KR101728041B1 - 오디오 앰프의 전원 제어 방법 및 장치 - Google Patents

오디오 앰프의 전원 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 출력 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하고, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원값을 미리 설정하고, 설정된 전원값에 따라 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 제어하여 오디오 신호를 증폭하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 방법 및 장치가 개시되어 있다.

Description

오디오 앰프의 전원 제어 방법 및 장치{Apparatus and method for controlling power of audio amplifier}
본 발명은 디지털 오디오 앰프 시스템에 관한 것이며, 특히 오디오 앰프의 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 공급하는 오디오 앰프 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 디지털 오디오 시스템은 오디오 파워 앰프(audio power amplifier)를 사용한다.
오디오 파워 앰프로서는 A급, B급, AB급 및 D급이 사용된다. 이중에서 D급 오디오 앰프는 A급 오디오 앰프, B급 오디오 앰프, AB급 오디오 앰프등에서 발생하는 증폭 효율 저하를 줄일 수 있다.
여기서 D급 오디오 앰프는 오디오 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation:PWM)신호로 변경하여 스위칭하는 방식이다. 또한 D급 오디오 앰프는 개방 루프(open loop) 방식과 폐쇄 루프(closed) 방식으로 구분된다.
일반적으로 D급 오디오 앰프는 최대 오디오 출력에 대응하는 높은 고정 전원값으로 파워 스위칭 회로를 구동한다. 이러한 높은 전원으로 동작되는 D급 오디오 앰프는 기기의 발열을 초래하고 주위의 전자 소자들에 노이즈를 발생하게 하는 원인을 제공한다.
따라서 D급 오디오 앰프로 공급되는 전원을 적절하게 제어하기 위한 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자하는 과제는 입력되는 오디오 신호의 레벨에 따라 오디오 앰프에 제공되는 전원을 가변적으로 제어하는 오디오 앰프 전원 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의하면 오디오 앰프의 공급 전원 제어 방법에 있어서,
입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 출력 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하는 과정;
상기 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 미리 설정하는 과정;
상기 설정된 전원에 따라 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 제어하여 오디오 신호를 증폭하는 과정을 포함한다.
상기의 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의하면 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치에 있어서,
입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 신호의 출력 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 신호의 출력 레벨을 추정하고, 그 추정된 오디오 신호의 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 생성하는 디지털 신호 처리부;
상기 디지털 신호 처리부에서 생성되는 전원 제어값에 따라 가변적인 전원을 공급하는 가변 전원 공급부;
상기 가변 전원 공급에서 공급되는 가변 전원에 따라 펄스폭 변조 신호를 스위칭 파워 증폭하는 파워 스위칭 회로부를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 디지털 신호 처리부는
다수 채널의 오디오 신호 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출부;
볼륨 레벨값 및 오디오 앰프 시스템의 이득값을 이용하여 오디오 출력에 관련된 오디오 레벨 변경 인자를 분석하는 출력 변경 인자 분석부;
상기 신호 레벨 검출부에서 검출된 오디오 신호 레벨과 출력 변경 인자 분석부에서 분석된 출력 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측하는 오디오 출력 예측부;
상기 오디오 출력 예측부에서 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 설정하는 전원 제어값 생성부를 구비할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 폐쇄 루프(closed loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.
폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원 가변시 PWM 신호의 듀티와 PWM 신호의 레벨을 동시에 가변한다. 따라서 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원을 가변 하여도 오디오 출력에 영향을 주지 않는다.
도 1a의 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 볼륨 변경부(110a), 마 이크로콘트롤러(120a), 디지털신호처리부(130a), 펄스폭변조부(140a), 가변전원공급부(150a), 파워 스위칭회로부(160a), 피드백부(170a), LPF부(Low Pass Filter)(180a), 스피커부(190a)로 구성된다.
먼저, 오디오 앰프에 복수 채널의 아날로그 또는 디지털 오디오 신호를 입력한다.
볼륨 변경부(110a)는 리모콘이나 판넬에 부착되어 부착되어 사용자에 의해 선택된 볼륨 키 정보를 생성한다.
