KR102013118B1 - 스피커 드라이버 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스피커 드라이버 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 구동 전압이 용량성 스피커에 인가되도록 하는 앰프부, 및 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 입력 신호로서 앰프부로 전달함으로써, 고주파를 갖는 구동 전압에 의해 용량성 스피커로 인가되는 과전류를 제한하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스피커 드라이버 및 그 동작 방법{SPEAKER DRIVER AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 스피커 드라이버 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피에조 스피커를 구동하기 위한 스피커 드라이버 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
압전 효과는 압전체에 압력 또는 진동을 가하면 유전 분극을 일으켜 전기가 발생하는 효과(직접 압전효과), 및 압전체에 전기를 가하면 진동이 발생하는 효과(역 압전효과)를 말한다. 피에조 스피커(Piezo Speaker)는 이러한 압전 효과가 적용되어 스피커의 양단에 걸리는 전압에 의해 변위가 형성됨으로써 소리를 발생시키는 용량성 스피커로서, 일반적으로 같은 크기의 AC 전압을 인가할 경우 더 높은 주파수에서 더 높은 음압(SPL: Sound Pressure Level)을 발생시키는 특성이 있다.
피에조 스피커는 회로적으로 용량성 부하이기 때문에, 고주파를 갖는 구동 전압을 통해 피에조 스피커를 구동하는 경우 피에조 스피커의 임피던스가 감소하여 피에조 스피커로 흐르는 전류가 급격히 증가하게 된다. 피에조 스피커로 흐르는 과전류를 제한하기 위해 직렬 저항을 삽입하는 방식을 고려할 수 있으나, 이 경우 과전류에 의해 직렬 저항에서 많은 열이 발생하고, 그에 따라 전력 손실이 증가하게 되며, 나아가 과전류를 제한하기 위해서는 큰 크기의 직렬 저항이 요구되기 때문에 소형화에 어려움이 존재한다.
한편, 피에조 스피커를 구동하기 위한 앰프로서 일반적으로 Class-AB Amplifier가 사용된다. 주지된 바와 같이 Class-AB Amplifier의 에너지 효율은 20%~50%에 불과하고 발열이 쉬우며 부피가 커지는 단점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0055642호(2006. 05. 24. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 피에조 스피커를 Class-AB Amplifier를 통해 고주파 구동하는 경우 발생하는 과전류를 직렬 저항의 사용 없이 제한함으로써 종래의 스피커 드라이버가 가졌던 발열, 전력 손실 및 부피 증대 문제를 제거하기 위한 스피커 드라이버 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 스피커 드라이버는 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 상기 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 상기 구동 전압이 상기 용량성 스피커에 인가되도록 하는 앰프부, 및 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 상기 입력 신호로서 상기 앰프부로 전달함으로써, 고주파를 갖는 상기 구동 전압에 의해 상기 용량성 스피커로 인가되는 과전류를 제한하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 앰프부 및 상기 용량성 스피커 사이에 접속되어 상기 용량성 스피커와 함께 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 형성하며, 상기 펄스 전압 및 상기 용량성 스피커에 따른 쇼트 전류(short current)를 방지하는 유도성 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 앰프부는, 상기 입력 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조기, 및 상기 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭되어 상기 펄스 전압을 출력하는 스위치부를 포함하는 Class-D Amplifier인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 앰프부로 공급되는 상기 공급 전압을 생성하기 위한 커패시터, 및 전원부로부터의 전류를 상기 커패시터로 출력하여 상기 전원부의 전원 전압이 승압된 상기 공급 전압이 상기 커패시터에 형성되도록 하는 부스트 컨버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 부스트 컨버터부는, 상기 전원부로부터의 전류를 상기 커패시터로 출력하거나 상기 커패시터로부터의 전류를 상기 전원부로 리턴시키도록 스위칭되는 제1 부스트 스위치, 및 상기 전원부로부터의 전류를 그라운드로 여기시키며 상기 제1 부스트 스위치와 상보적으로 스위칭되는 제2 부스트 스위치를 포함하는 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 상기 입력 오디오 신호를 생성한 후 상기 제어부로 전달하는 오디오 인터페이스부를 더 포함하되, 상기 오디오 인터페이스부는, 상기 앰프부의 스위칭 동작과 상기 부스트 컨버터부의 스위칭 동작에 따른 스위칭 노이즈가 상기 오디오 소스 신호에 인가되는 것을 방지하기 위해 디지털 신호로서 상기 오디오 소스 신호를 입력받는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 용량성 스피커로 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류를 토대로 상기 용량성 스피커의 임피던스 변화를 판단하고, 그 판단 결과를 토대로 상기 입력 오디오 신호의 크기를 조절하거나 상기 용량성 스피커의 소손 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 용량성 스피커는 피에조 스피커(Piezo Speaker)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 스피커 드라이버의 동작 방법은 제어부가, 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커로 인가되는 과전류를 제한하기 위해, 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 앰프부로 입력될 입력 신호를 생성하는 단계, 및 상기 앰프부가, 상기 용량성 스피커를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 상기 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 상기 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 상기 구동 전압이 상기 용량성 스피커에 인가되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 피에조 스피커를 Class-AB Amplifier를 통해 고주파 구동하는 경우 발생하는 과전류를 직렬 저항이 아닌 소정의 신호 처리만을 통해 제한함으로써 종래의 스피커 드라이버가 가졌던 발열, 전력 손실 및 부피 증대 문제를 제거하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버의 전체적인 회로 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 전원부, 부스트 컨버터부, 커패시터, 앰프부, 유도성 소자 및 용량성 스피커로 연결되는 회로 구성을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 과전류를 제거할 수 있는 효과를 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스피커 드라이버 및 그 동작 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버의 전체적인 회로 구성을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 전원부, 부스트 컨버터부, 커패시터, 앰프부, 유도성 소자 및 용량성 스피커로 연결되는 회로 구성을 도시한 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버에서 과전류를 제거할 수 있는 효과를 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버는 전원부(100), 부스트 컨버터부(200), 커패시터(C), 오디오 인터페이스부(300), 제어부(400), 앰프부(500) 및 유도성 소자(LF)를 포함할 수 있으며, 상기 각 구성을 토대로 용량성 스피커(CL)를 구동할 수 있다. 본 실시예에서 용량성 스피커(CL)는 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 피에조 스피커(Piezo Speaker)일 수 있으며, 따라서 회로적 측면에서 볼 때 용량성 부하로 모델링될 수 있다. 우선, 도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 스피커 드라이버의 구성을 개괄적으로 설명한다.
