KR101619837B1

KR101619837B1 - 디급 디지털 증폭기

Info

Publication number: KR101619837B1
Application number: KR1020140162462A
Authority: KR
Inventors: 서용상
Original assignee: 서용상
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-11

Abstract

본 발명은 대용량의 출력 트랜스 없이도 출력신호의 절연특성을 갖는 디급 디지털 증폭을 수행하도록 오디오신호와 제어신호를 분리한 후 절연부를 통하여 증폭부에 연결하고, 오디오신호 입력단에 연결되는 절연부는 소 신호용 라인 트랜지스를 사용토록 하고, 제어신호 입력단에 연결되는 절연부는 포토커플러를 사용토록 하는 구성으로 증폭기의 소형화, 경량화 및 고효율을 이룰 수 있도록 하는 디급 디지털 증폭기에 관한 것이다.

Description

디급 디지털 증폭기{a digital power amplifier}

일반적으로 디지털 오디오 시스템은 상용 교류 전원으로부터 직류 전원을 발생하는 직류 전원 공급부와; 직류 전원을 오디오 신호를 이용하여 펄스 변조하고, 펄스 변조된 직류 전원을 저역 통과 필터링하여 입력된 오디오 신호에 상응하는 출력 오디오 신호를 얻는 디지털 오디오 증폭기를 구비하고, 상기 디지털 오디오 증폭기의 출력은 스피커에 제공된다.

여기서, 사용자의 안전을 위하여, 직류 전원 공급부는 상용 교류 전원과 디지털 오디오 증폭기를 절연시키는 기능을 가지도록 요구되고 있다.

따라서, 이에 부합하기 위하여 직류 전원 공급부로서 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching modepower supply; SMPS)가 주로 사용되고 있다.

한편, 디지털 오디오 증폭기로서는 출력 전력의 증강을 위해 D급 디지털 오디오 증폭기가 주로 사용되고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 공개특허 제2007-44283호에 디지털 오디오증폭기의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 디지털 오디오 증폭기(300)가 정류 및 평활부(302), 펄스 변조부(304), 스위칭부(306), 절연 트랜스(308) 그리고 저역 통과 필터(310)를 구비한다.

또한, 상기 정류 및 평활부(302)는 상용 교류 전원을 1차 정류 및 평활부(112)를 이용하여 직류 전원으로 변환하며, 상기 펄스 변조부(302)는 입력 오디오 신호를 펄스 변조하여 펄스 변조된 오디오 신호를 얻고, 펄스 변조된 오디오 신호에 의해 정류 및 평활부(302)에서 제공되는 직류 전원을 스위칭하여 스위칭된 직류 전원을 발생하는 스위칭부(306)에 제공하며, 상기 절연 트랜스(308)는 스위치부(306)에서 출력되는 스위칭된 직류 전원을 변성하여 출력하면서 상용 교류 전원과 저역 통과 필터(310)가 절연되고, 상기 저역 통과 필터(310)는 절연 트랜스(306)의 출력을 저역 통과 필터링하여 입력 오디오 신호에 상응하는 출력 오디오 신호를 출력하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 디지털 증폭기는, 절연을 위하여 절연 트랜스포머를 사용하여 경제성 측면과 소형 및 경량화가 힘들게 되는 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 오디오 분야의 소형화 및 경량화와 고효율을 구현할 수 있도록 하고, 오디오 신호의 출력은 물론 안정적인 제어가 가능토록 하며, 스피커선로의 누화와 접지 및 순간적인 고전압 발생에 따른 제어불량을 방지토록 하고, 외부의 충격에 의해 증폭기를 보호할 수 있도록 하는 디급 디지털 증폭기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 오디오신호와 제어신호를 분리한 후 절연부를 통하여 증폭부에 연결토록 소스기기에서 전달되는 신호를 오디오 신호라인과 제어신호라인으로 분리하여 공급하도록 설치되고,

상기 오디오신호라인은 소형의 라인트랜스를 통하여 증폭부에 연결되고,

상기 제어신호라인은 포토커플러로 이루어진 절연부를 통하여 증폭부에 연결되며,

상기 전원부는 전원트랜스를 통하여 증폭부에 연결되는 구성으로 이루어진 디급 디지털 증폭기를 제공한다.