마이크로콘트롤러(120a)는 사용자에 의해 선택된 볼륨 키 정보를 입력받으면 볼륨 키 정보를 해당 볼륨 레벨값으로 변환한다. 또한 마이크로콘트롤러(120a)는 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 앰프 내부의 이득값을 로딩한다. 예를 들면, 오디오 앰프 내부의 이득값은 디지털 신호처리부(130a)의 이득값 및 펄스폭변조부(140a)의 이득값을 포함한다. 마이크로콘트롤러(120a)는 오디오 신호의 채널 개수에 따라 디지털 신호처리부(130a)의 이득값 및 펄스폭변조부(140a)의 이득값을 미리 설정하고, 재생 동작이 수행되면 해당 이득값을 디지털 신호처리부(130a) 및 펄스폭변조부(140a)로 전달한다.
디지털 신호 처리부(130a)는 마이크로콘트롤러(120a)의 제어 신호에 따라 입력되는 오디오 신호를 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 데이터로 변환한다.
그리고 디지털 신호 처리부(130a)는 마이크로콘트롤러(120a)로부터 입력되는 볼륨 레벨값 및 오디오 앰프시스템의 신호 이득값과 같은 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 레벨 변경 인자를 분석하고, 입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레 벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하고, 그 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부(160a)에 공급되는 전원을 미리 설정한다. 그리고 디지털 신호 처리부(130a)는 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150a)로 출력한다.
이때 디지털 신호 처리부(130a)는 가변 전원 공급부(150a)로 전달되는 전원 제어 신호를 단계식과 선형식으로 처리할 수 있다.
즉, 디지털 신호 처리부(130a)는 단계식일 경우 각 단계의 기준값과 매칭되는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150a)로 전달하고, 선형식일 경우 각 단계에 대한 기준값 없이 출력되는 오디오 신호 레벨에 비례하는 선형값을 가변 전원 공급부(150a)로 전달한다.
또한 디지털 신호 처리부(130a)는 버퍼(buffer)를 이용하여 출력 오디오 신호에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조절하여 음질 왜곡 현상을 방지한다.
펄스폭변조부(140a)는 캐리어 신호 레벨과 디지털 신호처리부(130a)에서 출력되는 PCM 신호의 레벨을 비교하여 저전압의 PWM 신호를 생성한다.
가변 전원 공급부(150a)는 디지털 신호 처리부(130a)에서 입력되는 전원 제어값에 대응하는 가변 전압을 파워 스위칭회로부(160a)로 공급한다. 일 실시예로 가변 전원 공급부(150a)는 저항비(resistor ratio)를 이용하여 구현할 수 있다.
파워 스위칭 회로부(160a)는 펄스폭변조부(140a)에서 생성된 저전압의 PWM 신호를 가변 전원 공급부(150a)로부터 공급되는 가변 전압에 따라 대출력의 PWM 신호로 전력 증폭한다. 일 실시예로, 파워 스위칭회로부(160a)는 3.3V 정도의 소출력 PWM 신호를 5V - 40V 정도의 대출력 PWM 신호로 증폭한다.
피드백부(170a)는 파워 스위칭 회로부(160a)의 입출력 신호 사이의 에러를 보정하기 위해 파워 스위칭 회로부(160a)에서 출력되는 PWM 신호를 다시 파워 스위칭 회로부(160a)로 피드백시킨다.
LPF부(180a)는 파워 스위칭 회로부(160a)에 의해 전력 증폭된 PWM 신호를 로우 패스필터링 하여 잡음을 제거하고 원래의 오디오 신호로 복구한다.
스피커부(190a)는 LPF부(180a)에서 추출된 오디오 신호를 소리로 재생한다.
도 1b는 본 발명에 따른 개폐 루프(open loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.
개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원 가변시 PWM 신호의 듀티는 유지한 채 PWM 신호의 레벨을 가변한다. 이때 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 공급 전원을 가변하면 오디오 출력이 변경된다. 따라서 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템은 가변된 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지하기 위해 변경된 전원값 만큼 기준 볼륨을 조절해야 한다.
도 1a의 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템에서 피드백부(170a)를 제외한 나머지 블록들로 개폐 루프(open loop) 방식의 D급 오디오 앰프 시스템을 구현할 수 있다.