전원부(100)는 본 실시예에 따른 스피커 드라이버가 동작하기 위한 전원 전압을 공급할 수 있으며, 스피커 드라이버가 적용될 수 있는 다양한 장치(예: 스마트폰과 같은 이동 통신 단말, TV 등) 내에서 전원 전압을 공급하는 배터리로 구현될 수 있다. 전원부(100)의 전원 전압은 후술하는 부스트 컨버터부(200)에 의해 승압되어 커패시터(C)에 저장된 후 공급 전압으로서 후술하는 앰프부(500)로 전달된다.
부스트 컨버터부(200)는 전원부(100)로부터의 전류를 후술하는 커패시터(C)로 출력하여 전원부(100)의 전원 전압이 승압된 공급 전압이 커패시터(C)에 형성되도록 할 수 있고, 이에 따라 커패시터(C)는 앰프부(500)로 공급되는 공급 전압을 생성할 수 있다.
즉, 전술한 것과 같이 본 실시예의 용량성 스피커(CL)는 피에조 스피커로 구현될 수 있으며, 피에조 스피커의 구동을 위해서는 다이내믹 스피커 대비 높은 구동 전압이 요구되기 때문에, 부스트 컨버터부(200)는 전원부(100)의 전원 전압이 승압되어 앰프부(500)로 전달될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 본 실시예의 부스트 컨버터부(200)는 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함하는 하프 브릿지(Half Bridge) 형태의 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)일 수 있으며, 구체적인 설명은 후술한다.
오디오 인터페이스부(300)는 오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 입력 오디오 신호를 생성한 후 후술하는 제어부(400)로 전달할 수 있으며, 제어부(400)는 입력받은 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 앰프부(500)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 앰프부(500)는 공급 전압을 기반으로, 제어부(400)로부터 전달받은 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력할 수 있다.
여기서, 본 실시예의 이해를 돕기 위해 용어를 명확히 정의하기로 한다. 오디오 소스 신호는 오디오 인터페이스부(300)로 입력되는 신호를 의미하고, 입력 오디오 신호는 오디오 인터페이스부(300)로부터 제어부(400)로 전달되는 신호를 의미하며, 입력 신호는 제어부(400)로부터 앰프부(500)로 입력되는 신호를 의미한다. 전원 전압은 전원부(100)에 의해 생성되는 전압을 의미하고, 공급 전압은 전원 전압이 부스트 컨버터부(200)에 의해 승압되어 커패시터(C)에 저장된 후 앰프부(500)로 공급되는 전압을 의미하며, 펄스 전압은 앰프부(500)로부터 출력되는 전압을 의미하고, 구동 전압은 용량성 스피커(CL)에 인가되는 전압을 의미한다.
전술한 내용에 기초하여, 이하에서는 본 실시예에 따른 스피커 드라이버의 동작을 구체적으로 설명한다.
먼저, 앰프부(500)에 대하여 설명하면, 앰프부(500)는 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커(CL)를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가되도록 할 수 있다.
구체적으로, 전술한 것과 같이 전원부(100)의 전원 전압은 부스트 컨버터부(200)에 의해 승압되어 커패시터(C)에 저장되며, 커패시터(C)에 저장된 전압은 상기 공급 전압으로서 앰프부(500)로 공급될 수 있다. 커패시터(C)로부터 공급되는 공급 전압을 기반으로, 앰프부(500)는 입력 신호를 증폭하여 펄스 전압을 생성하고 출력할 수 있다.
상기한 동작을 위해, 앰프부(500)는 입력 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조기, 및 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭되어 펄스 전압을 출력하는 스위치부를 포함할 수 있다.
펄스 폭 변조기는 비교기 및 미리 설계된 캐리어 신호를 통해 입력 신호를 펄스 폭 변조하여 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 펄스 폭 변조 신호는 스위치부로 입력된다. 스위치부는 도 3(a)에 도시된 것과 같이 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)를 포함할 수 있으며, 각 스위치는 모스펫(MOSFET)으로 구현될 수 있다. 구체적으로는 각 드레인 단자가 커패시터(C)에 접속되어 공급 전압을 공급받는 제1 및 제3 스위치(511, 515)와, 각 드레인 단자가 제1 및 제3 스위치(511, 515)의 소스 단자에 각각 접속되고 각 소스 단자는 접지되는 제2 및 제4 스위치(513, 517)를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호는 인버터를 포함하는 소정의 게이트 드라이버를 통해 제1 내지 제4 펄스 폭 변조 신호로 분기될 수 있으며, 제1 내지 제4 펄스 폭 변조 신호가 각각 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)에 입력됨에 따라 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)가 스위칭됨으로써 펄스 전압이 출력될 수 있다. 후술하는 유도성 소자(LF)가 앰프부(500)의 출력단에 접속됨에 따라, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 아날로그 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가됨으로써 용량성 스피커(CL)가 구동될 수 있다.
