KR102046414B1 - 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템 - Google Patents

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이종철
왕양
장소우
유복흥
권순학
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호의 DC 전압을 충전하는 병렬로(shunt) 연결된 충전 회로와 배터리; 및 상기 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압(±AC 15V) 미만의 전압을 적어도 하나 이상의 스피커로 공급하며, 특정전압의 ±임계값(threshold)을 초과하는 과도한 파워 앰프의 출력 또는 서지를 차단하는 보호 회로를 포함한다. 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템은 음향기기 시스템에서 파워 앰프와 연결되는 스피커 입력단에 충전 회로와 보호 회로를 구비하며, 보호 회로가 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 고주파 고음 스피커를 보호하며, 평상시 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압 미만(±AC 15V)의 전압을 스피커로 공급하며, 동시에 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 스피커 2가닥 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로를 통해 배터리로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전회로와 배터리로부터 보호 회로에 충전된 DC 전압을 공급한다.

Description

파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템{System including a charging circuit using audio signal of power amplifier and a protection circuit of high frequency speaker}
본 발명은 고주파 스피커의 충전 회로와 보호 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음향기기 시스템에서 파워 앰프와 연결되는 스피커 입력단에 충전 회로(charging circuit)와 보호 회로(protection circuit)를 구비하고, 보호 회로가 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 고주파 고음 스피커를 보호하며, 평상시 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압 미만(±AC 15V)의 전압을 스피커로 공급하며, 동시에 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 스피커 선에 shunt로 연결된 충전 회로를 통해 배터리로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전회로와 배터리로부터 보호 회로에 충전된 DC 전압을 공급하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래의 음향기기 시스템 구성도이다.
음향기기 시스템은 음원을 녹음하는 유선 마이크, 무선 마이크, 각각의 무선 마이크와 안테나들(ANT)을 통해 연결되는 안테나 스플리터(antenna splitter), 무선 마이크 채널별로 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 와이어리스 리시버(Wireless Receiver), 상기 와이어리스 리시버 및 유선 마이크와 연결되고 채널별 아날로그 신호를 믹싱하는 오디오 믹서(Audio Mixer)와, 오디오 믹서에 연결되는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor), 디지털 신호 처리기(DSP)와 연결되는 채널별 아날로그 신호의 주파수 레벨을 조절하는 이퀄라이저(EQ), 아날로그 신호를 증폭하는 파워 앰프(Power Amplifier), 증폭된 아날로그 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 스피커로 구성된다.
스피커는 전기 신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 다이내믹 형, 전자기형, 정전형, 유전체형, 자기왜형 등이 있다. 음악 재생용이나 음성 통신용으로는 성능이 좋은 다이내믹 형이 널리 쓰인다.
다이내믹 형은 영구 자석의 자기장 내에 있는 코일에 음성 신호 전류를 흘리면 그 전류의 세기에 따라 기계적인 힘이 코일에 작용하여 운동을 일으키는 원리를 사용한다.
전자기형은 영구 자석 끝에 설치한 코일에 음성 전류를 흘려 코일 사이에 있는 철편을 진동시키고 이 진동이 레버를 통해 진동판에 전하여져 소리를 낸다. 고주파 특성이 나쁘고 일그러짐이 많아 점차 사용이 줄고 있다.
정전형은 고음용으로 사용되는 경우가 있고, 유전체형·자기왜형은 가청 주파수가 아닌 20 kHz 이상의 초음파 영역에서 사용된다. 스피커 중에서 특히 고역 주파수 대(10 kHz 이상)용으로 사용하는 것을 트위터(Tweeter)라고 한다.
스피커의 진동판이 공기 중에 직접 노출되는 종류를 복사형 스피커라 하고, 진동판이 혼(horn) 속에 놓이는 종류를 혼 형 스피커라 한다. 직접 복사형은 보통 라디오·스테레오 장치에 많이 쓰이는 콘(Cone) 스피커가 대부분이며, 금속 진동판을 사용한 것도 있다.
혼 형은 역이나 운동장 등 옥외에서 볼 수 있는 나팔형 스피커로, 전기적, 음향적 특성이 양호하고 효율이 좋다. 또한, 스피커를 수용하는 음향 상자가 필요하지 않는다는 장점이 있다. 하지만, 나팔 개구부의 지름에 따라 나올 수 있는 음의 최저 주파수가 제한되는 단점이 있다.
전기 장치(Electric devices)는 작동 전압(operating voltage)이 바람직하지 않은 높은 수준에 있을 때 연소 상태(burning condition)가 된다. 따라서, 퓨즈(fuse) 또는 에어 브레이크 스위치(air-break switch)가 일반적으로 이러한 장치에 적용된다. 2-way 스피커(2-way speaker)의 일 부분으로써, 고주파 사운드 유닛( high frequency sound unit)은 항상 저주파 사운드 유닛(low frequency sound unit)에 비해 매우 약한 임계 조건(critical condition)에 직면한다. 이는 고주파수 해상도에 대한 설계 요구 사항 때문이다. 일반적으로, 스피커가 소모되었을 때(speaker burnout) 화상을 입을 수 있는 보이스 코일(voice coil)이며, 새로운 장치로 교환해야 하며 고객이 수리할 수 없다. 특히, 스피커에 너무 높은 전력이 보내지는 것을 막기 위해 전단의 입력(front stage input), 오디오 증폭기(audio amplifier)에 한도(limit)가 적용된다[1]. 그러나, 앰프 오작동, 회로 노이즈 등과 같은 예기치 않은 상황이 발생할 때, 스피커는 안전하지 않다. speaker burnout은 매우 전문적인 장비를 갖춘 콘서트와 같이 매우 전문적인 환경에서도 발생할 수 있다. 보고서에서는, 입력 신호가 조작되어 스피커로 전송되는 방법에 관계없이, 스피커 자체 장치를 보호하기 위해 보호 회로(protection circuit)가 제공된다.
