KR102112253B1 - 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치 - Google Patents

전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일단 전원 증폭기와 음향 증폭기를 일체화함으로써 효율을 증가시킬 수 있는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치를 제공하되, 출력 파워가 큰 고효율 증폭기에 여러가지 보호회로를 구비하고 및/또는 POP 노이즈 필터링과 같은 다양한 서지 필터링 회로를 추가로 구비하여, 보다 안정적인 고효율 음향 증폭 장치를 제공하기 위한 것으로, 입력되는 오디오 신호를 기 설정된 증폭비로 증폭하는 음향 증폭부(100); 상기 음향 증폭부로부터 증폭되는 음향 신호를 전달받아 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부(200); 상기 스위칭 제어 신호와 전원부(300)로부터 전달되는 전원을 이용하여 PWM 신호를 제공하는 스위칭신호부(400); 상기 PWM 신호를 전달받아 상기 PWM 신호를 증폭하는 증폭부(500); 상기 증폭된 PWM 신호를 전달받아 오디오 신호로 변환하여 스피커로 전달하는 필터 및 출력부(600); 및 상기 증폭부에 의해서 증폭된 PWM 신호나 스피커로의 출력 신호를 감지하여 이상 신호시에 회로를 보호하기 위한 보호부(700); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치{High effective audio amplifying apparatus for incorporating power amplifier and audio amplifier}
본 발명은 음향 증폭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전원 증폭기와 음향 증폭기를 일체화함으로써, 효율을 증가시킬 수 있는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 음향 증폭기는 선형성이 우수한 A급, B급 및 AB급 증폭기가 이용되어 왔으며, 상술한 타입의 증폭기는 대출력 증폭기로 구현되는 경우에, 막대한 전력 손실을 초래한다. 상술한 A급, B급 및 AB급 증폭기에서 전력 손실은 대부분 열로 변환되기 때문에 증폭기의 온도가 증가되는 요인이 되었고, 이를 강제적으로 냉각하기 위해서 방대한 방열판이 필수적으로 채용되어 증폭기의 부피가 커지는 문제점이 발생하였다.
상술한 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것이 스위칭 D급 증폭기이다. 이러한 스위칭 D급 증폭기는 스위칭 레귤레이터나 PWM(Pulse Width Modulation) 변환 방식을 채택하고 있어, 상술한 A급, B급 및 AB급 증폭기보다는 효율이 향상되었다.
종래의 스위칭 D급 증폭기는 선형 증폭기를 다중 결합시켜 선형 음질 향상을 도모했지만, 효율이 높지 않은 문제점이 있었는바, 이를 해결하기 위한 제1 종래기술로서, 대한민국 특허공보 제10-0226226호 및 제10-0284256호 (혼합형 증폭기) 가 개시되어 있다.
상기 제1 종래기술은, 도 1 에서 보는 바와 같이, 독립전압원으로 작용하여 디지털 증폭기(120)에 의해서 야기된 왜곡을 보상하기 위한 리플전류(ia)만을 단지 공급하며 고충실도를 보장하는 아날로그 증폭기(110)와 종속전류원으로 작용하여 부하에서 필요로 하는 전류(io)의 대부분의 전류(id)를 공급하며 고효율을 보장하는 디지털 증폭기(120)가 상호 접속되어 구성되는 혼합형 증폭기로서, 상기 아날로그 증폭기(110) 내의 임의의 중간단 혹은 최종 출력단의 베이스와 에미터로부터 전압을 실측 감지하고, 실측 전압에 의거하여 상기 디지털 증폭기(120)가 동작되도록 하며, 상기 아날로그 증폭기(110)는 기본 증폭기(111)와; 상기 기본 증폭기(111)의 출력단에 접속되며 푸시풀 스테이지를 형성하는 두 개의 트랜지스터(Q11)(Q12); 및 상기 트랜지스터(Q11)(Q12)의 에미터단의 출력을 상기 기본 증폭기(111)에 부궤환시키는 임피던스(Z11)(Z12)로 이루어지며, 전체 폐루프 이득이 임피던스(Z11)(Z12)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 혼합형 증폭기이다. 상기 아날로그 증폭기(110)는 상기 기본 증폭기(111)의 적은 전류로도 상기 트랜지스터(Q11)의 출력전류를 충당하도록 기본 증폭기(111)의 출력단과 트랜지스터(Q11)(Q12)의 베이스단 사이에 상기 트랜지스터(Q11)(Q12)와 종속접속하는 트랜지스터(Q13)(Q14)를 더 포함하기도 한다.