이러한 앰프부(500)는 Class-D Amplifier로 구현될 수 있으며, 이에 따라 Class-AB Amplifier를 통해 용량성 스피커(CL)를 구동하는 경우 대비 에너지 효율이 향상될 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 고주파를 갖는 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가되는 경우, 용량성 스피커(CL)의 임피던스가 감소하여 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류가 급격히 증가하게 된다. 용량성 스피커(CL)로 흐르는 과전류를 제한하기 위해 직렬 저항을 삽입하는 방식을 고려할 수 있으나, 이 경우 과전류에 의해 직렬 저항에서 많은 열이 발생하고, 그에 따라 전력 손실이 증가하게 되며, 나아가 과전류를 제한하기 위해서는 큰 크기의 직렬 저항이 요구되기 때문에 소형화에 어려움이 존재한다.
용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압의 주파수는 앰프부(500)로 입력되는 입력 신호의 주파수에 의존하기 때문에, 고주파를 갖는 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가되는 것을 방지하기 위해서는 제어부(400)로부터 앰프부(500)로 입력되는 입력 신호에 대한 사전적인 신호 처리가 요구된다.
이를 위해, 제어부(400)는 오디오 인터페이스부(300)로부터 입력되는 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 앰프부(500)로 전달함으로써, 고주파를 갖는 구동 전압에 의해 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과전류를 제한할 수 있다.
즉, 본 실시예는 앰프부(500)의 출력단에 물리적인 직렬 저항 소자를 삽입하는 구성이 아닌, 앰프부(500)로 입력될 신호에 대한 고주파 영역에서의 사전적인 신호 처리만을 통해 고주파를 갖는 구동 전압에 의해 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과전류를 제한하는 구성을 채용한다.
이때, 제어부(400)는 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시킴으로써 앰프부(500)로 입력될 입력 신호를 생성할 수 있다. 크기가 감쇠되는 입력 오디오 신호의 고주파 영역은 가청주파수 대역 부근에서의 고주파 영역을 의미한다(예: 10kHz ~ 20kHz). 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키기 위한 방법으로서 LPF 또는 High Pass Attenuator 등 다양한 방법이 채용될 수 있다. 즉, 제어부(400)는 도 4의 ①과 같이 전 주파수 대역에서 입력 오디오 신호의 주파수가 증가할수록 그 크기를 감쇠시키거나, 도 4의 ②와 같이 미리 설계된 기준 주파수(fref, 20Hz < fref < 20kHz) 미만의 대역에서는 입력 오디오 신호의 크기를 유지하고 기준 주파수 이상의 대역에서는 입력 오디오 신호의 주파수가 증가할수록 그 크기를 감쇠시킬 수 있다. 도 4에서 Av는 입력 오디오 신호의 크기에 적용될 게인을 의미하며, A1은 기준 게인을 의미한다. 제어부(400)는 입력 오디오 신호에 대하여 전술한 신호 처리를 수행하기 위해 DSP(Digital Signal Processor)를 포함할 수 있다.
따라서, 고주파 성분이 저감된 입력 오디오 신호가 입력 신호로서 앰프부(500)로 입력되고, 그에 따라 앰프부(500)로부터 출력되는 펄스 전압 및 용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압의 고주파 성분이 저감되어 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과전류를 제한할 수 있게 된다.
전술한 구성, 즉 입력 오디오 신호에 대한 신호 처리만을 통해 용량성 스피커(CL)로 흐를 수 있는 과전류를 방지함으로써, 직렬 저항 사용 시 발생하는 발열, 전력 손실 및 부피 증대 문제를 해결할 수 있다.
유도성 소자(LF)는 앰프부(500) 및 용량성 스피커(CL) 사이에 접속되어 용량성 스피커(CL)와 함께 가청주파수 대역 이외의 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 형성하며, 이러한 유도성 소자(LF)는 설계된 인덕턴스값을 갖는 인덕터로 구현될 수 있다. 유도성 소자(LF)가 앰프부(500)의 출력단에 접속됨에 따라, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 아날로그 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가됨으로써 용량성 스피커(CL)가 구동될 수 있다.
또한, 유도성 소자(LF)는 앰프부(500)로부터의 펄스 전압 및 용량성 스피커(CL)에 따른 쇼트 전류(short current)를 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 스위치의 스위칭 동작을 통해 펄스 전압을 출력하는 Class-D Amplifier의 특성상 용량성 부하와 접속되는 경우 순간적으로 크게 변하는 쇼트 전류가 발생할 수 있기 때문에, 앰프부(500)의 출력단에 접속되는 유도성 소자(LF)를 통해 순간적으로 크게 변하는 쇼트 전류의 발생을 방지할 수 있다.
나아가, 유도성 소자(LF)는 앰프부(500) 및 용량성 스피커(CL) 사이에 접속되어 있으므로, 용량성 스피커(CL)를 구동하는 과정 및 용량성 스피커(CL)로부터 전류가 리턴되는 과정(후술)에서의 전력 손실이 최소화될 수 있다.