이와 관련된 선행기술1로써, 특허공개번호 10-1999-0005794, "파워 앰프의 과출력 방지 장치"가 공개되어 있다.
파워 앰프의 과출력 방지 장치는 파워 앰프에 있어서, 스피커로의 과입력을 차단하여 스피커를 보호하고 갑작스런 굉음이나 스피커의 바이브레이션에 의해 놀라는 것을 방지하는 과출력 방지 장치를 제공한다. 리미터(limiter)를 사용하여 과도한 출력이나 서지를 클리핑시킴으로써 통상적인 레벨의 신호에 영향을 주지 않고 소리를 부드럽게 하고 스피커를 보호한다.
이와 관련된 선행기술2로써, 특허등록번호 10-1216529, "전력 증폭기의 전원 온/오프시 출력단과 스피커 보호회로"가 등록되어 있으며, D급 디지털 오디오 증폭기의 출력단인 스피커 라인에서 내부회로의 쇼트나 AC 성분의 누전전기로 인한 과전류의 발생을 방지하여 구동회로의 파손을 예방할 수 있는 디지털 오디오 증폭기의 스피커 라인 보호회로에 관한 것으로, 증폭기 구동회로의 입력단에 리미터 회로부를 설치하고, 또한 구동회로의 일측에 과전류 검출 회로부를 설치함으로써, 스피커 라인에서 그라운드와의 쇼트나, 스피커의 +, - 양단 간의 쇼트에 의한 과전류의 발생을 사전에 방지하고, 증폭기 구동회로의 출력단에 CR 필터를 설치함으로써, AC 성분의 누전 전기 유입을 차단하여 오디오 증폭기의 구동회로의 파손을 방지할 수 있다.
이와 관련된 선행 기술3로써, 특허등록번호 10-1606441, "전력 증폭기의 전원 온/오프시 출력단과 스피커 보호회로"가 등록되어 있으며, 전력증폭기의 출력단과 스피커가 전원 온/오프(ON/OFF) 시점에서 증폭기에 이미 인가된 입력 신호와 증폭기 내부에서 발생되는 DC 충격 전압 모두를 제어하여 증폭기의 출력단 파괴와 연결된 스피커 파괴를 방지하기 위한, 전력 증폭기의 전원 온/오프시 출력단과 스피커 보호회로를 제공한다.
그러나, 고음 스피커는 스피커 입력단에 보호회로를 구비하지 않으면, 과전압, 과전류, DC 전압을 차단하지 않으면 보이스 코일(voice coil)이 눌러 붙고 끊어지고 타게 된다.
특허 공개번호 10-1999-0005794 (공개일자 1999년 01월 25일), "파워 앰프의 과출력 방지 장치", 대우전자주식회사 특허 등록번호 10-1216529 (등록일자 2012년 12월 21일), "디지털 오디오 증폭기의 스피커 라인 보호회로", 가락전자 주식회사 특허 등록번호 10-1606441 (등록일자 2016년 03월 21일), "전력 증폭기의 전원 온/오프시 출력단과 스피커 보호회로", (주)홀리랜드테크놀러지
Scott, H.H., 1955. Power amplifiers for music reproduction.　Journal of the Audio Engineering Society,　3(3), pp.132-142.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 음향기기 시스템에서 파워 앰프와 연결되는 스피커 입력단에 충전 회로와 보호 회로를 구비하고, 보호 회로가 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 고주파 고음 스피커를 보호하며, 평상시 파워 앰프로부터 출력되어 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 전압을 스피커로 공급하며, 동시에 스피커 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로에서 특정 전압(±AC 15V) 이상의 신호만을 발췌하여 배터리로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전회로와 배터리로부터 보호 회로에 충전된 DC 전압을 공급하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템은, 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압 이상의 오디오 신호의 DC 전압을 충전하는 병렬로(shunt) 연결된 충전 회로와 배터리; 및 상기 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 상기 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압 미만의 전압을 적어도 하나 이상의 스피커로 공급하며, 특정 전압의 ±임계값(threshold)을 초과하는 과도한 파워 앰프의 출력 또는 서지를 차단하는 보호 회로를 포함하며,
상기 파워 앰프의 출력 오디오 신호는 스피커와 상기 충전 회로로 병렬로 입력되며,
상기 충전 회로는 상기 파워 앰프의 출력단 및 상기 고음 스피커의 입력단에 사이에 구비되며, 상기 충전 회로는 상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 오디오 신호의 분리와 정류를 위한 오디오 변압기와 정류 회로, 상기 평활 회로와 정전압 회로를 구비하고 및 배터리와 연결되며, 상기 보호 회로에 연결되고,
상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용하며,
상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호중 AC +15V 이상 또는 -15 V 이하 되는 오디오 신호는 상기 충전 회로의 상기 오디오 변압기와 브릿지 정류 회로를 통해 정류된 맥류 전압을 상기 평활 회로의 전압분배부의 R1과 R2 가변저항 비를 조절하여 V1 point에서 DC 5V 이상이 되어 Q1 또는 Q2가 연결되어 상기 충전 회로가 동작하며,
만일 오디오 신호가 AC ± 15V 이하가 되어 DC 5V 미만 이면, 회로가 open되어 충전이 발생하지 않게 되며,
여기서, 드레인, 게이트, 소스를 구비하는 N-MOS 트랜지스터 Q1과 Q2는 V1 point에 병렬로 연결되며, Q1은 흐르는 전류량이 2A 이하에서 동작하고, Q2는 고전류(2.1~30A)에 대비한 TR이며,
AC ± 15V 이상의 오디오 신호는 Q1, Q2의 정류 과정을 거쳐 접지(GROUND)로 연결된 평활회로를 거치게 되고, 커패시터 C1과 정전압 회로(U1, D1, L1과 C2로 구비된 LPF)를 통해 DC 전압 신호로 변환되어 충전 커패시터(C2)(배터리)에 충전되며, 충전된 DC 전압은 상기 보호 회로를 구동하는 전압으로 동작된다.