그러나, 상기 제1 종래기술에 따른 혼합형 증폭기는 어디까지나 전원단과 신호단이 분리되어 있어, 비효율적이었다.
한편, 대한민국 특허등록 제0966356호 "전원단과 증폭단을 통합한 단일단 스위칭 파워 음향 증폭기"(제2 종래기술)는, 전원단과 증폭단을 통합한 단일단 스위칭 파워 음향 증폭기에 관한 것으로, 특히 오디오 증폭기의 전원단과 증폭단을 하나의 증폭단으로 통합함으로써, 회로의 크기를 축소하여 비용을 절감시키고 전력 손실을 줄일 수 있는 전원단과 증폭단을 통합한 단일단 스위칭 파워 음향 증폭기에 관한 것이다.
즉, 상기 제2 종래기술은, 도 2에서 보는 바와 같이, 교류와 직류를 포함한 전원을 직류로 정류하여 공급하는 직류 전원부(10)와; 상기 직류 전원부로부터 직류 전원을 공급받아 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭 파형을 출력하는 스위칭부(20)와; 상기 스위칭부로부터 PWM 스위칭 파형을 공급받아 1차 및 2차의 권선비에 의해 상기 PWM 스위칭 파형을 승압 및 강압하여 출력하는 변압부(30)와; 상기 변압부로부터 공급된 입력신호(PWM 스위칭 파형)의 음량에 따라 전압 전류의 경로를 바꾸어주는 경로 스위칭부(40)와; 상기 경로 스위칭부로부터 스위칭 파형(오디오 신호)을 공급받아 필터링한 후 스피커로 출력하는 필터부(50)와; 상기 필터부로부터 오디오 신호를 신호 입력부로 피드백시켜 입력신호(오디오 신호)의 전달중 발생한 왜곡값을 보정해주는 궤환부(110)와; 상기 궤환부로부터 입력받은 오디오 신호와 외부로부터 입력받은 오디오 신호를 비교 증폭한 신호를 출력하는 신호 입력부(80)와; 상기 신호 입력부의 출력 신호를 입력받아 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제1 제어부(90); 및 상기 신호 입력부의 출력 신호를 입력받아 상기 경로 스위칭부의 동작을 제어하는 제2 제어부(100); 를 포함하여, 상기 오디오 신호의 전달 중 발생한 왜곡 값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 제2 종래기술에 의하면, 오디오 증폭기의 전원단과 증폭단을 하나의 증폭단으로 통합함으로써, 회로의 크기와 무게를 크게 줄여 비용을 절감시킬 수 있고, 소비 전력을 크게 줄여 고효율의 증폭기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
다른 한편, 특허등록 제1128520호 "디지털 오디오 증폭기 및 이에 적합한 디지털 오디오 신호증폭 방법"(제3 종래기술)은, 에 관한 것이다.
즉, 상기 제3 종래기술은, 도 3에서 보는 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이와 디지털 오디오 증폭기를 하나로 통합함에 의해 사용자의 안전을 위한 절연 요건을 만족시키면서도 전력 효율을 높일 수 있는 디지털 오디오 증폭기 및 이에 적합한 디지털 오디오 신호 증폭 방법에 관한 것으로, 입력 오디오 신호를 펄스 변조하여 펄스 변조된 오디오 신호를 발생하는 펄스 변조부(304); 상기 펄스 변조된 오디오 신호에 기반하여 직류 전원을 스위칭하는 스위칭부(306); 상기 스위칭부의 출력을 절연하여 출력하는 절연부(308); 및 상기 절연부의 출력을 저역 통과 필터링하여 상기 오디오 신호에 상응하는 출력 오디오 신호를 출력하는 저역 통과 필터(310)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 종래기술에 따른 디지털 오디오 증폭기는 스위칭 모드 파워 서플라이와 디지털 오디오 증폭기를 하나로 통합함에 의해 절연 요건을 만족시키면서도 전력 효율을 높이는 효과를 달성한다.
