단(OUT)을 통해 출력되는 제1전류(I1)의 흐름 및 전류량을 제어한다. 이를 위해 제1출력제어스위치(MP1)는 p채널 MOSFET로 구성된다.

제1동작제어부(250)는 제1동작제어스위치(MP2)로 구성된다. 제1동작제어스위치(MP2)는 제1과전류검출부(210)의 제1비교기(211)로부터 출력되는 구동신호(C1)에 따라 동작하여, 제1출력제어스위치(MP1)의 구동을 제어한다. 구체적으로 제1동작제어스위치(MP2)는 구동신호(C1)에 따라 동작하여, 출력제어신호(C11)를 제1출력제어스위치(MP1)에 전달하고, 출력제어신호(C11)에 의해 제1출력제어스위치(MP1)의 게이트전압을 조절함으로써 제1출력제어부(270)를 통해 출력되는 제1전류(I1)의 전류량을 조절하게 된다. 이를 위해 제1동작제어스위치(MP2)는 P채널 MOSFET로 구성될 수 있다.

제1과전류검출부(210)는 제1비교기(211)과 제1기준전압원(Vref1)으로 구성된다. 제1비교기(211)는 제1기준전압원(Vref1)과 감지저항(R)의 양단전압(VRP)를 비교하여 과전류 여부를 검출하고, 과전류가 발생할 경우 구동신호(C1)를 출력하여 제1동작제어스위치(MP2)에 전달한다. 구체적으로 제1비교기(211)는 과전류가 출력되지 않는 일반적인 출력상태에서는 제1동작제어스위치(MP2)를 꺼진 상태로 유지하며, 이를 위해 제1동작제어스위치(MP2)의 게이트 전압을 0V 또는 정극성(+) 전압으로 유지한다. 이때, 감지저항(R)을 통해 과전류가 검출되면, 제1비교기(211)는 제1동작제어스위치(MP2)의 게이트 전압을 부극성 전압으로 변경하여 제1동작제어스위치(MP2)를 동작시키게 된다.

이를 위해 제1비교기(211)는 감지저항(R)의 양단전압(VRP)과 기준전압원(VREF1)의 양단전압을 비교하기 위한 차동비교기로 구성된다. 이러한 제1비교기(211)의 제1입력단(+)의 정입력(+)은 기준전압원(VREF1)의 양극이 연결되고, 부입력(-)에는 음극이 연결되며, 제2입력단(-)의 정입력(+)은 감지저항(R)의 출력측과 연결되고, 부입력(-)은 감지저항(R)의 입력측 즉, 제1출력제어스위치(MP1)의 드레인단자(D)에 연결된다. 그리고, 제1비교기(211)는 감지저항(R)의 양단전압(VRP)을 기준전압원(VREF1)의 기준전압(△Vref1)과 비교하여 구동신호(C1)를 생성하게 된다. 이때, 감지저항(R)의 양단전압(VRP)은 제1출력제어스위치(MP1)의 드레인단자전압(Vmp1d)-출력단(OUT) 전압이 된다. 구체적으로 감지저항(R)의 양단전압이 기준전압원(VREF1)의 기준전압(△Vref1)보다 커지게 되면, 부극성 전압인 구동신호(C1)가 출력되게 된다.

제2출력제어부(370)는 제2출력제어스위치(MN1)로 구성된다. 이 제2출력제어스위치(MN1)는 제2동작제어스위치(MN2)를 통해 전달되는 출력제어신호(C22)에 따라 부극성전원(VSS)으로부터 감지저항(R)을 거쳐 출력단(OUT)을 통해 출력되는 제2전류(I2)의 흐름 및 전류량을 제어한다. 이를 위해, 제2출력제어스위치(MN1)의 드레인단자(D)는 감지저항 및 제1출력제어스위치(MP1)의 드레인단자(D)에 연결되고, 소스단자는 부극성 전원(VSS) 또는 파워앰프의 증폭회로에 연결되며, 게이트단자(G)는 제2동작제어부(350)의 제2동작제어스위치(MN2)의 드레인단자(D)와 연결된다. 여기서, 제2전류(I2)는 실제로 제1전류(I1)와 반대 극성의 전류로서, 출력단(OUT)으로부터 부극성전원(VSS)으로 흐르는 전류이나, 부극성전원(VSS)을 통해 공급되어 출력단으로 출력되는 전류의 의미를 부여하기 위해 도 3에서와 같은 방향을 가지도록 도시되어 있다. 여기서, 제2출력제어스위치(MN1)는 N채널 MOSFET일 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