도 1b의 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 볼륨 변경부(110b), 마이크로콘트롤러(120b), 디지털신호처리부(130b), 펄스폭변조부(140b), 가변전원공급부(150b), 파워 스위칭회로부(160b), LPF부(Low Pass Filter)(180b), 스피커 부(190b)를 구비한다.
도 1b의 볼륨 변경부(110b), 마이크로콘트롤러(120b), 펄스폭변조부(140b), 가변전원공급부(150b), 파워 스위칭회로부(160b), LPF부(Low Pass Filter)(180b), 스피커부(190b)는 도 1a의 볼륨 변경부(110a), 마이크로콘트롤러(120a), 펄스폭변조부(140a), 가변전원공급부(150a), 파워 스위칭회로부(160a), LPF부(180a), 스피커부(190a)의 기능과 동일하므로 동작 설명을 생략한다.
디지털신호처리부(130b)는 입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하고, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부(160b)에 공급되는 전원을 미리 설정하고, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어 신호를 가변 전원 공급부(150b)로 출력한다. 이때 디지털 신호 처리부(130b)는 추정된 오디오 출력 레벨에 의한 전원 변동시 기준 볼륨(디지털 게인)을 전원값에 연동한다. 즉 , 디지털 신호 처리부(130b)는 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 공급 전원값을 변경하고, 변경 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지하기 위해 변경된 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값(디지털 게인)을 조절한다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 디지털 신호 처리부(130a, 130b)의 상세도이다.
도 2의 디지털 신호 처리부는 오디오 신호 처리부(210), 오디오 신호 레벨 검출부(220), 출력 변경 인자 분석부(230), 오디오 출력 예측부(250), 전원 제어값 생성부(260)으로 구성된다.
오디오 신호 처리부(210)는 다수의 채널로 입력되는 오디오 신호를 PCM(Pulse Code Modulation) 오디오 데이터로 변환하고, 그 외에 이퀄라이져(equalizer), 인핸스먼트(enhancement)와 같은 신호 처리를 수행한다.
오디오 신호 레벨 검출부(220)는 오디오 신호 처리부(210)에서 신호 처리된 다수 채널의 오디오 신호 레벨에 대한 피크-피크치를 검출한다.
출력 변경 인자 분석부(230)는 마이크로콘트롤러(120)로부터 획득되는 볼륨 레벨값 및 오디오 앰프 내부의 이득값과 같은 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 레벨 변경 인자를 분석한다.
오디오 출력 예측부(250)는 오디오 신호 레벨 검출부(220)에서 검출된 다수 채널의 오디오 신호 레벨중에서 가장 큰 레벨값을 선정하고, 그 선정된 오디오 신호 레벨과 출력 변경 인자 분석부(230)에서 분석된 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측한다. 예를 들면, 예측된 오디오 출력 레벨은 입력 오디오 신호 레벨과 오디오 볼륨 레벨과 오디오 앰프내부의 이득값을 곱한값이다.
전원 제어값 생성부(260)는 오디오 출력 예측부(250)에서 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 미리 설정하고, 그 전원 제어값을 가변 전원 공급부(150)로 출력한다. 이때 전원 제어값 생성부(260)는 개폐 루프 방식과 폐쇄 루프 방식에 따라 서로 다른 전원 제어값을 생성한다.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 파워 스위칭 회로부(160a, 160b) 및 LPF부(180a, 180b)의 일실시 회로도이다.
파워 스위칭 회로부(160)는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함한다. PWM 신호는 위상이 서로 동일한 제1PWM 신호(Q1)와 제2PWM 신호(Q2)로 나누어진다. PMOS 트랜지스터(P1)는 제1PWM 신호(Q1)에 따라 스위칭되고, 소스(Source)에는 실제 전원 전압(VCC2)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(N1) 역시 제2PWM신호(Q2)에 따라 스위칭되고, 그것의 드레인(Drain)은 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인과 연결되고 그것의 소스는 실제 접지 전압(VSS2)과 연결된다. 여기서 VCC1, VSS1은 전압원에서 인가되는 이상적인 전압이고, VCC2, VSS2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(160) 사이를 연결하는 도선(50)내의 저항(R1, R2)에 의해 일정치 만큼 강하된 전압으로, 파워 스위칭 회로부(160)에 인가되는 실제 전압이다. 아울러 R1, R2는 전압원과 파워 스위칭 회로부(160)사이를 연결하는 도선에 발생되는 저항이다. 다른 실시예로 파워 스위칭 회로부(160)는 PN 타입 뿐만 아니라 NN 타입으로도 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제1실시예이다.