또다른 한편, 특허등록 제1773704호 "전원통합형 다중결합 증폭장치 및 증폭방법"(제4 종래기술)은, 교류전원에 전기적으로 연결된 1차측, 및 상기 1차측과 전기적으로 절연된 2차측을 포함하고, 가변되는 전위차를 갖는 제1 전압 및 제2 전압을 상기 2차측에서 출력하는 전원 증폭부(1000); 및 상기 제1 전압 및 제2 전압이 인가되고, 음원 소스로부터 입력되는 오디오 입력신호를 증폭하여 오디오 출력신호를 출력하는 음향 증폭부(500)를 포함하되, 상기 오디오 출력신호가 기준전위보다 큰 구간에서, 상기 제1 전압은 상기 오디오 출력신호보다 제1 출력 오프셋 전압만큼 큰 전위를 갖고, 상기 오디오 출력신호가 상기 기준 전위보다 작은 구간에서, 상기 제2 전압은 상기 오디오 출력신호보다 제2 출력 오프셋 전압만큼 작은 전위를 갖고, 상기 전원 증폭부는, 오디오 입력신호 또는 오디오 출력신호로부터 입력되는 제어 입력신호에 따라 상기 제1 전압 및 제2 전압 간의 전위차가 가변되도록, 상기 제어 입력신호에 따라 상기 1차측의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 제4 종래기술에 의하면, 스위칭 증폭기와 선형 증폭기를 다중결합하여 선형 증폭기의 고충실도 특성과 스위칭 증폭기의 고효율 특성을 모두 얻을 수 있을 뿐 아니라, 스위칭 증폭기에 전원부를 통합함으로써, 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
그런데, 이러한 고효율 증폭기는 출력 파워가 크기 때문에 여러가지 다른 문제점들을 새로이 갖게 되는바, 약간의 DC 과전압이나 쇼트 발생시에도 회로 전체에 치명적인 결함을 일으키게 되어 고가의 장비가 타격을 받는가 하면, POP 노이즈의 문제도 고출력으로 인하여 크게 문제시되는 것이다.
특허등록 제0226226호 "혼합형 증폭기" 특허등록 제0284256호 "혼합형 증폭기" 특허등록 제0966356호 "전원단과 증폭단을 통합한 단일단 스위칭 파워 음향 증폭기" 특허등록 제1128520호 "디지털 오디오 증폭기 및 이에 적합한 디지털 오디오 신호증폭 방법" 특허등록 제1773704호 "전원통합형 다중결합 증폭장치 및 증폭방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일단 전원 증폭기와 음향 증폭기를 일체화함으로써 효율을 증가시킬 수 있는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치를 제공하되, 출력 파워가 큰 고효율 증폭기에 여러가지 보호회로를 구비하고 및/또는 POP 노이즈 필터링과 같은 다양한 서지 필터링 회로를 추가로 구비하여, 보다 안정적인 고효율 음향 증폭 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치는, 입력되는 오디오 신호를 기 설정된 증폭비로 증폭하는 음향 증폭부(100); 상기 음향 증폭부로부터 증폭되는 음향 신호를 전달받아 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부(200); 상기 스위칭 제어 신호와 전원부(300)로부터 전달되는 전원을 이용하여 PWM 신호를 제공하는 스위칭신호부(400); 상기 PWM 신호를 전달받아 상기 PWM 신호를 증폭하는 증폭부(500); 상기 증폭된 PWM 신호를 전달받아 오디오 신호로 변환하여 스피커로 전달하는 필터 및 출력부(600); 및 상기 증폭부에 의해서 증폭된 PWM 신호 및 스피커로의 출력 신호를 감지하여 이상 신호시에 회로를 보호하기 위한 보호부(700); 를 포함하며, 상기 음향 증폭부(100)는, 오디오 신호의 입력부(110)와, 입력단과 아이솔레이션을 위한 그리고 장치에 문제가 발생시에 입력을 차단하기 위한 입력차단부(120)를 포함하며, 상기 보호부(700)는, 감지부(710, 720), 및 상기 감지부(710, 720)에서 이상신호를 감지하게 되면 상기 입력차단부(120)에서 오디오 신호 입력이 차단되도록 하는 보호회로부(730)로 이루어지도록 하되, 상기 감지부(710, 720)는, 쇼트발생 감지부(710)와 과전압 감지부(720)를 포함하며, 상기 쇼트발생 감지부(710)는, 스피커의 신호(S/P_N 및 S/P_P)를 비교하여 쇼트 발생시 상기 보호회로부(730)의 입력단(ⓒ)으로 제1 이상 감지 신호를 출력하게 되고, 상기 과전압 감지부(720)는, 상기 증폭부(500,500')의 출력단(ⓐ 단자)에서 DC 과전압이 발생하였을 시에 포토커플러(PC-3)를 통해 역시 상기 보호회로부(730)의 입력단(ⓒ)으로 제2 이상 감지 신호를 출력하게 되며, 상기 보호회로부(730)는, 상기 쇼트발생 감지부(710) 및 상기 과전압 감지부(720)로부터 적어도 하나의 이상 감지 신호를 받으면, 내부 스위칭 소자(Q113)를 턴온시키게 되면서, 상기 음향 증폭부(100)의 상기 입력차단부(120)로 이상 제어 신호를 출력하여, 상기 입력차단부(120)에서 아이솔레이션 소자(T1)의 동작을 정지시킴으로써, 오디오 신호 입력이 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.