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상기 배터리는 상기 보호 회로와 연결되며, 상기 보호 회로에 DC 전압과 전류를 공급한다.
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상기 스피커는 고음 스피커와 저음 스피커를 구비하는 2-way speaker의 경우, 상기 파워 앰프의 출력단과 상기 고음 스피커의 입력단 사이에 2가닥의 스피커 선에 병렬(shunt)로 연결된 상기 충전 회로를 구비하며, 네트워크를 통해 1kHz 이상의 고주파를 통과시키는 HPF와 보호 회로와 고음 스피커, 및 3kHz 이하의 주파수를 저역 필터링하는 LPF와 저음 스피커로 분기되며,
상기 보호 회로는 상기 고음 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호의 전압을 상기 보호 회로의 과전압 차단부에 의해 상기 고음 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 상기 고음 스피커를 보호한다.
상기 보호 회로는, 상기 파워 앰프의 오디오 전압 신호(AC 신호)를 입력받고, 스피커의 2가닥의 선과 병렬(shunt)로 연결되며, 스피커로 공급되는 신호와 분리(isolation)하는데 사용되는 오디오 변압기(audio transformer) T2; 상기 오디오 변압기 T2의 제2 코일에 연결되고, 입력된 오디오 전압 신호(AC 신호)를 정류하여 정류된 DC 출력 Vdc (rectified DC output)를 생성하는 정류기(B1)를 구비하는 정류 회로; 상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되며, 과전압을 차단하는 DC 임계값 검출기 회로; 상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 전압 인버터와 솔리드 스테이트 릴레이; 및 상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 대의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4)을 포함한다.
상기 오디오 변압기 T2는
변압기 비율(transformer ratio), 상기 오디오 변압기와 연결된 브릿지 정류 회로의 DC 출력 Vdc와 AC 입력 VIN은
Figure 112018094636450-pat00001
단, a : b는 오디오 변압기 T2의 변압기 비율(transformer ratio of audio transformer T2)이며, 이 회로에서 Vdc는 변압기의 입력이 손실성 유도성 부품 인 스피커 2가닥 선의 회로 루프와 병렬로 연결된다.
상기 오디오 변압기 T2의 변압기 비율은 3:1을 사용하며, 120V: 40V를 사용한다.
상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로, 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용한다.
상기 DC 임계값 검출기 회로는 상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되며, 상기 DC 임계값 검출기 회로는 직렬 루프에서 역전되는 제너 다이오드 D1, 및 상기 제너 다이오드 D1에 병렬로 연결되는 부하 저항 R2를 포함하며,
상기 제너 다이오드 D1의 적용된 제너 전압은 15V를 사용하며, 상기 제너 다이오드 D1는 이전 정류기 B1에서 인가된 전압 Vdc가 15V보다 작으면 OFF되며, Vdc가 15V 이상이 되면 단락 상태가 되며, 상기 제너 다이오드 D1가 단락되면 부하 저항 R2 사이에 전압 강하가 발생하며, 이 전압은 보호 회로 디바이스의 출력 전압으로 사용된다.
상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 베이스 저항 R1과, Vcc = DC 5V가 인가되는 컬렉터 저항 R3와 NPN 트랜지스터 Q1 사이에서 입력 트리거 전압(input trigger voltage)이 포착되는 전압 인버터; 상기 전압 인버터의 컬렉터에 연결되며, (+) 전압이 인가될 때 닫힌 스위치(switch closed)의 역할을 하며, 트리거 전압이 없을 때 열린 스위치(switch opened)의 역할을 하는, 2개의 N-MOS FET Q2와 Q3로 구성된 솔리드 스테이트 릴레이(solid-state relay); 및 상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 개의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4)을 더 포함한다.
상기 배터리는 전원을 공급하는 마이크로 프로세서(MCU)와 통신부(Wi-Fi, 또는 Bluetooth)를 구비하는 IoT 디바이스와 연결되며,
상기 IoT 디바이스는 Wi-Fi, 또는 Bluetooth 근거리 통신을 통해 스마트폰에 상기 배터리의 충전율을 표시한다.
본 발명에 따른 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템은 음향기기 시스템에서 파워 앰프와 연결되는 스피커 입력단에 충전 회로와 보호 회로를 구비하며, 보호 회로가 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 고주파 고음 스피커를 보호하며, 평상시 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압 미만(±AC 15V)의 전압을 스피커로 공급하며 동시에 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 스피커 선에 스피커 2가닥 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로를 통해 배터리로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전회로와 배터리로부터 보호 회로에 충전된 DC 전압을 공급하는 효과가 있다.
파워 앰프로부터 출력된 오디오 신호를 사용하여, 스피커 입력단에 구비된 충전 회로와 보호 회로를 통해 배터리에 DC 전압을 충전하여 충전된 DC 전압을 보호 회로에 공급하며, 스피커에 별도의 전원 케이블을 연결하지 않더라도 추가장치에 전원 공급이 가능하게 되었다.