도 1은 유도성 소자(LF)가 용량성 스피커의 전단에만 접속된 구성을 도시하고 있으나, 실시예에 따라서는 도 2에 도시된 것과 같이 유도성 소자(LF1, LF2)가 용량성 스피커의 전단 및 후단에 각각 접속되는 구성으로 구현될 수도 있으며, 도 1 및 도 2에서 유도성 소자(LF, LF1, LF2)의 회로적 기능은 동일하다.
한편, 도 3(a)에 모델링되어 도시된 것과 같이 유도성 소자(LF) 및 용량성 스피커(CL)에는 내부 저항(RF, RL)이 존재하며, 각 내부 저항(RF, RL)과 앰프부(500)의 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)의 턴 온 저항을 통해 유도성 소자(LF) 및 용량성 스피커(CL)에 따른 LC 공진에 의한 전류 증가를 방지할 수 있다. 이 경우, 도 3(a)를 기준으로 앰프부(500)의 출력단 우측 회로에 대한 Q-Factor를 설계하고, 설계된 Q-Factor 구현을 위해 요구되는 저항값을 파악하여 유도성 소자(LF)와 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)를 설계하는 회로 설계 방식이 적용될 수 있다. 도 3(b)는 도 2의 회로 구성에서 유도성 소자(LF2)의 내부 저항(RF2)까지 모델링한 것을 도시하고 있으며, 회로적 기능은 도 3(a)의 회로와 동일하다.
도 5 내지 도 9는 본 실시예에 따른 스피커 드라이버를 통해 과전류를 제거할 수 있는 효과를 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 5 및 도 6은 입력 오디오 신호가 고주파 성분을 갖지 않는 경우에 대하여 용량성 스피커(CL)의 구동 전압과 전류를 시뮬레이션한 결과를 도시하고 있다. 도 5의 VIN은 입력 오디오 신호(주파수: 1kHz)이고, VPWM_AD1, VPWM_AD2, VPWM_BD1, VPWM_BD2는 각각 제1 내지 제4 펄스 폭 변조 신호의 시뮬레이션 파형이다. 도 6은 도 5의 입력에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있으며, 도 6에서 VLoad는 용량성 스피커(CL)의 구동 전압이고 ILoad는 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류이다.
도 8 및 도 9는 입력 오디오 신호가 고주파 성분을 갖는 경우에 대하여 용량성 스피커(CL)의 구동 전압과 전류를 시뮬레이션한 결과를 도시하고 있다. 도 8의 VIN은 입력 오디오 신호(주파수: 20kHz)이고, VPWM_AD1, VPWM_AD2, VPWM_BD1, VPWM_BD2는 각각 제1 내지 제4 펄스 폭 변조 신호의 시뮬레이션 파형이다. 도 9는 도 8의 입력에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있으며, 도 9에서 VLoad는 용량성 스피커(CL)의 구동 전압이고 ILoad는 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류이다. 도 9의 ILoad의 크기(Peak to Peak)는 도 6의 ILoad의 크기(Peak to Peak)와 비슷한 수준으로 형성됨을 확인할 수 있으며, 전고조파 왜율(THD: Total Harmonic Distortion)은 0.07% 수준으로 확인되었다. 이러한 결과는 고주파를 갖는 입력 오디오 신호가 제어부(400)로 입력된 경우, 그 크기가 감쇠되는 신호 처리를 통해 용량성 스피커(CL)로 인가되는 구동 전압의 크기가 감소되고, 따라서 고주파에 따른 용량성 스피커(CL)의 임피던스 증가로 인한 과전류를 제한할 수 있음을 보여준다.
다음으로, 부스트 컨버터부(200)에 대하여 구체적으로 설명하면, 전술한 것과 같이 부스트 컨버터부(200)는 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 출력하여 전원부(100)의 전원 전압이 승압된 공급 전압이 커패시터(C)에 형성되도록 할 수 있다. 부스트 컨버터부(200)는 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)는 모스펫으로 구현될 수 있다.
도 3(a)에 도시된 것과 같이, 제1 부스트 스위치(210)의 드레인 단자, 커패시터(C)의 일 단자, 및 공급 전압이 앰프부(500)로 공급되는 노드는 공통 접속되고, 제1 부스트 스위치(210)의 소스 단자는 전원부(100)측으로 연결된다. 제2 부스트 스위치(230)의 드레인 단자는 제1 부스트 스위치(210)의 소스 단자와 접속되고, 제2 부스트 스위치(230)의 소스 단자는 접지된다. 전원부(100)로부터 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)의 접속 노드까지 이어지는 노드 상에는 평활 커패시터(C1) 및 부스트 컨버터용 인덕터(L1)가 접속되어 있을 수 있으며, 도 3(a)에는 라인 저항(R1) 및 부스트 컨버터용 인덕터(L1)의 내부 저항(R2)을 모델링하여 도시하였다.
이러한 회로 구성을 기반으로, 제1 부스트 스위치(210)는 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 출력하거나 커패시터(C)로부터의 전류를 전원부(100)로 리턴시키도록 스위칭될 수 있고(즉, 온오프 될 수 있고), 제2 부스트 스위치(230)는 전원부(100)로부터의 전류를 그라운드로 여기시킬 수 있으며, 이때 제1 부스트 스위치(210)와 제2 부스트 스위치(230)는 상보적으로 스위칭될 수 있다. 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)는 제어부(400) 또는 상위 제어 장치로부터 입력되는 제어 신호에 의해 그 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 부스트 컨버터부(200)는 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함하는 하프 브릿지(Half Bridge) 형태의 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)로 구현될 수 있다.