제2동작제어부(350)는 제2동작제어스위치(MN2)로 구성되며, 제2동작제어스위치는 N채널 MOSFET로 구성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 제2동작제어스위치(MN2)는 제2과전류검출부(310)의 제2비교기(311)로부터 출력된ㄴ 구동신호(C2)에 따라 동작하여, 제2출력제어스위치(MN1)의 구동을 제어한다. 구체적으로 제2동작제어스위치(MN2)는 구동신호(C2)에 따라 동작하여, 출력제어신호(C22)를 제2출력제어스우치(MN1)에 전달하고, 출력제어신호(C22)에 의해 제2출력제어스위치(MN1)의 게이트전압을 조절함으로서, 제2출력제어부(370)를 통해 출력되는 제2전류(I2)의 전류량을 조절하게 된다.

제2과전류검출부(310)는 제2비교기(311)와 제2기준전압원(VREF2)으로 구성된다. 제2비교기(311)는 제2기준전압원(VREF2)과 감지저항(R)의 양단전압(VRN)을 비교하여 과전류 여부를 검출하고, 과전류가 발생할 경우 구동신호(C2)를출력항 제2동작제어스위치(MN2)에 전달한다. 구체적으로 제2비교기(311)는 과전류가 출력되지 않는 일반적인 출력상태에서는 제2동작제어스위치(MN2)를 꺼진 상태 즉, 구동되지 않는 상태로 유지하며, 이를 위해 제2동작제어스위치(MN2)의 게이트 전압을 0V 또는 부극성(-) 전압으로 유지시킨다. 이때, 감지저항(R)을 통해 과전류가 검출되면, 제2비교기(311)는 구동신호(C2)에 의해 제2동작제어스위치(MN2)의 게이트 전압을 정극성 전압으로 변경하여 제2동작스위치(MN2)를 동작시키게 된다.

이를 위해 제2비교기(311)는 감지저항(R)의 양단전압(VRN)과 기준전압원(VREF2)의 기준전압(△Vref2)를 비교하기 위한 차동비교기로 구성된다. 이러한 제2비교기(311)의 제1입력단(+)의 정입력(+)은 감지저항(R)의 입력측 즉, 제2출력제어스위치(MN1)의 드레인단자(D)에 연결되고, 부입력(-)은 감지저항(R)의 출력측에 연결된며, 제2입력단(-)의 정입력(+)은 기준전압원(VREF2)의 양극이 연결되고, 부입력(-)에는 음극이 연결된다. 그리고, 제2비교기(311)는 감지저항(R)의 양단전압(VRN)과 기준전압원(VREF2)의 기준전압(△Vref2)과 비교하여 구동신호(C2)를 생성하게 된다. 이때, 제2비교기(311)로 입력되는 감지저항(R)의 양단전압(VRN)은 출력단(OUT) 전압 - 제2출력제어스위치(MN1)의 드레인단자전압(Vmn1d)이 된다. 구체적으로, 감지저항(R)의 양단전압(VRN)이 기준전압(△Vref2)에 비해 커지게 되면, 정극성 전압인 구동신호(C2)가 출력된다.

이러한 본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한장치(100)의 동작을 좀더 상세히 설명하면 하기와 같다.

본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한장치(100)는 파워앰프의 출력단에 연결되어, 파워앰프에 의해 증폭된 신호의 출력시 과전류에 의해 회로가 손상되는 것을 방지한다. 이를 위해 파워앰프 과전류 제한장치(100)는 파워앰프에 의해 증폭된 신호를 각각 제1전원(VDD) 및 제2전원(VSS)으로 공급받아 출력제어스위치(MP1, MN1)에 의해 출력하게 되며, 이때 과전류가 발생되면, 이를 제한하여 출력하게 된다.