도 1은 종래의 음향기기 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 파워 앰프와 스피커 사이에 특정 전압 이상의 증폭된 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비한 블럭도이다.
도 3은 보호 회로의 작동 방법을 보인 도면이다.
도 4는 보호 회로의 구성 예를 보인 도면이다.
도 5는 보호 회로의 내부 구성도이다.
도 6은 제안된 보호 회로에서 스피커와 병렬(shunt) 연결되고 분리(isolation)된 오디오 변압기(audio transformer)와 정류 회로(rectifier)를 보인 도면이다.
도 7은 DC 임계값 검출기(DC threshold detector)를 보인 도면이다.
도 8은 전압 인버터(voltage inverter)와 솔리드-스테이트 릴레이(solid-state relay)의 회로도이다.
도 9는 제작된 보호 회로의 PCB 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 파워 앰프와 스피커 사이에 특정 전압 이상의 증폭된 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비한 블럭도이다.
고주파 스피커 유닛을 위한 보호 회로(120)를 구비한 시스템은 음향기기 시스템에서 파워 앰프(Power Amplifier)(100)와 연결되는 스피커(loud speaker)(130) 사이 스피커의 입력단에 충전 회로(charging circuit)(140)와 보호 회로(protection circuit)(120)를 구비하며, 보호 회로가 고음 스피커(131)로의 과전압 입력을 차단하여 고음 스피커(1kHz ~ 23 kHz, 10W~ 150W)를 보호하며, 평상시 파워 앰프(100)로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압 미만(±15V)의 전압을 고음 스피커(131)와 저음 스피커(132)로 공급하며, 동시에 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 파워 앰프로부터 스피커로의 2가닥 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로(140)를 통해 배터리(141)로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전 회로(140)와 배터리(141)로부터 보호 회로에 충전된 DC 전압을 공급한다.
본 발명의 고주파 스피커 유닛을 위한 보호 회로를 포함하는 시스템은
파워 앰프(100)와 고음 스피커(131)와 저음 스피커(132)가 구비되며,
고음 스피커(131)의 입력단에 구비되며, 파워 앰프(100)로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 DC 전압을 충전하는 스피커의 2가닥 연결선에 병렬(shunt) 연결된 충전 회로(140)와 배터리(141); 및
상기 고음 스피커(131)의 입력단에 구비되며, 파워 앰프(100)로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 특정 전압(±AC 15V) 미만의 전압을 적어도 하나 이상의 스피커로 공급하며, 특정전압 ±임계값(threshold)을 초과하는 과도한 파워 앰프의 출력 또는 서지를 차단하는 보호 회로(120)를 포함한다.
상기 보호 회로(120)는 고음 스피커(131)의 입력단에 구비되며,
상기 충전 회로(140)는 상기 파워 앰프(100)로부터 출력된 증폭된 오디오 신호의 신호 분리와 정류를 위한 오디오 변압기(audio transformer)와 정류 회로(rectifier), 평활 회로(smoothing circuit)와 정전압 회로(voltage regulator)를 구비하고 및 배터리(141)와 연결되며, 상기 보호 회로(120)에 연결된다.
상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용한다.
상기 배터리(141)는 상기 보호 회로(120)와 연결되며 무전원시에 보호 회로(120)에 DC 전압과 전류를 공급한다.
예를들면, 정현파의 AC 100V 전압을 입력받는 파워 앰프(100)로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)는 스피커 2가닥 선과 병렬로 연결된 오디오 변압기(audio transformer)와 충전 회로(140)를 통해 DC 전압을 배터리(141)로 충전하여 보호 회로(120)로 공급한다. 충전 회로(140)는 오디오 변압기와 연결된 정류 회로(rectifier)와 평활 회로(smoothing circuit)와 정전압 회로(voltage regulator)를 구비하며, 오디오 변압기의 2차측 오디오 신호의 특정 전압의 ±임계치를 초과하는 고음 영역(± AC 15V)을 cut하고 브릿지 정류 회로를 통해 정류하며, 정류된 맥류 신호를 평활 회로를 통해 평활하고, 이를 정전압 회로(voltage regulator)를 통해 정전압 레귤레이팅하여 소정의 DC 전압(DC 12V 또는 DC 5V)을 배터리로 충전하여 보호 회로(120)에 공급한다.
상기 배터리(141)는 전원을 공급하는 마이크로 프로세서(MCU)와 통신부(Wi-Fi, 또는 Bluetooth)를 구비하는 IoT 디바이스와 연결되며, 상기 IoT 디바이스는 Wi-Fi, 또는 Bluetooth 근거리 통신을 통해 스마트폰에 상기 배터리의 충전율을 표시할 수 있다.
본 발명의 고주파 스피커 유닛을 위한 보호 회로(120)를 구비한 시스템은 음향기기 시스템에서 파워 앰프(100)와 연결되는 스피커(130) 사이 스피커의 입력단에 충전 회로(140)와 보호 회로(120)를 구비하여 고음 스피커(131)로의 과전압 입력을 차단하여 고음 스피커(1kHz ~ 23 kHz, 10W~ 150W)를 보호하며, 평상시 파워 앰프(100)로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)의 전압을 고음 스피커(131)와 저음 스피커(132)로 공급하며 동시에 특정 전압(±AC 15V) 이상의 오디오 신호를 스피커의 2가닥 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로(140)를 통해 배터리(141)로 DC 전압을 충전하며, 스피커에 별도의 전원을 연결하지 않더라도 충전회로와 배터리로부터 보호 회로(120)에 충전된 DC 전압을 공급한다.