먼저, 다수의 채널로 입력되는 오디오 신호 레벨들을 검출한다(410 과정).
이어서, 리모콘등으로부터 사용자에 의해 설정된 오디오 볼륨 레벨을 획득한다(420 과정).
이어서, 오디오 출력에 영향을 미치는 오디오 앰프내부의 오디오 레벨 변경 인자(factor)를 분석한다(430 과정). 이때 오디오 레벨 변경 인자(factor)는 오디오 볼륨 레벨 및 오디오 앰프내부 이득값을 포함한다.
이어서, 다수 채널의 오디오 신호 레벨중에서 가장 큰 레벨값을 선정하고, 그 선정된 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측한다(440 과정).
이때 예측되는 오디오 출력 레벨은 수학식 1과 같이 정할 수 있다.
예측되는 오디오 출력 레벨 = 입력 오디오 신호 레벨 x 볼륨 이득 x 오디오 앰프내부의 이득값
이어서, 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭부(160)에 공급되는 전원을 미리 설정한다(450 과정 - 476 과정).
전원 설정 과정(450 과정 - 476 과정)에 대해 더 상세히 설명하면, 사용자에 의해 전원을 복수개의 레인지 예를 들면, "LOW", "Middle", "High"로 구분한다.
먼저, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "LOW" 내에 있는가를 체크한다(450 과정).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 전원 레인지 "LOW" 내에 있으면 파워 스위칭부(160)의 공급 전원을 "LOW" 앰프 전원값으로 설정한다(472 과정).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 전원 레인지 "LOW" 내에 있지 않으면 다시 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "Middle" 내에 있는가를 체크한다(460 과정).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 전원 레인지 "Middle" 내에 있으면 공급 전원을 "Middle" 앰프 전원값으로 설정한다(476 과정).
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 미리 정해진 "Middle" 내에 있지 않으면 공급 전원을 "High" 앰프 전원값으로 설정한다(474 과정).
최종적으로 설정된 앰프 전원값을 파워 스위칭 회로부(160)에 가변적으로 공급한다(480 과정).
본 발명은 입력 오디오 신호의 레벨과 오디오 앰프내부의 이득값간의 상관 관계를 이용하여 디지털 신호 처리 단계에서 파워 스위칭 회로부(160)에 공급되는 전원값을 미리 설정하고, 그 전원값을 출력되는 오디오 신호 레벨에 따라 단계적으로 가변한다. 도 7a를 참조하면 공급 전원(710)은 출력되는 오디오 신호(720)의 레벨에 따라 단계적으로 추종하게 된다. 예를 들면, 출력 오디오 신호(720)의 레벨이 0.5V이면 공급 전원(710)은 0.7V가되고, 출력 오디오 신호(720)의 레벨이 2V이면 공급 전원(710)은 2.3V가된다.
도 5는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제2실시예이다.
먼저, 510과정 - 540 과정은 도 4의 410 과정- 440 과정과 동일하여 설명을 생략한다.
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 결정한다(550 과정).
이어서, 전원 제어값에 따라 오디오 출력 레벨에 근접한 선형적 가변 전원을 파워 스위칭 회로부(160a)에 공급한다(560 과정).
결국, 본 발명은 파워 스위칭 회로부(160a)의 이전 블록에서 예측된 오디오 출력 레벨에 따라 선형적으로 가변 되는 전원값을 결정한다. 도 7b를 참조하면 공 급 전원(730)은 출력되는 오디오 신호(740)의 레벨에 따라 선형적으로 추종하게 된다. 예를 들면, 출력 오디오 레벨의 피크값들에 대응하는 공급 전원값들을 미리 생성한다.
도 6은 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 일실시예이다.
먼저, 610과정 - 640 과정은 도 4의 410 과정- 440 과정과 동일하여 설명을 생략한다.