구체적으로, 제1출력제어스위치(MP1)에 의해 파워앰프의 정극성 출력인 제1전원(VDD)로부터의 전류가 출력단(OUT)를통해서 출력된다. 이때, 감지저항(R)의 양단인 제1출력제어스위치(MP1)의 드레인단자(D)와 출력단(OUT) 사이에 전압강하가 발생한다. 그리고, 감지저항(R)에 의한 양단전압(VRP) 값은 제1비교기(211)의 제2입력단(-)에 입력된다. 이때, 제2입력단(-)에 입력된 양단전압(VRP)의 값이 제1입력단(+)에 입력된 기준전압(△Vref1)에 비해 커지면, 제1비교기(211)는 부극성 전압을 가지는 구동신호(C1)을 출력한다. 이에 따라, 제1동작제어스위치(MP2)가 동작하면, 제1동작제어스위치(MP2)를 통해 제1전원(VDD)이 제1출력제어스위치(MP1)의 게이트단자(G)에 인가된다. 그리고, 제1출력제어스위치(MP1)의 게이트단자(G)에 제1전원(VDD)이 인가됨에 따라 제1출력제어스위치(MP1)의 게이트-소스 전압이 감소되고, 제2출력제어스위치(MN1)을 통해 흐를 수 있는 전류의 양이 감소하여 과전류를 제한하게 된다.

마찬가지로, 제2출력제어스위치(MN1)에 의해 파워앰프의 부극성 출력인 제2전원(VSS)로부터의 전류가 출력단(OUT)을 통해서 출력된다. 이때, 감지저항(R)의 양단인 제2출력제어스위치(MN1)의 드레인단자(D)와 출력단(OUT) 사이에 전압강하가 발생한다. 그리고, 감지저항(R)에 의한 전압강하 값 즉, 양단전압(VNR)은 제2비교기(311)의 제1입력단(+)로 입력된다. 이때, 제2입력단(-)에 입력된 기준전압(△Vref2)에 비해 감지저항(R)의 양단전압(VNR)이 커지면, 제2비교기(311)는 정극성 전압을 가지는 구동신호(C2)를 출력한다. 이에 따라, 제2동작제어스우치(MN2)가 동작하면, 제2동작제어스위치(MN2)를 통해 제2전원(VSS)이 제2출력제어스위치(MN1)의 게이트 단자에 인가된다. 그리고, 제2출력제어스위치(MN1)의 게이트 단자에 제2전원(VSS)이 인가됨에 따라 제2출력제어스위치(MN1)의 게이트-소스전압이 감소됨으으로서, 제2출력제어스위치(MN1)을 통해 흐를 수 있는 전류의 양이 감소하여 과전류를 제한하게 된다.

본 발명에 따른 파워앰프 과전류 제한장치(100)는 과전류 감지를 위한 감지저항(R)의 위치가 출력단에 배치되도록 함으로서, 출력제어스위치(MP1, MN1)의 갸이트-소스 전압을 감소시키지 않게 되고, 이를 통해 출력제어스위치(MP1, MN1)의 전류 구동 제한이 발생하지 않도록 하여, 종래에 비해 출력효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 과전류제한장치 200 : 제1과전류제한부
210 : 제1과전류검출부 250 : 제1동작제어부
270 : 제1출력제어부 300 : 제2과전류제한부
310 : 제2과전류검출부 350 : 제2동작제어부
370 : 제1출력제어부 400 : 감지부