2-way speaker의 경우, 스피커는 1kHz~23kHz, 10W~150W 범위의 고음 스피커(131)와, 20Hz~3kHZ, 200W ~ 1000W 범위의 저음 스피커(131)를 구비할 수 있다.
파워 앰프(100)와 스피커(130) 사이에, 스피커(130)의 입력단에 고음을 보호하기 위한 보호 회로(120)를 구비하여 고음 스피커(131)를 보호한다.
파워 앰프(100)와 스피커(130) 사이에, 고음 스피커(131)의 입력단에 구비된 보호 회로(120)는 임계값(threshold)을 초과하는 과도한 파워 앰프의 출력 전압 또는 서지를 차단시켜 고음 스피커(131)를 보호한다.
2. 회로 평가
도 3은 보호 회로의 작동 방법을 보인 도면이다. 도 4는 보호 회로의 구성 예를 보인 도면이다.
보호 회로의 설계된 기능은 도 3에 도시된 바와 같이, 파워 앰프의 급전 전압(Vin)이 스피커의 임계값 전압(threshold, Vo)에 근접할 때 스피커(Vs) 사이의 전압은 일정 비율(A)로 감소되어야 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 기술에서 기본적인 초기 회로를 제시하며, 저항(resistor)은 스피커와 직렬로 연결되고 스위치(switch)는 저항을 제어하는데 사용된다. 스위치는 안전 전압(safe voltage)에서 계속하여 저항과 회로를 단락시키며(short circuit), 임계 값을 초과하는 높은 전압(high voltage above threshold)은 스위치를 열어 저항을 회로로 개방한다(switch open). 따라서, 스피커는 연소(buring)으로부터 보호된다(protected).
도 5는 보호 회로의 내부 구성도이다.
보호 회로(120)는 상기 파워 앰프(100)의 오디오 전압 신호(AC 신호)를 입력받고, 스피커의 2가닥의 선과 병렬(shunt)로 연결되며, 스피커로 공급되는 신호와 분리(isolation)하는데 사용되는 오디오 변압기(audio transformer) T2; 상기 오디오 변압기 T2의 제2 코일에 연결되고, 입력된 오디오 전압 신호(AC 신호)를 정류하여 정류된 DC 출력 Vdc (rectified DC output)를 생성하는 정류기(B1)를 구비하는 정류 회로; 상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되는 DC 임계값 검출기 회로; 상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 전압 인버터와 솔리드 스테이트 릴레이; 및 상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 대의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4)을 포함한다.
상기 오디오 변압기 T2는 변압기 비율(transformer ratio), 오디오 변압기와 연결된 브릿지 정류 회로의 DC 출력 Vdc와 오디오 변압기의 1차측 코일의 AC 입력 VIN은
Figure 112018094636450-pat00002
단, a : b는 오디오 변압기 T2의 비율(transformer ratio of audio transformer T2)이며, 이 회로에서 Vdc는 오디오 변압기의 입력이 파워 앰프와 손실성 유도성 부품 인 스피커 2가닥 선의 회로 루프와 병렬(shunt)로 연결된다.
상기 오디오 변압기 T2의 변압기 비율은 3:1을 사용하며, 120V: 40V를 사용한다.
상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용한다.
상기 DC 임계값 검출기 회로는 상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되며 스피커로 공급되는 특정 전압 이상의 과전압을 차단하며, 상기 DC 임계값 검출기 회로는 직렬 루프에서 역전되는 제너 다이오드 D1, 및 상기 제너 다이오드 D1에 병렬로 연결되는 부하 저항 R2를 포함하며,
상기 제너 다이오드 D1의 적용된 제너 전압은 DC 15V를 사용하며, 상기 제너 다이오드 D1는 이전 정류기 B1에서 인가된 전압 Vdc가 DC 15V보다 작으면 OFF되며, Vdc가 DC 15V 이상이 되면 단락 상태가 되며, 상기 제너 다이오드 D1가 단락되면 부하 저항 R2 사이에 전압 강하가 발생하며, 이 전압은 보호 회로 디바이스의 출력 전압으로 사용된다.
상기 보호 회로는 상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 베이스 저항 R1과, Vcc = DC 5V가 인가되는 컬렉터 저항 R3와 NPN 트랜지스터 Q1 사이에서 입력 트리거 전압(input trigger voltage)이 포착되는 전압 인버터;
상기 전압 인버터의 컬렉터에 연결되며, (+) 전압이 인가될 때 닫힌 스위치(switch closed)의 역할을 하며, 트리거 전압이 없을 때 열린 스위치(switch opened)의 역할을 하는, 2개의 N-MOS FET Q2와 Q3로 구성된 솔리드 스테이트 릴레이(solid-state relay); 및
상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 개의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4)을 포함한다.
P1 쌍은 AC 형식의 사운드 신호를 공급한다. P3 쌍은 보호 된 스피커(protected speaker)에 연결하기 위해 예약된 포트(reserved port)이다. 이 회로는 정류(rectification), 임계값 감지기(threshold detector) 및 "스위치(switch)"와 같은 여러 부품들이 사용될 수 있다.
2.1 신호 분리(Signal isolation) 및 정류(rectification)
도 6은 제안된 보호 회로에서 스피커와 병렬(shunt) 연결되고 분리(isolation)된 오디오 변압기(audio transformer)와 정류 회로(rectifier)를 보인 도면이다.
보호 회로의 첫 번째 부품에는 오디오 변압기(audio transformer) T2와 정류기 모듈(rectifier module)이 포함된다. 정류 회로는 브릿지 정류 회로, 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용한다.