부스트 컨버터부(200)를 하프 브릿지 형태의 동기식 부스트 컨버터로 구현한 기술적 특징에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, Class-AB Amplifier의 경우 용량성 스피커(CL)의 구동 과정에서 용량성 스피커(CL)에 축적된 전압은 Class-AB Amplifier의 스위치에서 모두 열로 소모된다. 반면, 전술한 것과 같이 본 실시예의 앰프부(500)는 Class-D Amplifier로 구현될 수 있으며, 용량성 스피커(CL)의 구동 과정에서 커패시터(C)로부터의 전류가 Class-D Amplifier의 스위치를 거쳐 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과정(예: 제2 및 제3 스위치(513, 515)는 턴 온, 제1 및 제4스위치(511, 517)는 턴 오프(용량성 스피커(CL)의 전압 ≤ 커패시터(C)의 전압)), 및 용량성 스피커(CL)로부터의 전류가 Class-D Amplifier의 스위치를 거쳐 커패시터(C)로 유입되는 과정(예: 제1 내지 제4 스위치(511, 513, 515, 517)가 모두 턴 오프(용량성 스피커(CL)의 전압 ≥ 커패시터(C)의 전압))이 반복되어 용량성 스피커(CL)가 구동된다.
이때, 부스트 컨버터부(200)를 통해 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 일방향적으로 출력할 경우, 커패시터(C)의 전압이 제한없이 증가하게 되어 스피커 드라이버의 소손이 야기될 수도 있으며, 이러한 커패시터(C)의 전압 증가는 위 '용량성 스피커(CL)의 전압 ≥ 커패시터(C)의 전압'의 경우 더욱 가중될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 부스트 컨버터부(200)는 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 출력하되, 커패시터(C)의 전압 증가를 제한하기 위해 커패시터(C)의 전압이 일정 수준 이상으로 증가할 경우 커패시터(C)로부터의 전류를 전원부(100)로 리턴시킬 수 있도록 제1 부스트 스위치(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 제1 부스트 스위치(210)는 전원부(100) 및 커패시터(C) 간 양방향 전류 흐름을 가능하게 한다. 도 5 내지 도 7에 따른 시뮬레이션의 예시에서, 도 6의 ILoad(용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류)의 값이 양의 값과 음의 값을 갖음은 용량성 스피커(CL)로 전류가 유입되고 인출되는 것을 의미하며, 도 7의 ISupply(전원부(100)로 흐르는 전류)의 값이 양의 값과 음의 값을 갖음은 전원부(100) 및 커패시터(C) 간 양방향 전류 흐름이 가능함을 의미한다.
나아가, 부스트 컨버터부(200)를 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함하는 하프 브릿지 형태로 구현함으로써, 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)에 대한 스위칭 주파수가 가청주파수 대역 내에 존재하지 않도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)의 스위칭 동작에 의해 발생하는 스위칭 노이즈를 저감시킬 수 있다.
다음으로, 오디오 인터페이스부(300)에 대하여 구체적으로 설명하면, 오디오 인터페이스부(300)는 오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 입력 오디오 신호를 생성한 후 제어부(400)로 전달할 수 있다. 이때, 오디오 인터페이스부(300)는 디지털 신호로서 오디오 소스 신호를 입력받을 수 있으며(즉, 디지털 오디오 소스 신호를 입력받을 수 있으며), 이를 위해 본 실시예는 최초 아날로그 오디오 소스 신호를 디지털 오디오 소스 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog-Digital Converter)를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로, 전술한 것과 같이 본 실시예는 앰프부(500)로서 Class-D Amplifier를 채용하고 부스트 컨버터부(200)로서 하프 브릿지 형태의 동기식 부스트 컨버터를 채용한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, Class-D Amplifier 및 하프 브릿지 부스트 컨버터의 스위칭 동작 특성에 따른 스위칭 노이즈가 오디오 소스 신호에 인가될 가능성이 있으며, 아날로그 신호 형태로서 오디오 소스 신호를 입력받을 경우에는 노이즈에 취약한 아날로그 신호의 특성상 스피커를 통해 출력되는 음질이 저하되는 문제점이 야기될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 오디오 인터페이스부(300)는 앰프부(500)의 스위칭 동작과 부스트 컨버터부(200)의 스위칭 동작에 따른 스위칭 노이즈가 오디오 소스 신호에 인가되는 것을 방지하기 위해, 노이즈에 강인한(robust) 디지털 신호로서 오디오 소스 신호를 입력받을 수 있다(즉, 디지털 오디오 소스 신호를 입력받을 수 있다). 부스트 컨버터부(200) 측면에서 볼 때, 부스트 컨버터부(200)를 하프 브릿지 부스트 컨버터로 구현함으로써 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)에 대한 스위칭 주파수가 가청주파수 대역 내에 존재하지 않도록 제어함과 더불어, 오디오 소스 신호를 노이즈에 강인한 디지털 신호로서 입력받는 구성을 통해 부스트 컨버터부(200)의 스위칭 동작에 의한 스위칭 노이즈를 이중으로 저감시키는 효과를 달성할 수 있다.
오디오 인터페이스부(300)는 I2S(Intergrated Interchip Sound) 또는 TDM(Time Division Multiplex)에 따른 디지털 오디오 소스 신호를 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)하여 PCM(Pulse Code Modulation) 데이터 형태의 입력 오디오 신호를 생성한 후 제어부(400)로 전달할 수 있다.