그리고, 본 발명은 소스기기에서 전달되는 신호가 디지털볼륨조절기를 통하여 라인트랜스에 연결되고, 상기 라인트랜스는 그 후단이 변조및구동단을 갖는 증폭부에 연결되며, 상기 제어신호라인은 마이콤을 개재하여 포토커플러로 이루어진 절연부를 통하여 증폭부에 연결되는 디급 디지털 증폭기를 제공한다.

또한, 본 발명의 마이콤은 온도센서와 팬 및 디스플레이, 소스기기를 원격조절하는 디지털조절기에 연결되는 디급 디지털 증폭기를 제공한다.

더하여, 본 발명의 마이콤은 변조및구동단에 연결되는 라인감지단이 일측에 연결되는 디급 디지털 증폭기를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 대용량의 출력 트랜스가 없이 출력신호의 절연특성을 갖는 디급 디지털 증폭을 수행하여 경제적이며, 소형화 및 경량화와 고효율을 구현하고, 스피커선로의 누화와 접지 및 순간적인 고전압 발생에 따른 제어불량을 방지하고, 스피커 선로의 전기적 충격시에도 증폭기를 보호하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 디지털 증폭기를 도시한 회로도이다.
도2는 본 발명에 따른 디지털 증폭기를 도시한 회로도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증폭기를 도시한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 디지털 증폭기를 도시한 회로도이고, 도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증폭기를 도시한 회로도이다.

본 발명은, 소스기기(110)의 신호를 오디오신호라인(L1)과 제어신호라인(L2) 그리고 전원부(L3)로 분리하여 증폭부(L4)에 전달토록 설치된다.

이때, 상기 오디오신호라인(L1)과 제어신호라인(L2) 그리고 전원부(L3)는 절연부(L5)를 통하여 증폭부(L4)에 절연상태로 각각 연결토록 설치된다.

그리고, 상기 절연부(L5)는, 오디오신호라인을 절연하는 라인트랜스(120), 제어신호라인을 절연하는 고속포토커플러(140) 및 저속포토커플러(150), 전원부를 절연하는 전원트랜스(185)로서 이루어 진다.

즉, 상기 오디오신호라인(L1)은 소신호 레벨이기 때문에 PWM발생부(190)에서 출력되는 신호는 작은 용량의 라인트랜스(120)로 절연되어 증폭부(L4)의 PWM변조및구동단(170)에 연결된다.

이때, 상기 라인트랜스(120)의 후단에 제1,2저항(121)(125)이 설치되어 포화 상태와 컷오프 상태의 중간인 비선형 영역에서 동작토록 설치되므로써 전류전송비 편차를 보상토록 한다.

그리고, 상기 고속 및 저속 포토커플러(140)(150)는, 과부하, 과전류, 셧다운, 출력신호의 클리필 등과 같은 제어신호를 절연하여 PWM변조및구동단(170)에 공급토록 설치된다.

또한, 교류전원은 컨버터(180)를 거친 후 절연부(L5)의 전원트랜스(185)로 절연되어 증폭부(L4)의 PWM변조및구동단(170)에 연결된다.

계속하여, 상기 제어신호라인(L2)은 마이콤(160)이 구비되면서 이에 연결되어 온도센서(161)와 팬(163) 및 디스플레이(165), 그리고 각종 소스기기(110)를 원격 조절하도록 오디오신호라인(L1)의 소스기기(110)에 후단에 연결되는 디지털볼륨조절기(167)가 구비된다.

더하여, 상기 마이콤(160)은 PWM변조및구동단(170)와 절연부(L5)의 고속 및 저속포토커플러(140)(150)를 제어토록 설치된다.

그리고, 상기 라인트랜스(120)를 통하여 연결되는 증폭부(L4)의 PWM변조및구동단(170) 후단에 스위칭단(175)이, 상기 PWM변조및구동단(170)은 저속포토커플러(150)와 연결되는 라인감지단(177)이 각각 연결된다.