입력 AC 신호는 파워 앰프와 스피커의 2가닥의 선에 병렬 연결(shunt connection)을 통해 파워 앰프로부터 공급된 오디오 전압 신호 Vin(audio voltage signal)로부터 정류기(B1)의 포트 3과 4 사이에 정류 된 DC 출력 Vdc(rectified DC output)를 생성한다. 여기서, 정류기(B1)의 포트 3은 (+) 전압이며, 포트 4는 접지 레벨이다.
오디오 변압기 T2(audio transformer T2)는 스피커로 공급되는 신호를 인가받아 보호 회로(protection units)를 제어한다.
정류기 (B1)는 오디오 변압기 T2의 제2 코일(transformer second coil)에 연결되고, 다음 제어 유닛에 대한 DC 전압 레벨을 생성한다. 변압기 비율(transformer ratio)은 도 3의 동작 전압 Vo를 설정하는 핵심이다.
일반적으로, 오디오 변압기와 연결된 브릿지 정류 회로의 DC 출력 Vdc와 AC 입력 VIN은
Figure 112018094636450-pat00003
여기서, a : b는 오디오 변압기 T2의 비율(transformer ratio of audio transformer T2)이다. 그러나, 이 회로에서 Vdc는 변압기의 입력이 손실성 유도성 부품 인 스피커 2가닥 선의 회로 루프와 병렬(shunt)로 연결되어 있기 때문에 계산된 것보다 항상 작다. 동작 전압 Vo를 설정할 때 미세한 조정이 필요하다.
2.2 DC 임계값 검출기(DC threshold detector)
도 7은 DC 임계값 검출기(DC threshold detector) 회로를 보인 도면이다.
상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되고 과전압을 차단하는 DC 임계값 검출기 회로는 제너 다이오드 D1은 직렬 루프에서 역전되고, 부하 저항 R2은 제너 다이오드 D1에 병렬로 연결된다.
제너 다이오드 D1의 적용된 제너 전압은 DC 15V로 선택된다.
제너 다이오드 D1는 이전 정류기 B1에서 인가된 전압 Vdc가 DC 15V보다 작으면 OFF되며, Vdc가 DC 15V 이상이 되면 단락 상태가 된다. 제너 다이오드 D1가 단락되면 부하 저항 R2 사이에 전압 강하가 발생하며, 이 전압은 보호 회로 디바이스의 출력 전압으로 사용된다.
도 8은 전압 인버터(voltage inverter)와 솔리드-스테이트 릴레이(solid-state relay)의 회로도이다.
도 8은 스피커에 연결된 보호 저항(R4)와 션트(shunt) 된 스위치 회로를 보여준다. 2 개의 N-MOS FET Q2와 Q3은 솔리드 스테이트 릴레이를 형성하며, Vcc = DC 5V가 인가되는 전압 인버터의 컬렉터 저항 R3와 Q1 사이에서 입력 트리거 전압(input trigger voltage)이 포착된다.
솔리드 스테이트 릴레이(solid-state relay)는 (+) 전압이 인가될 때 닫힌 스위치(switch closed)의 역할을 하며, 트리거 전압이 없을 때 열린 스위치(switch opened)의 역할을 한다. 원하는 경우 반전된 스위치 케이스(switch case)이다.
전압 인버터는 트리거 전압을 반전시키고 솔리드 스테이트 릴레이를 보호하기 위해 트리거 전압 레벨을 표준화하는 두 가지 주요 기능을 가진 전단의 회로로 적용된다. 이는 DC 임계값 검출기(DC threshold detector)로부터 수신된 전압이 15V 이상이며, 매우 높은 레벨에 도달하여 솔리드 스테이트 릴레이를 태울 수 있기 때문이다. 이 부품은 5V의 Vcc가 필요하거나 작동하지 않는다. R4는 보호 저항(protection resistor)의 역할을 하며 도 3의 컷오프 비율 A(cut down ratio A)를 튜닝하는데 사용된다. 더 높은 임피던스 일수록, 더 높은 컷오프 비율의 결과를 갖는다(Higher impedance results in a higher ratio A).
3. 결론
도 9는 제작된 보호 회로의 PCB 사진이며, 보호 회로의 입력 전압(input voltage)이 더 높게 설정되면 스피커의 소리가 더 커지고, 보호 회로의 입력 전압이 임계 전압(threshold voltage)에 도달하면 갑자기 볼륨 강하(sudden volume drop down)가 발생하여 입력 전압이 더 높이 올라가며 계속 상승한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템 구성도이다.
파워 앰프(power amp)는 스피커와 충전 회로로 병렬로 입력된다.
상기 파워 앰프로부터 증폭된 아날로그 오디오 신호중 AC +15V 이상 또는 -15 V 이하 되는 오디오 신호는 오디오 변압기와 브릿지 정류 회로를 통해 정류된 맥류 전압을 평활 회로의 전압분배부의 R1과 R2 가변저항 비를 조절하여 V1 point에서 DC 5V 이상이 되어 Q1 또는 Q2가 연결되어 충전회로가 동작하며,
만일 DC 5V 미만 (오디오 신호가 AC ± 15V 이하)이면 open되어 충전이 발생하지 않게 된다.
여기서, 드레인, 게이트, 소스를 구비하는 N-MOS 트랜지스터 Q1과 Q2는 V1 point에 병렬로 연결되며, Q1은 흐르는 전류량이 2A 이하에서 동작하고, Q2는 고전류(2.1~30A)에 대비한 TR(TR 모델 정격 전류, 전압 참고)이다.