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또한 바람직하게는, 상기 전원부(300) 및 필터 및 출력부(600)에 POP 노이즈 필터부(620)를 더 구비하는바, 상기 고효율 음향 증폭 장치를 시동할 때에는 필터 및 출력부(600)의 릴레이(REL100)를 지연 동작시켜 정상적인 입력이 들어오기 전의 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되며, 상기 고효율 음향 증폭 장치를 종료할 때에는 전원부(300)의 릴레이(REL1)를 조기 오픈 동작시켜 종료시 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 스위칭 제어부(200)는, 상기 음향 증폭부로부터 전달되는 증폭 신호를 구형파로 변환하는 비교기(210)와, 상기 구형파를 전달받아 액티베이션되는 스위칭부(220)와, 상기 스위칭부를 통해서 전달되는 구형파를 전기적으로 절연하여 전달하는 절연부(230)와, 상기 절연부에 의해서 전달되는 구형파를 상기 스위칭신호부로 전달하는 게이트 드라이버(240)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 음향 증폭부(100)는, 입력된 오디오 신호를 2단으로 증폭하기 위한 증폭부(130, 130')와, 증폭된 오디오 신호를 기준 전압과 비교하여 삼각파를 발생시키기 위한 삼각파 발생부(140, 140')를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 음향 증폭부(100)의 입력단과 상기 필터 및 출력부(600)의 출력단에 아이솔레이션을 위한 절연부가 구비되며, 상기 절연부는 펄스 트랜스포머(Pulse Transformer), 아이솔레이션 OPAMP(Isolation OPAMP) 및 아이솔레이션 광커플러(Isolation Optocoupler) 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치는 전원 증폭기와 음향 증폭기를 일체화함으로써, 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 제1 종래기술에 따른 혼합형 증폭기의 일예.
도 2는 제2 종래기술에 따른 전원단과 증폭단을 통합한 단일형 스위칭 파워 음향 증폭기의 블록 구성도.
도 3은 제3 종래기술에 따른 디지털 오디오 증폭기의 회로도.
도 4는 제4 종래기술에 따른 전원통합형 다중결합 증폭장치의 상세 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 개략회로도.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 개략회로도.
도 7 내지 도 15는, 본 발명에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 상세회로도로서,
도 7 내지 도 9b는 음향증폭부(100)의 상세회로도이고,
도 10은 스위칭 제어부(200), 스위칭신호부(400) 및 증폭부(500)의 상세회로도이며,
도 11은 필터 및 출력부(600)의 상세회로도이며,
도 12는 보호회호부(700)의 상세회로도이며,
도 13 내지 도 14b는 전원부(300)의 상세회로도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 개략회로도이고, 도 6은 본 발명의 변형예에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 개략회로도이다.
도 7 내지 도 15는, 본 발명에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치의 상세회로도로서, 도 7 내지 도 9b는 음향증폭부(100)의 상세회로도이고, 도 10은 스위칭 제어부(200), 스위칭신호부(400) 및 증폭부(500)의 상세회로도이며, 도 11은 필터 및 출력부(600)의 상세회로도이며, 도 12는 보호회호부(700)의 상세회로도이며, 도 13 내지 도 14b는 전원부(300)의 상세회로도이다.