Claims

파워앰프의 정극성 출력을 제1전원으로, 부극성 출력을 제2전원으로 공급받아, 상기 정극성 출력 및 상기 부극성 출력의 과전류를 제한하여 출력단으로 출력하는 파워앰프 과전류 제한장치에 있어서,
상기 출력단에 연결되어 상기 출력단을 통해 출력되는 전류값을 전압값으로 변환하는 감지부;
상기 감지부로부터의 상기 전압값 따라 상기 제1전원으로부터 상기 출력단으로 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제1과전류제한부; 및
상기 감지부로부터의 전압값에 따라 상기 제2전원으로부터 상기 출력단에 출력되는 출력신호의 과전류를 검출하여, 과전류의 출력을 제한하는 제2과전류제한부;를 포함하여 구성되고,
상기 제1과전류제한부 또는 상기 제2과전류제한부는
기준전압원을 포함하고, 상기 기준전압원으로부터의 기준전압과 상기 감지부에서 전달되는 상기 전압값을 비교하여 구동신호(C1)를 생성하는 과전류검출부;
상기 구동신호(C1)에 의해 동작하여 출력제어신호를 생성하는 동작제어부; 및
상기 출력제어신호에 의해 상기 출력단으로 출력되는 신호의 전류량을 제어하는 출력제어부;를 포함하는 파워앰프 과전류 제한장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 감지부는 상기 출력제어부와 상기 출력단 사이에 연결되는 감지저항인 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 3 항에 있어서,
상기 전압값은 상기 감지저항의 양단전압인 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 4 항에 있어서,
상기 과전류검출부는
상기 기준전압원의 양단전압인 상기 기준전압과 상기 양단전압을 입력으로 하는 비교기인 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 5 항에 있어서,
상기 비교기는 상기 동작제어부의 온/오프 제어를 위한 정극성 전압신호 또는 부극성 전압신호를 포함하는 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 6 항에 있어서,
상기 동작제어부는
상기 구동신호에 의해 동작하여 상기 제1전원 또는 제2전원을 상기 출력제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1과전류제한부 또는 제2과전류제한부는
상기 출력단에 일단이 연결되는 감지저항;
상기 감지저항의 양단전압과 상기 기준전압원의 양단전압이 입력되는 비교기;
상기 비교기의 출력단이 게이트단자에 연결되고, 소스단자는 제1전원 또는 제2전원에 연결되는 동작제어스위치; 및
상기 동작제어스위치의 드레인단자에 게이트단자가 연결되고, 소스단자는 상기 제1전원 또는 제2전원에 연결되고, 드레인단자가 상기 감지저항의 타단에 연결되는 출력제어스위치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 8 항에 있어서,
상기 기준전압원 상기 비교기, 상기 동작제어스위치 및 상기 출력제어스위치는 상기 제1과전류제한부 및 제2과전류제한부에 각각 구성되며,
상기 제1과전류제한부는 제1기준전압원, 제1비교기, 제1동작제어스위치 및 제1출력제어스위치를 포함하여 구성되고,
상기 제2과전류제한부는 제2기준전압원, 제2비교기, 제2동작제어스위치 및 제2출력제어스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제1과전류제한부는 상기 제1기준전압원의 양단전압이 상기 비교기의 +입력단인 제1입력단에 입력되고, 상기 감지저항의 양단전압이 -입력단인 제2입력단에 입력되며,
상기 제2과전류제한부는 상기 제2기준전압원의 양단전압이 상기 비교기의 제2입력단에 입력되고, 상기 감지저항의 양단전압이 제1입력단에 입력되는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1비교기는 상기 감지저항의 양단전압이 상기 제1기준전압원의 양단전압에 비해 큰 경우 부극성 전압신호를 상기 제1동작제어스위치의 게이트단자에 인가하고,
상기 제1동작제어스위치는 상기 부극성 전압신호에 의해 턴온되어 상기 제1전원을 상기 제1출력제어스위치의 게이트 단자에 인가하는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제2비교기는 상기 감지저항의 양단전압이 상기 제2기준전압원의 양단전압에 비해 큰 경우 정극성 전압신호를 상기 제2동작제어스위치의 게이트단자에 인가하고,
상기 제2동작제어스위치는 상기 정극성 전압신호에 의해 턴온되어 상기 제2전원을 상기 제2출력제어스위치의 게이트단자에 인가하는 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제1동작제어스위치와 상기 제1출력제어스위치는 P채널 금속산화반도체 전계효과트랜지스터이고,
상기 제2동작제어스위치와 상기 제2출력제어스위치는 N채널 금속산화반도체 전계효과트랜지스터인 것을 특징으로 하는 파워앰프 과전류 제한장치.