AC ± 15V 이상의 오디오 신호는 Q1, Q2의 정류 과정을 거쳐 접지(GROUND)로 연결된 평활회로(smoothing circuit)를 거치게 되고, 커패시터 C1과 정전압 회로(U1, D1, L1과 C2로 구비된 LPF)를 통해 DC 전압 신호로 변환되어 충전 커패시터(C2)(배터리-141)에 충전되게 된다.
이 DC 전압은 보호 회로(protection circuit)를 구동하는 전압으로 동작하게 된다.
고음 스피커(131)와 저음 스피커(132)를 구비하는 2-way speaker(130)의 경우, 파워 앰프(100)의 출력단과 스피커(130)의 입력단 사이에 2가닥의 스피커 선에 병렬(shunt)로 연결된 충전 회로(140)를 구비하며, 네트워크를 통해 1kHz 이상의 고주파를 통과시키는 HPF(110)와 보호 회로(120)와 고음 스피커(131), 및 3kHz 이하의 주파수를 저역 필터링하는 LPF(101)와 저음 스피커(132)로 분기되며,
보호 회로(120)는 고음 스피커(131)의 입력단에 연결되며, 파워 앰프(100)로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호의 전압을 보호 회로(protection circuit)(120)의 과전압 차단부에 의해 고음 스피커(131)로의 과전압 입력을 차단하여 고음 스피커(130)를 보호한다.
예를들면, 정현파의 AC 100V 전압을 입력받는 파워 앰프(100)로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호(AC 1 ~ 50V)는 스피커 2가닥 선과 병렬로 연결된 오디오 변압기(audio transformer)와 충전 회로(140)를 통해 DC 전압을 배터리(141)로 충전하여 보호 회로(120)로 공급한다. 충전 회로(140)는 오디오 변압기와 연결된 정류 회로(rectifier)와 평활 회로(smoothing circuit)와 정전압 회로(voltage regulator)를 구비하며, 오디오 변압기의 2차측 오디오 신호의 특정 전압의 ±임계치를 초과하는 고음 영역을 cut하고 브릿지 정류 회로를 통해 정류하며, 정류된 맥류 신호를 평활 회로를 통해 평활하며 이를 정전압 회로(voltage regulator)를 통해 정전압 레귤레이팅하여 DC 전압(DC 12V 또는 DC 5V)을 배터리로 충전하여 보호 회로(120)에 공급한다.
상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로, 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용한다.
상기 충전 회로(140)는 배터리의 정격 DC 전압을 충전하는 회로로 구성되며, 보호 회로(120)에 전압을 공급한다.
상기 배터리(141)는 재충전이 가능한 2차 전지로써 리튬 이온 배터리를 사용한다.
또한, 상기 배터리(141)는 마이크로 프로세서(MCU)와 통신부(Wi-Fi, 또는 Bluetooth)를 구비하는 IoT 디바이스에 전원을 공급하며, 상기 IoT 디바이스는 Wi-Fi, 또는 Bluetooth 근거리 통신을 통해 스마트폰에 상기 배터리의 충전율을 표시할 수 있다.
즉, 충전 회로(140)를 통해 배터리(141)에 실시간으로 충전된 DC 전압과 전류는, 별도로 파워 앰프와 스피커에 전원 공급이 없어도, 상기 배터리(141)에 충전된 DC 전압과 전류를 고음 및 저음 스피커(131, 132)로 공급하며, 이는 무전원 구동 스피커를 역할을 한다.
고음 스피커로 사용되는 고주파 스피커 유닛을 위한 보호 회로(protection circuit)와 충전 회로가 설계되었다. 임계 전압 레벨, 볼륨 차단 비율은 모두 설계 가능하다. 상기 보호 회로는 간단하고 유지 보수가 쉽다. 정류기, 임계값 검출기 및 스위치 유닛으로 작동한다. 보호 회로는 테스트를 거쳐 잘 작동하는 것으로 입증되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 파워 앰프 101: LPF
110: HPF 120: 보호 회로
131: 고음 스피커 132: 저음 스피커
130: 스피커 140: 충전 회로
141: 배터리

Claims (11)

  1. 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압 이상의 오디오 신호의 DC 전압을 충전하는 병렬로(shunt) 연결된 충전 회로와 배터리; 및
    상기 고음 스피커의 입력단에 구비되며, 상기 파워 앰프로부터 출력되는 증폭된 오디오 신호의 특정 전압 미만의 전압을 적어도 하나 이상의 스피커로 공급하며, 특정 전압의 ±임계값(threshold)을 초과하는 과도한 파워 앰프의 출력 또는 서지를 차단하는 보호 회로를 포함하며,
    상기 파워 앰프의 출력 오디오 신호는 스피커와 상기 충전 회로로 병렬로 입력되며,
    상기 충전 회로는 상기 파워 앰프의 출력단 및 상기 고음 스피커의 입력단에 사이에 구비되며, 상기 충전 회로는 상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 오디오 신호의 분리와 정류를 위한 오디오 변압기와 정류 회로, 평활 회로와 정전압 회로를 구비하고 및 배터리와 연결되며, 상기 보호 회로에 연결되고,
    상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용하며,
    상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호중 AC +15V 이상 또는 -15 V 이하 되는 오디오 신호는 상기 충전 회로의 상기 오디오 변압기와 브릿지 정류 회로를 통해 정류된 맥류 전압을 상기 평활 회로의 전압분배부의 R1과 R2 가변저항 비를 조절하여 V1 point에서 DC 5V 이상이 되어 Q1 또는 Q2가 연결되어 상기 충전 회로가 동작하며,
    만일 오디오 신호가 AC ± 15V 이하가 되어 DC 5V 미만 이면, 회로가 open되어 충전이 발생하지 않게 되며,
    여기서, 드레인, 게이트, 소스를 구비하는 N-MOS 트랜지스터 Q1과 Q2는 V1 point에 병렬로 연결되며, Q1은 흐르는 전류량이 2A 이하에서 동작하고, Q2는 고전류(2.1~30A)에 대비한 TR이며,