아래에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예 및 첨부 도면들은 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
발명의 일 실시예에 따른 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치는, 도 5에 도시된 것처럼, 음향 증폭부(100), 스위칭 제어부(200), 전원부(300), 스위칭신호부(400), 증폭부(500), 필터 및 출력부(600) 및 보호부(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 6의 변형예에서는, 증폭부가 별도로 존재하지 않고, 증폭이 필터 및 출력부(600)의 출력부(630) 아이솔레이션 변압기 혹은 스위칭신호부(400)의 증폭기에서 겸하여 이루어지고 있으며, 역시 음향 증폭부(100)의 입력차단부(120) 아이솔레이션 변압기에서 절연이 확실하게 이루어지는 것이 특징이다.
계속해서, 각 구성부에 대하여 도 7 내지 도 14b를 참조하여 상술한다.
먼저, 음향 증폭부(100)는, 입력되는 오디오 신호를 기 설정된 증폭비로 증폭하며, 오피앰프로 구성되는바, 더 상세히 설명하면, 도 7 내지 도 9b에서 보는 바와 같이, 오디오 신호의 입력부(110)와, 입력단과 아이솔레이션을 위한 그리고 장치에 문제가 발생시에 입력을 차단하기 위한 입력차단부(120)와, 입력된 오디오 신호를 2단으로 증폭하기 위한 증폭부(130, 130')와, 증폭된 오디오 신호를 기준 전압과 비교하여 삼각파를 발생시키기 위한 삼각파 발생부(140, 140')로 이루어진다. 본 실시예에서는, 풀브릿지 방식을 사용하기 때문에, 증폭부(130,130')와 삼각파 발생부(140,140')가 각각 2개씩 구비되는바, 이후의 스위칭 제어부(200,200'), 스위칭신호부(500,400') 및 증폭부(500,500')(도 10 참조) 그리고 LC 필터부(610,610') (도 11 참조) 역시 마찬가지로 각각 2개씩 구비되어 진다.
다음, 스위칭 제어부(200)는, 상기 음향 증폭부(100)로부터 증폭되는 음향 신호를 전달받아 스위칭 제어 신호를 제공하는바, 도 5에서 보듯이, 상기 음향 증폭부(100)로부터 전달되는 증폭 신호를 구형파로 변환하는 비교기(210)와, 상기 구형파를 전달받아 액티베이션되는 스위칭부(220)와, 상기 스위칭부(220)를 통해서 전달되는 구형파를 전기적으로 절연하여 전달하는 절연부(230)와, 상기 절연부(230)에 의해서 전달되는 구형파를 상기 스위칭신호부(400)로 전달하는 게이트 드라이버(240)로 구성된다. 이때, 상기 절연부(230)는, 일례로 트랜스포머, 절연 오피앰프(Isolation opamp) 또는 절연 광커플러(Isolation optocoupler) 등으로 구성될 수 있다.
상기 스위칭신호부(400)는, 도 10에서 보듯이, 상기 제어부(200)의 스위칭 제어 신호와 직류 전원부(300)로부터 전달되는 직류 전원을 이용하여, PWM 신호를 제공하며, 아울러 각 PWM 신호는 증폭부(500,500')에서 증폭된 후에, 필터 및 출력부(600)를 통해 스피커로 출력되어 진다. 상기 스위칭신호부(400)에서의 각 스위칭 소자는, 일례로 모스 트랜지스터로 구성될 수 있다.
상기 증폭부(500,500')는, 도 10에서 보듯이, 상기 PWM 신호를 전달받아 1차 및 2차의 권선비에 의해서 상기 PWM 신호를 증폭하는 트랜스포머 혹은 MOSFET로 구성된다.
상기 필터 및 출력부(600)는, 도 11에서 보듯이, LC 필터부(610,610'), POP 노이즈 필터링부(620) 및 출력부(630)로 구성되는바, 인덕터와 커패시터로 구성된 상기 LC 필터부(610,610')가 증폭된 PWM 신호를 오디오 신호로 변환하여, 스피커(800)로 전달하게 된다.