이에 따라, 제어부(400)는 오디오 인터페이스로부터 PCM 데이터 형태의 디지털 입력 오디오 신호를 입력받아 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키는 디지털 신호 처리를 수행하여 앰프부(500)로 입력될 디지털 입력 신호를 생성할 수 있고, 앰프부(500)는 디지털 입력 신호를 증폭하여 펄스 전압을 출력할 수 있다. 이를 위해, 앰프부(500)는 Full Digital Class-D Amplifier로 구현될 수 있으며, 앰프부(500)의 펄스 폭 변조기는 PCM-PWM 컨버터로 구현될 수 있다. 결과적으로, 본 실시예에서 오디오 소스 신호로부터 펄스 전압이 출력되는 과정에서 생성되는 신호는 모두 디지털 신호이기 때문에, Class-D Amplifier 및 하프 브릿지 부스트 컨버터를 채용하더라도 그 스위칭 동작에 의한 스위칭 노이즈의 영향이 효과적으로 저감될 수 있다.
한편, 본 실시예는 도 1에 도시된 것과 같이 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(600)를 더 포함할 수도 있으며, 이에 따라 제어부(400)는 전류 검출부(600)에 의해 검출된 전류를 토대로 용량성 스피커(CL)의 임피던스 변화를 판단하고, 그 판단 결과를 토대로 입력 오디오 신호의 크기를 조절하거나 용량성 스피커(CL)의 소손 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)가 본 실시예의 스피커 드라이버의 동작을 제어하는 상위 제어 장치일 때, 부스트 컨버터부(200) 및 커패시터(C)에 의해 생성되는 공급 전압과, 앰프부(500)로부터 출력되는 펄스 전압과, 용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압을 파악할 수 있으며, 따라서 전류 검출부(600)를 통해 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류(I)를 검출하여 그 구동 전압(V)과 연산하면(즉, |Z| = |V|/|I|) 용량성 스피커(CL)의 임피던스(Z)를 획득할 수 있다. 실시예에 따라서는 용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압을 직접 검출하는 전압 검출부를 통해 제어부(400)는 용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압을 파악할 수도 있다.
이에 따라, 제어부(400)는 용량성 스피커(CL)의 임피던스를 모니터링하여 그 변화를 판단할 수 있고, 임피던스 변화에 따라 입력 오디오 신호의 크기를 조절함으로써 현재 검출된 임피던스에 따라 능동적으로 용량성 스피커(CL)가 구동되도록 제어할 수 있다. 임피던스의 변화에 따라 입력 오디오 신호의 크기를 조절하는 구체적인 방식은 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계될 수 있다. 또한, 제어부(400)는 현재 검출된 용량성 스피커(CL)의 임피던스가, 정상 상태에서의 용량성 스피커(CL)의 임피던스 값을 고려하여 미리 설정되어 있는 기대 범위를 벗어나는 경우 용량성 스피커(CL)가 소손된 것으로 판단할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 드라이버의 동작 방법을 설명하면, 먼저 오디오 인터페이스부(300)는 오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 입력 오디오 신호를 생성한 후 제어부(400)로 전달한다(S100).
S100 단계에서, 오디오 인터페이스부(300)는 앰프부(500)의 스위칭 동작과 부스트 컨버터부(200)의 스위칭 동작에 따른 스위칭 노이즈가 오디오 소스 신호에 인가되는 것을 방지하기 위해 디지털 신호로서 오디오 소스 신호를 입력받는다.
이어서, 제어부(400)는 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과전류를 제한하기 위해, 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 앰프부(500)로 입력될 입력 신호를 생성한다(S200).
S200 단계에서, 제어부(400)는 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시킴으로써 앰프부(500)로 입력될 입력 신호를 생성한다.
한편, 부스트 컨버터부(200)는 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 출력하여 전원부(100)의 전원 전압이 승압된, 앰프부(500)로 공급될 공급 전압이 커패시터(C)에 형성되도록 한다(S300). 본 실시예의 부스트 컨버터부(200)가 상보적으로 동작하는 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함하는 동기식 부스트 컨버터로 구현될 수 있음은 전술한 것과 같다.
S300 단계는 S100 단계 및 S200 단계와 병렬적으로 수행되는 구성으로서, 그 시계열적인 동작 순서가 상기한 기재 순서에 제한되지 않는다.
S100 단계 내지 S300 단계가 수행된 후, 앰프부(500)는 용량성 스피커(CL)를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가되도록 한다(S400). 용량성 스피커(CL)와 함께 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 형성하는 유도성 소자(LF)가 앰프부(500)의 출력단에 접속됨에 따라, 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 아날로그 구동 전압이 용량성 스피커(CL)에 인가됨으로써 용량성 스피커(CL)가 구동될 수 있다. 유도성 소자(LF)는 앰프부(500)로부터의 펄스 전압 및 용량성 스피커(CL)에 따른 쇼트 전류(short current)를 방지하는 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 유도성 소자(LF)가 앰프부(500) 및 용량성 스피커(CL) 사이에 접속됨으로써 용량성 스피커(CL)로 전류가 유입되는 과정 및 용량성 스피커(CL)로부터 전류가 리턴되는 과정에서의 전력 손실이 최소화될 수 있다.