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 인가를 체크한다(650 과정). 이때 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지이면 현재 설정된 전원값을 파워 스위칭 회로부(160b)로 공급한다.
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 이상이면 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 높게 설정한다(662 과정). 이때 공급 전원값을 높이면 최종 출력 신호의 레벨이 변경되기 때문에 높아진 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 감소시킨다(664 과정). 예를 들면, 최대 공급 전원이 30V이고 현재 설정된 전원이 20V이고 예측 오디오 출력 레벨이 28V이면 공급 전원을 30V로 설정하고, 현재 설정된 전원 20V보다 10V 높아진 공급 전원 만큼 오디오 볼륨값을 감소 시킨다.
이어서, 예측된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 이하이면 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 낮춘다(672 과정). 이때 공급 전원값을 낮추면 최종 출력 신호의 레벨이 변경되기 때문에 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 증 가시킨다(674 과정). 예를 들면, 최대 공급 전원이 30V이고 현재 설정된 전원이 20V이고 예측 오디오 출력 레벨이 7V이면 공급 전원을 10V로 설정하고, 현재 설정된 전원 20V보다 10V 낮아진 공급 전원 만큼 오디오 볼륨값을 증가시킨다.
결국, 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프에서는 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 변경되는 전원값에 기준 볼륨값을 연동함으로서 가변된 공급 전원에 의한 출력 신호의 크기를 유지할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따라 디지털 신호 처리부(130a, 130b)에서 오디오 출력에 따라 추종되는 전원 제어 신호의 파형도이다.
도 8a를 보면, 공급 전원(808)을 출력 오디오 신호(802)에 추종하게 되면 전원 상승 영역(803)에서 오디오 신호가 공급 전원에 의해 클리핑(810)되는 현상으로 인해 음질 왜곡 현상이 발생한다.
따라서 디지털 신호 처리부(130a, 130b)는 버퍼링(buffering)을 이용하여 오디오 출력 레벨에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조절할 수 있다. 즉, 도 8b에 도시된 바와 같이 디지털 도메인에서 버퍼링 타임(buffering time)을 이용하여 공급 전원(828)을 출력 오디오 신호(822) 보다 먼저 상승시킨(823) 후 유지(824)시킴으로서 음질 왜곡 현상을 방지한다.
도 9a 및 도 9b는 오디오 앰프에서 본 발명과 종래 기술의 전원 제어를 비교한 도면이다.
종래 기술의 오디오 앰프는 도 9a에 도시된 바와 같이 입력 오디오 레벨과 무관하게 사전에 설정된 파워 레벨(910)이 일정하게 공급되기 때문에 파워 앰프를 거쳐 실제로 증폭 출력되는 오디오 신호의 레벨(920)에 비해 상대적으로 많은 소비 전력이 불필요하게 낭비되는 문제점이 있다. 도 9a에서 공급 파워 레벨과 출력 오디오 신호간의 에너지 손실 영역(930)은 점선으로 표시되어 있다.
반면에 본 발명의 오디오 앰프는 입력 오디오 신호의 레벨과 오디오 시스템의 이득값의 상관 관계를 이용하여 디지털 신호 처리부(130a, 130b)에서 오디오 출력을 미리 예측하여 파워 스위칭 회로부(160a, 160b)에 공급되는 전원을 가변한다. 따라서 본 발명은 도 9b에 도시된 바와 같이 다이나믹하게 변하는 출력 오디오 신호(950)에 따라 공급 파워 레벨(940)을 변화시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 오디오 앰프는 오디오의 최대 출력을 유지하면서 일반적으로 사용하는 낮은 출력에서의 오디오 재생시 파워 스위칭 회로부에 공급하는 전원을 낮출 수 있으므로 효율향상을 도모할 수 있다. 또한 본 발명의 오디오 앰프는 소비 전력을 낮출 수 있으며 발열을 줄여서 방열판의 크기와 잡음 요소를 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 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 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분 야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프 시스템의 전체 블록도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 디지털 신호 처리부의 상세도이다.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 파워 스위칭 회로부 및 LPF부의 일실시 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제1실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 폐쇄 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 제2실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 개폐 루프 방식의 D급 오디오 앰프의 전원 제어 방법의 일실시예이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 오디오 신호 출력과 공급 전원과의 관계를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따라 디지털 신호 처리부에서 오디오 출력 왜곡 방지를 위해 오디오 출력에 따라 추종되는 전원 제어 신호의 파형도이다.