또한, 상기 고속포토커플러(140)는, 마이콤(160)에서 전달되는 신호를 고속으로 스위칭하고, 스위칭된 신호를 PWM변조및구동단(170)에 전달토록 하고, 상기 고속포토커플러(140)에 의해 출력된 신호는 저속포토커플러(150)를 통하여 커플링되어 귀한 신호로 마이콤(160)에 전달토록 설치된다.

그리고, 상기 고속포토커플러(140)와 저속포토커플러(150)는, 마이콤(160)의 출력 신호를 필터(153)에 의해 필터링하여 비교회로(155)에 공급하고, 상기 필터는 저속포토커플러(150)의 로우 패스 필터링되는 대역폭과 동일한 대역폭을 가지는 소자들로 이루어진다.

더하여, 상기 비교회로(155)는, 필터(153)가 공급하는 필터링된 신호와 저속포터커플러(150)가 공급하는 귀환신호를 비교하고 그 결과를 마이콤(160)에 전달하고, 상기 마이콤(160)은 필터링된 신호와 귀환신호의 비교 결과에 따라 신호 전달이 정상적으로 이루어지는 지를 판단하며, 이상시 비정상 상태를 디스플레이(165)를 통하여 출력토록 한다.

이때, 상기 고속포토커플러(140)는 IR엘이디로 이루어진 제1,2엘이디(141)(142)와 그 일측에 설치되는 다이오드(143)로 이루어져 IR엘이디로 이루어진 양극이 음극보다 전위가 높은 경우에만 IR엘이디가 도통토록 설치되는 AC타입이 적용된다.

한편, 상기 라인트랜스(120)는 제1라인트랜스(120a)와 제2라인트랜스(120b)로 이루어지면서 그 전단에 제1보조포토커플러(191a)와 제2보조포토커플러(191b)가 각각 연결되는 스위칭제어부(191)가 설치된다.

이때, 상기 스위칭제어부(191)는, PWM발생부(190)로 부터 발생된 펄스의 포지티브출력단과 네가티브출력단에 순방향으로 연결되는 제1보조포토커플러(191a)와 상기 PWM발생부(190)로 부터 발생된 펄스의 포지티브출력단과 네가티브출력단에 역방향으로 연결되는 제2보조포토커플러(191b)로서 이루어져 PWM발생부의 출력방향에 따라 어느 하나만이 스위칭토록 설치된다.

더하여, 상기 스위칭제어부(191)를 통하여 PWM발생부(190)와 제1,2라인트랜스(120a)(120b)들을 전기적으로 분리토록 한다.

그리고, 상기 스위칭제어부(191)는, 제1,2라인트랜스(120a)(120b)들로 출력된 신호를 피드백하는 피드백부(195)가 더 설치되어 PWM발생부(190)에서 다시금 출력토록 설치된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도3에서 도시한 바와같이 본 발명은, 스피커 라인과 접속하게 되는 디급 디지털 증폭부(L4)를 전기적으로 절연토록 한다.

즉, 소스기기(110)에서 전달되는 오디오 신호는 절연부(L5)의 라인트랜스(120)로서 절연된다.

또한, 제어신호라인(L2)은 절연부(L5)의 포토커플러(150)를 사용하여 절연특성을 이룬다.

그리고, 상기 증폭부(L4)에 공급되는 전원은 절연부(L5)의 전원트랜스(185)를 통하여 절연이 이루어진다.

이상과 같이 본 발명은 대용량의 출력트랜스포머를 사용 하지 않아도 앰프의 출력과 스피커 라인과의 절연을 이룰 수 있게 되어 소형화, 경량화, 고효율화의 구현이 가능토록 된다.

그리고, 상기 오디오신호라인 및 제어신호라인은 PWM변조및구동단(170)를 통하여 출력단인 스피커에 연결된다.

더하여, 상기 전원부(L3)는 전원트랜스포머(190)를 통하여 PWM변조및구동단(170)에 연결되는 구성으로 증폭이 완료된 오디오신호를 PWM변조및구동단(170)를 통하여 스피커에 전달토록 한다,

이때, 상기 증폭부(L4) 및 제어신호라인(L2)은 포토커플러로 이루어진 절연부(150)를 통하여 PWM변조및구동단(170)에 연결되는 구성으로 오디오신호에서 발생되는 과전압등에 의해 발생되는 증폭불량 또는 제어신호의 전달불량을 방지하게 된다.