S100 단계 내지 S400 단계를 통해, 고주파 성분이 저감된 입력 오디오 신호가 입력 신호로서 앰프부(500)로 입력되고, 그에 따라 앰프부(500)로부터 출력되는 펄스 전압 및 용량성 스피커(CL)에 인가되는 구동 전압의 고주파 성분이 저감되어 용량성 스피커(CL)로 인가되는 과전류를 제한할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예는 도 10에 도시된 것과 같이 S500 단계 내지 S700 단계를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로, 용량성 스피커(CL)가 구동되는 과정에서 전류 검출부(600)는 용량성 스피커(CL)로 흐르는 전류를 검출한다(S500).
이어서, 제어부(400)는 전류 검출부(600)에 의해 검출된 전류를 토대로 용량성 스피커(CL)의 임피던스 변화를 판단한다(S600).
이어서, 제어부(400)는 S600 단계에서 임피던스 변화를 판단한 결과를 토대로 입력 오디오 신호의 크기를 조절하거나 용량성 스피커(CL)의 소손 여부를 판단한다(S700).
이상에서 설명한 본 실시예의 효과를 정리하면 다음과 같다.
본 실시예는 피에조 스피커를 고주파 구동하는 경우 발생하는 과전류를, 직렬 저항을 사용하는 방식이 아닌, 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키는 신호 처리만을 통해 제한함으로써 종래의 스피커 드라이버가 가졌던 발열, 전력 손실 및 부피 문제를 제거할 수 있다. 또한, 종래 피에조 스피커를 구동하기 위해 사용되었던 Class-AB Amplifier 대신 Class-D Amplifier를 채용함으로써 전력 손실을 감소시키고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
Class-D Amplifier와 피에조 스피커 사이에 유도성 소자(LF), 즉 인덕터를 접속시킴으로써, Class-D Amplifier로부터 출력되는 펄스 전압으로부터 아날로그 구동 전압이 피에조 스피커에 인가되도록 할 수 있다. 또한, Class-D Amplifier와 피에조 소자가 직접 접속되는 경우 발생할 수 있는 쇼트 전류도 유도성 소자(LF)에 의해 방지될 수 있다. 그리고, 유도성 소자(LF)를 통해 용량성 스피커(CL)로 전류가 유입되는 과정 및 용량성 스피커(CL)로부터 전류가 리턴되는 과정에서의 전력 손실이 최소화될 수 있다.
본 실시예는 Class-D Amplifier를 통해 피에조 스피커를 구동하는 구성을 채용하기 때문에, 피에조 스피커에 대한 전류의 유입 및 유출이 반복되어 피에조 스피커가 구동되며, 피에조 스피커로부터 유출되는 전류는 커패시터(C)에 축적된다. 이때, 부스트 컨버터부(200)를 통해 전원부(100)로부터의 전류를 커패시터(C)로 일방향적으로 출력할 경우, 커패시터(C)의 전압이 제한없이 증가하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 본 실시예는 커패시터(C)로부터의 전류를 전원부(100)로 리턴시킬 수 있도록, 제1 부스트 스위치(210)를 포함하는 동기식 부스트 컨버터를 채용하여 전원부(100) 및 커패시터(C) 간 양방향 전류 흐름을 가능하게 할 수 있다. 나아가, 부스트 컨버터부(200)를 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)를 포함하는 하프 브릿지 형태로 구현함으로써, 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)에 대한 스위칭 주파수가 가청주파수 대역 내에 존재하지 않도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 부스트 스위치(210, 230)의 스위칭 동작에 의해 발생하는 스위칭 노이즈를 저감시킬 수 있다.
Class-D Amplifier 및 하프 브릿지 부스트 컨버터의 스위칭 동작 특성에 따른 스위칭 노이즈가 오디오 소스 신호에 인가될 수 있기 때문에, 본 실시예는 노이즈에 강인한(robust) 디지털 신호로서 오디오 소스 신호를 입력받음으로써 스위칭 노이즈를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
피에조 스피커의 임피던스 변화에 따라 입력 오디오 신호의 크기를 조절함으로써 보다 능동적인 피에조 스피커의 구동이 가능하도록 할 수 있으며, 피에조 스피커의 구동 과정에서 그 소손 여부를 판단함으로써 피에조 스피커의 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 전원부
200: 부스트 컨버터부
210: 제1 부스트 스위치
230: 제2 부스트 스위치
300: 오디오 인터페이스부
400: 제어부
500: 앰프부
510: 제1 스위치
530: 제2 스위치
550: 제3 스위치
570: 제4 스위치
600: 전류 검출부
R1: 라인 저항
C1: 평활 커패시터
L1: 부스트 컨버터용 인덕터
C: 커패시터
LF, LF1, LF2: 유도성 소자
CL: 용량성 스피커
R2, RF, RL, RF1, RF2: 내부 저항

Claims (18)

  1. 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 상기 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 상기 구동 전압이 상기 용량성 스피커에 인가되도록 하는 앰프부; 및
    입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 상기 입력 신호로서 상기 앰프부로 전달함으로써, 고주파를 갖는 상기 구동 전압에 의해 상기 용량성 스피커로 인가되는 과전류를 제한하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시키고,
    상기 앰프부는, 상기 입력 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조기, 및 상기 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭되어 상기 펄스 전압을 출력하는 스위치부를 포함하는 Class-D Amplifier이고,
    상기 앰프부 및 상기 용량성 스피커 사이에 접속되어 상기 용량성 스피커와 함께 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 형성하며, 상기 펄스 전압 및 상기 용량성 스피커에 따른 쇼트 전류(short current)를 방지하는 유도성 소자;
    를 더 포함하고,
    상기 앰프부로 공급되는 상기 공급 전압을 생성하기 위한 커패시터; 및