경우에 따라서, 상기 증폭부(500,500')에 의해서 증폭된 PWM 신호를 상기 음향 증폭부(100)로 피드백시켜 상기 입력되는 오디오 신호에 의해서 발생되는 왜곡을 보정해주도록 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에서는, 다양한 보호회로들을 구비하는바, 먼저 본 발명의 보호부(700)는, 도 12에서 보듯이, 쇼트발생 감지부(710), 과전압 감지부(720) 및 상기 감지부(710, 720)에서 이상신호를 감지하게 되면 상기 입력차단부(120)에서 오디오 신호 입력이 차단되도록 하는 보호회로부(730)로 이루어진다.
이를, 도 7 및 도 12를 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 먼저 쇼트발생 감지부(710)는 스피커의 신호(S/P_N 및 S/P_P)를 비교하여 쇼트 발생시 보호회로부(730)로 'High' 신호를 출력하게 된다. 아울러, 고효율 음향 증폭 장치의 특성상, 출력단에 높은 DC 옵셋(offset) 전압이 흘러들어올 수 있는바, DC 옵셋 전압의 경우에는 조금만 높아도 회로에 치명적일 수 있는바, 상기 과전압 감지부(720)는, 상기 증폭부(500,500')의 출력단(ⓐ 단자)에서 DC 옵셋(offset) 과전압이 발생하였을 시에 포토커플러(PC-3)를 통해 'AMP_PT_MANUAL_RE' 단자로 'High' 신호를 출력하게 되며, 따라서 상기 보호회로부(730)의 입력단(ⓒ)은 상기 감지부(710, 720)의 적어도 어느 하나로부터 'High' 신호를 받으면, 내부 스위칭 소자(Q113)를 턴온시키게 되면서, 출력단자 'PRI_REF' 단자로 'Low' 출력을 내보내게 되고, 도 7의 아이솔레이션 앰프(T1)(일례로 AMC1100)의 동작을 정지시킴으로써, 오디오 입력이 차단되도록 하여 전체 회로를 보호하게 된다.
상기 음향 증폭부(100)는 상기 보호부(700)로부터 전달되는 피드백 신호와 입력되는 오디오 신호를 비교 증폭하고, 상기 음향 증폭부(100), 상기 스위칭 제어부(200), 상기 스위칭신호부(400), 상기 증폭부(500), 상기 보호부(700) 및 상기 필터 및 출력부(600)는 일체로 형성된다.
마지막으로, 본 발명에서의 전원부(300)는, 도 13 내지 도 14b에서 보듯이, AC 전원을 정류 및 필터링하는 전원입력부(310)와, 휴즈부(320)와, 변압기 입력부(330)와, 딜레이부(340)와, 제1 기준전압 발생부(350) 및 제2 기준전압 발생부(360)로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 전원입력부(310)에도 POP 노이즈 필터링을 위한 릴레이(REL1)가 구비되도록 한다.
추가적으로, 본 발명에서는, 전원부(300) 및 필터 및 출력부(600)에 POP 노이즈 필터부(620)를 더 구비하는바, 본 발명의 고효율 음향 증폭 장치를 시동할 때에는 필터 및 출력부(600)의 릴레이(REL100)를 지연 동작시켜 정상적인 입력이 들어오기 전의 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되며, 마찬가지로 본 발명의 고효율 음향 증폭 장치를 종료할 때에는 전원부(300)의 릴레이(REL1)를 조기 오픈 동작시켜 종료시 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되는바, 이들은 일종의 서지 필터링 기능을 행하게 되는 것이다.