또한, 상기 PWM변조및구동단(170)의 후단에 연결되는 스위칭단(175)에는 컨버터를 통하여 직류 또는 교류가 공급토록 설치된다.

더하여, 상기 마이콤(160)은 온도센서(161)와 팬(163) 및 디스플레이(165), 소스기기를 원격조절하는 디지털볼륨조절기(167)에 연결되어 증폭기의 과부하를 감지하거나 과부하시 팬을 구동토록 한다.

그리고, 상기 절연부(L5)는 포토커플러에 슬립회로(157)가 연결되어 슬립회로의 동작시 과부하가 공급되어 회로가 손상되는 것을 방지한다.

또한, 상기 전원트랜스(190)는 컨버터(180)를 통하여 직류 또는 교류전원을 공급토록 한다.

더하여, 상기 마이콤(167)은 라인감지단(177)을 개재하여 연결되는 구성으로 절연부에서 완전한 전압강하가 이루어지지 못할 경우 이를 측정한 후 다시 한번 절연부로 순환하도록 하는 것이다.

110...소스기기 120...라인트랜스
170...PWM변조및구동단 177...라인감지단
185...전원트랜스

Claims

오디오신호와 제어신호를 분리한 후 절연부를 통하여 증폭부에 연결토록 소스기기에서 전달되는 신호를 오디오 신호라인과 제어신호라인 및 전원부로 분리하여 공급하도록 설치되고,
상기 오디오신호라인은 절연부의 라인트랜스를 통하여 증폭부에 연결되고,
상기 제어신호라인은 절연부의 포토커플러를 통하여 증폭부에 연결되며,
상기 전원부는 절연부의 전원트랜스를 통하여 증폭부에 연결되고,
상기 오디오신호라인은, 소스기기에서 전달되는 신호가 디지털볼륨조절기 및 PWM발생부를 통하여 절연부의 라인트랜스에 연결될 때 그 후단이 증폭부의 PWM변조및구동단에 연결되며,
상기 제어신호라인는 마이콤을 개재하여 절연부의 포토커플러 및 증폭부의 PWM변조및구동단이 순차로 연결되고,
상기 마이콤은 온도센서와 팬 및 디스플레이, 소스기기를 원격조절하는 디지털볼륨조절기에 연결되며,
상기 포토커플러는, 고속포토커플러와 저속포토커플러로서 이루어지고,
상기 고속포토커플러와 저속포토커플러는 마이콤의 출력 신호를 필터에 의해 필터링하여 비교회로에 공급하고, 상기 필터는 저속포토커플러의 로우 패스 필터링되는 대역폭과 동일한 대역폭을 가지는 소자들로 이루어지며,
상기 비교회로는, 필터가 공급하는 필터링된 신호와 저속포터커플러가 공급하는 귀환신호를 비교하고 그 결과를 마이콤에 전달하고,
상기 마이콤은, 필터링된 신호와 귀환신호의 비교 결과에 따라 신호 전달이 정상적으로 이루어지는 지를 판단하여 이상시 비정상 상태를 디스플레이를 통하여 출력토록 설치되는 디급 디지털 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 라인트랜스는, 후단에 제1,2저항이 설치되는 것을 특징으로 하는 디급 디지털 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 라인트랜스는 제1,2라인트랜스로 이루어져 스위칭제어부가 전단에 연결되고,
상기 스위칭제어부는, PWM발생부로 부터 발생된 펄스의 포지티브출력단과 네가티브출력단에 순방향으로 연결되는 제1보조포토커플러와 상기 PWM발생부로 부터 발생된 펄스의 포지티브출력단과 네가티브출력단에 역방향으로 연결되는 제2보조포토커플러로서 이루어져 PWM발생부의 출력방향에 따라 어느 하나만이 스위칭토록 설치되는 것을 특징으로 하는 디급 디지털 증폭기.