    전원부로부터의 전류를 상기 커패시터로 출력하여 상기 전원부의 전원 전압이 승압된 상기 공급 전압이 상기 커패시터에 형성되도록 하는 부스트 컨버터부;
    를 더 포함하고,
    상기 커패시터로부터의 전류가 상기 앰프부를 거쳐 상기 용량성 스피커로 인가되는 과정, 및 상기 용량성 스피커로부터의 전류가 상기 앰프부를 거쳐 상기 커패시터로 유입되는 과정이 반복되어 상기 용량성 스피커가 구동되고,
    상기 커패시터의 전압이 일정치 이상으로 증가하는 것이 제한될 수 있도록, 상기 부스트 컨버터부는, 상기 전원부로부터의 전류를 상기 커패시터로 출력하거나 상기 커패시터로부터의 전류를 상기 전원부로 리턴시키도록 스위칭되는 제1 부스트 스위치, 및 상기 전원부로부터의 전류를 그라운드로 여기시키며 상기 제1 부스트 스위치와 상보적으로 스위칭되는 제2 부스트 스위치를 포함하는 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)로 구현된 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 상기 입력 오디오 신호를 생성한 후 상기 제어부로 전달하는 오디오 인터페이스부;를 더 포함하되,
    상기 오디오 인터페이스부는, 상기 앰프부의 스위칭 동작과 상기 부스트 컨버터부의 스위칭 동작에 따른 스위칭 노이즈가 상기 오디오 소스 신호에 인가되는 것을 방지하기 위해 디지털 신호로서 상기 오디오 소스 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 스피커로 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류를 토대로 상기 용량성 스피커의 임피던스 변화를 판단하고, 그 판단 결과를 토대로 상기 입력 오디오 신호의 크기를 조절하거나 상기 용량성 스피커의 소손 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 스피커는 피에조 스피커(Piezo Speaker)인 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버.
  10. 제어부가, 구동 전압에 의해 음향을 발생시키는 용량성 스피커로 인가되는 과전류를 제한하기 위해, 입력 오디오 신호의 고주파 영역에서의 크기를 조절하여 앰프부로 입력될 입력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 앰프부가, 상기 용량성 스피커를 구동하기 위해, 공급 전압을 기반으로 상기 입력 신호를 증폭한 펄스 전압을 출력함으로써, 상기 펄스 전압이 필터링되어 형성되는 상기 구동 전압이 상기 용량성 스피커에 인가되도록 하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 생성하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 입력 오디오 신호를 신호 처리하여 고주파 영역에서의 크기를 감쇠시킴으로써 상기 입력 신호를 생성하고,
    상기 앰프부는, 펄스 폭 변조기 및 스위치부를 포함하는 Class-D Amplifier이고,
    상기 인가되도록 하는 단계에서, 상기 앰프부는,
    상기 펄스 폭 변조기를 통해 상기 입력 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고, 상기 펄스 폭 변조 신호에 의해 스위칭되는 상기 스위치부를 통해 상기 펄스 전압을 출력하고,
    상기 펄스 전압 및 상기 용량성 스피커에 따른 쇼트 전류(short current)는, 상기 앰프부 및 상기 용량성 스피커 사이에 접속되어 상기 용량성 스피커와 함께 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 형성하는 유도성 소자에 의해 방지되고,
    부스트 컨버터부가, 전원부로부터의 전류를 커패시터로 출력하여 상기 전원부의 전원 전압이 승압된 상기 공급 전압이 상기 커패시터에 형성되도록 하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 인가되도록 하는 단계에서, 상기 앰프부는 상기 커패시터로부터 상기 공급 전압을 공급받고,
    상기 커패시터로부터의 전류가 상기 앰프부를 거쳐 상기 용량성 스피커로 인가되는 과정, 및 상기 용량성 스피커로부터의 전류가 상기 앰프부를 거쳐 상기 커패시터로 유입되는 과정이 반복되어 상기 용량성 스피커가 구동되고,
    상기 커패시터의 전압이 일정치 이상으로 증가하는 것이 제한될 수 있도록, 상기 부스트 컨버터부는, 상기 전원부로부터의 전류를 상기 커패시터로 출력하거나 상기 커패시터로부터의 전류를 상기 전원부로 리턴시키도록 스위칭되는 제1 부스트 스위치, 및 상기 전원부로부터의 전류를 그라운드로 여기시키며 상기 제1 부스트 스위치와 상보적으로 스위칭되는 제2 부스트 스위치를 포함하는 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)로 구현된 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버의 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    오디오 인터페이스부가, 오디오 소스 신호를 입력받아 신호 처리하여 상기 입력 오디오 신호를 생성한 후 상기 제어부로 전달하는 단계로서, 상기 앰프부의 스위칭 동작과 상기 부스트 컨버터부의 스위칭 동작에 따른 스위칭 노이즈가 상기 오디오 소스 신호에 인가되는 것을 방지하기 위해 디지털 신호로서 상기 오디오 소스 신호를 입력받는, 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버의 동작 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    전류 검출부가, 상기 용량성 스피커로 흐르는 전류를 검출하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류를 토대로 상기 용량성 스피커의 임피던스 변화를 판단하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 임피던스 변화를 판단한 결과를 토대로 상기 입력 오디오 신호의 크기를 조절하거나 상기 용량성 스피커의 소손 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버의 동작 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 용량성 스피커는 피에조 스피커(Piezo Speaker)인 것을 특징으로 하는 스피커 드라이버의 동작 방법.
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