도 9a 및 도 9b는 파워 앰프에서 본 발명과 종래 기술의 전원 제어를 비교한 도면이다.

Claims (16)

  1. 오디오 앰프의 공급 전원 제어 방법에 있어서,
    입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 추정하는 과정;
    상기 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원값을 미리 설정하는 과정;
    상기 설정된 전원값에 따라 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원을 가변적으로 제어하여 오디오 출력 신호를 증폭하는 과정; 및
    상기 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 변경되는 전원값에 기준 볼륨값을 연동하여 가변된 공급 전원에 의한 상기 오디오 출력 신호의 크기를 유지하는 과정을 포함하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오디오 출력 변경 인자는
    사용자에 의해 설정된 볼륨 레벨 및 상기 오디오 앰프의 내부 이득값임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오디오 앰프의 내부 이득값은 디지털 신호처리부의 이득값 및 펄스폭변조부의 이득값임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 예측된 오디오 출력 레벨은 입력 오디오 신호 레벨과 설정된 오디오 볼륨 레벨과 오디오 앰프내부의 이득값을 곱한 값임을 특징으로 하 는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입력되는 오디오 신호 레벨은
    다수의 채널에서 검출되는 오디오 레벨중에서 가장 큰 신호 레벨임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원값은 상기 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 단계적으로 설정되는 것임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 파워 스위칭 회로부에 공급되는 전원값은 상기 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하여 선형적으로 설정되는 것임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 오디오 출력 레벨에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조정하는 것임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 전원값에 기준 볼륨값을 연동하는 과정은,
    상기 추정된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지이상이면 상기 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 높이 설정하고 그 높아진 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 감소시키고, 상기 추정된 오디오 출력 레벨이 현재 설정된 전원 레인지 이내이면 상기 공급 전원값을 현재 설정된 전원값보다 더 낮추고 그 낮아진 공급 전원값 만큼 기준 볼륨값을 증가시키는 것임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 전원 제어 방법.
  11. 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치에 있어서,
    입력되는 오디오 신호 레벨과 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 신호의 출력 레벨을 추정하고, 그 추정된 오디오 신호의 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 미리 설정하고, 상기 추정된 오디오 출력 레벨에 따라 변경되는 전원값에 기준 볼륨값을 연동하여 가변된 공급 전원에 의한 오디오 출력 신호의 크기를 유지하는 디지털 신호 처리부;
    상기 디지털 신호 처리부에서 미리 설정된 전원 제어값에 따라 가변적인 전원을 공급하는 가변 전원 공급부;
    상기 가변 전원 공급에서 공급되는 가변 전원에 따라 펄스폭 변조 신호를 스위칭 파워 증폭하는 파워 스위칭 회로부를 포함하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는
    다수 채널의 오디오 신호 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출부;
    볼륨 레벨값 및 오디오 앰프 시스템의 이득값을 이용하여 오디오 출력에 관련된 오디오 레벨 변경 인자를 분석하는 출력 변경 인자 분석부;
    상기 신호 레벨 검출부에서 검출된 오디오 신호 레벨과 출력 변경 인자 분석부에서 분석된 오디오 레벨 변경 인자간의 상관 관계를 바탕으로 오디오 출력 레벨을 예측하는 오디오 출력 예측부;
    상기 오디오 출력 예측부에서 추정된 오디오 출력 레벨에 대응하는 전원 제어값을 설정하는 전원 제어값 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는 오디오 출력 레벨에 대한 전원 제어 신호의 트래킹 타임을 조절하는 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부에 사용자 오디오 볼륨 레벨 및 오디오 앰프 시스템의 이득에 해당하는 오디오 레벨 변경 인자를 제공하는 마이크로 콘트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 전원 제어값 생성부는 개폐 루프 방식과 폐쇄 루프 방식에 따라 서로 다른 전원 제어값을 생성하는 것임을 특징으로 하는 오디오 앰프의 공급 전원 제어 장치.
  16. 제1항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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