이상, 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
100 : 음향 증폭부 110 : 입력부
120 : 입력 차단부 130,130' : 증폭부
140,140' : 삼각파 발생부
200,200' : 스위칭 제어부 210: 비교기
220 : 스위칭부 230 : 절연부
240 : 게이트 드라이버
300 : 전원부 310 : 전원입력부
320 : 휴즈부 330 : 변압기 입력부
340 : 딜레이부 350 : 제1 기준전압 발생부
360 : 제2 기준전압 발생부
400,400' : 스위칭신호부
500,500' : 출력 증폭부
600 : 필터 및 출력부 610,610' : 필터부
620 : POP 노이즈 필터부 630 : 출력부
700 : 보호부 710 : 쇼트발생 감지부
720 : 과전압 감지부 730 : 보호회로부

Claims (8)

  1. 입력되는 오디오 신호를 기 설정된 증폭비로 증폭하는 음향 증폭부(100);
    상기 음향 증폭부로부터 증폭되는 음향 신호를 전달받아 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부(200);
    상기 스위칭 제어 신호와 전원부(300)로부터 전달되는 전원을 이용하여 PWM 신호를 제공하는 스위칭신호부(400);
    상기 PWM 신호를 전달받아 상기 PWM 신호를 증폭하는 증폭부(500);
    상기 증폭된 PWM 신호를 전달받아 오디오 신호로 변환하여 스피커로 전달하는 필터 및 출력부(600); 및
    상기 증폭부에 의해서 증폭된 PWM 신호 및 스피커로의 출력 신호를 감지하여 이상 신호시에 회로를 보호하기 위한 보호부(700);
    를 포함하며,
    상기 음향 증폭부(100)는, 오디오 신호의 입력부(110)와, 입력단과 아이솔레이션을 위한 그리고 장치에 문제가 발생시에 입력을 차단하기 위한 입력차단부(120)를 포함하며,
    상기 보호부(700)는, 감지부(710, 720), 및 상기 감지부(710, 720)에서 이상신호를 감지하게 되면 상기 입력차단부(120)에서 오디오 신호 입력이 차단되도록 하는 보호회로부(730)로 이루어지도록 하되,
    상기 감지부(710, 720)는, 쇼트발생 감지부(710)와 과전압 감지부(720)를 포함하며,
    상기 쇼트발생 감지부(710)는, 스피커의 신호(S/P_N 및 S/P_P)를 비교하여 쇼트 발생시 상기 보호회로부(730)의 입력단(ⓒ)으로 제1 이상 감지 신호를 출력하게 되고,
    상기 과전압 감지부(720)는, 상기 증폭부(500,500')의 출력단(ⓐ 단자)에서 DC 과전압이 발생하였을 시에 포토커플러(PC-3)를 통해 역시 상기 보호회로부(730)의 입력단(ⓒ)으로 제2 이상 감지 신호를 출력하게 되며,
    상기 보호회로부(730)는, 상기 쇼트발생 감지부(710) 및 상기 과전압 감지부(720)로부터 적어도 하나의 이상 감지 신호를 받으면, 내부 스위칭 소자(Q113)를 턴온시키게 되면서, 상기 음향 증폭부(100)의 상기 입력차단부(120)로 이상 제어 신호를 출력하여, 상기 입력차단부(120)에서 아이솔레이션 소자(T1)의 동작을 정지시킴으로써, 오디오 신호 입력이 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부(300) 및 필터 및 출력부(600)에 POP 노이즈 필터부(620)를 더 구비하는바, 상기 고효율 음향 증폭 장치를 시동할 때에는 필터 및 출력부(600)의 릴레이(REL100)를 지연 동작시켜 정상적인 입력이 들어오기 전의 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되며, 상기 고효율 음향 증폭 장치를 종료할 때에는 전원부(300)의 릴레이(REL1)를 조기 오픈 동작시켜 종료시 서지 신호가 증폭되어 스피커로 출력되는 POP 노이즈 현상을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부(200)는, 상기 음향 증폭부로부터 전달되는 증폭 신호를 구형파로 변환하는 비교기(210)와, 상기 구형파를 전달받아 액티베이션되는 스위칭부(220)와, 상기 스위칭부를 통해서 전달되는 구형파를 전기적으로 절연하여 전달하는 절연부(230)와, 상기 절연부에 의해서 전달되는 구형파를 상기 스위칭신호부로 전달하는 게이트 드라이버(240)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 증폭부(100)는, 입력된 오디오 신호를 2단으로 증폭하기 위한 증폭부(130, 130')와, 증폭된 오디오 신호를 기준 전압과 비교하여 삼각파를 발생시키기 위한 삼각파 발생부(140, 140')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 증폭부(100)의 입력단과 상기 필터 및 출력부(600)의 출력단에 아이솔레이션을 위한 절연부가 구비되며, 상기 절연부는 펄스 트랜스포머(Pulse Transformer), 아이솔레이션 OPAMP(Isolation OPAMP) 및 아이솔레이션 광커플러(Isolation Optocoupler) 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 증폭기와 음향 증폭기가 일체화된 고효율 음향 증폭 장치.
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