    AC ± 15V 이상의 오디오 신호는 Q1, Q2의 정류 과정을 거쳐 접지(GROUND)로 연결된 평활 회로를 거치게 되고, 커패시터 C1과 정전압 회로(U1, D1, L1과 C2로 구비된 LPF)를 통해 DC 전압 신호로 변환되어 충전 커패시터(C2)(배터리)에 충전되며, 충전된 DC 전압은 상기 보호 회로를 구동하는 전압으로 동작되는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 보호 회로와 연결되며, 상기 보호 회로에 DC 전압과 전류를 공급하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스피커는 고음 스피커와 저음 스피커를 구비하는 2-way speaker의 경우, 상기 파워 앰프의 출력단과 상기 고음 스피커의 입력단 사이에 2가닥의 스피커 선에 병렬(shunt)로 연결된 상기 충전 회로를 구비하며, 네트워크를 통해 1kHz 이상의 고주파를 통과시키는 HPF와 보호 회로와 고음 스피커, 및 3kHz 이하의 주파수를 저역 필터링하는 LPF와 저음 스피커로 분기되며,
    상기 보호 회로는 상기 고음 스피커의 입력단에 연결되며, 상기 파워 앰프로부터 출력된 증폭된 아날로그 오디오 신호의 전압을 상기 보호 회로의 과전압 차단부에 의해 상기 고음 스피커로의 과전압 입력을 차단하여 상기 고음 스피커를 보호하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로는
    상기 파워 앰프의 오디오 전압 신호(AC 신호)를 입력받고, 스피커의 2가닥의 선과 병렬(shunt)로 연결되며, 스피커로 공급되는 신호와 분리(isolation)하는데 사용되는 오디오 변압기(audio transformer) T2;
    상기 오디오 변압기 T2의 제2 코일에 연결되고, 입력된 오디오 전압 신호(AC 신호)를 정류하여 정류된 DC 출력 Vdc (rectified DC output)를 생성하는 정류기(B1)를 구비하는 정류 회로;
    상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되며, 과전압을 차단하는 DC 임계값 검출기 회로;
    상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 전압 인버터와 솔리드 스테이트 릴레이; 및
    상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 대의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4);
    을 포함하는 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오디오 변압기 T2는
    변압기 비율(transformer ratio), 상기 오디오 변압기와 연결된 브릿지 정류 회로의 DC 출력 Vdc와 오디오 변압기의 1차 코일의 AC 입력 VIN은
    Figure 112018094636450-pat00004
    단, a : b는 오디오 변압기 T2의 변압기 비율(transformer ratio of audio transformer T2)이며, 이 회로에서 Vdc는 변압기의 입력이 손실성 유도성 부품 인 스피커 2가닥 선의 회로 루프와 병렬로 연결되는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 오디오 변압기 T2의 변압기 비율은 3:1을 사용하며, 120V: 40V를 사용하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 정류 회로는 브릿지 정류 회로, 또는 전파 정류 회로 중 어느 하나의 정류 회로를 사용하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 DC 임계값 검출기 회로는 상기 정류 회로의 정류기 B1의 출력단에 연결되며, 상기 DC 임계값 검출기 회로는 직렬 루프에서 역전되는 제너 다이오드 D1, 및 상기 제너 다이오드 D1에 병렬로 연결되는 부하 저항 R2를 포함하며,
    상기 제너 다이오드 D1의 적용된 제너 전압은 15V를 사용하며, 상기 제너 다이오드 D1는 이전 정류기 B1에서 인가된 전압 Vdc가 15V보다 작으면 OFF되며, Vdc가 15V 이상이 되면 단락 상태가 되며, 상기 제너 다이오드 D1가 단락되면 부하 저항 R2 사이에 전압 강하가 발생하며, 이 전압은 보호 회로 디바이스의 출력 전압으로 사용되는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 DC 임계값 검출기 회로에 연결되는 베이스 저항 R1과, Vcc = DC 5V가 인가되는 컬렉터 저항 R3와 NPN 트랜지스터 Q1 사이에서 입력 트리거 전압(input trigger voltage)이 포착되는 전압 인버터;
    상기 전압 인버터의 컬렉터에 연결되며, (+) 전압이 인가될 때 닫힌 스위치(switch closed)의 역할을 하며, 트리거 전압이 없을 때 열린 스위치(switch opened)의 역할을 하는, 2개의 N-MOS FET Q2와 Q3로 구성된 솔리드 스테이트 릴레이(solid-state relay); 및
    상기 솔리드 스테이트 릴레이의 2 개의 N-MOS FET Q2와 Q3의 병렬로 연결되며, 스피커에 연결되는 보호 저항(R4);
    을 더 포함하는 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 배터리는 전원을 공급하는 마이크로 프로세서(MCU)와 통신부(Wi-Fi, 또는 Bluetooth)를 구비하는 IoT 디바이스와 연결되며,
    상기 IoT 디바이스는 Wi-Fi, 또는 Bluetooth 근거리 통신을 통해 스마트폰에 상기 배터리의 충전율을 표시하는, 파워 앰프의 오디오 신호를 사용한 충전 회로와 고주파 스피커의 보호 회로를 구비하는 시스템.
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