KR102293598B1 - 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기 - Google Patents

아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 스피커가 연결되는 출력단의 출력전압으로부터 궤환된 피드백 신호와 음원소스의 음원신호를 입력받아 그 차를 증폭하여 에러 신호로 출력하는 에러 앰프; 상기 에러 신호에 따라 펄스폭이 가변되는 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하고, 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호는 소정의 위상차를 갖고, 상기 제1 내지 제n 로우 구동신호는 소정의 위상차를 갖는 구동신호 생성부; 및 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호에 대응하여 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부를 포함하고, 상기 구동신호 생성부는, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 구성되는 듀티비 제한수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 소정의 위상차로 스위칭하는 복수의 스위칭단을 구비한 스위칭 증폭기가 아이들 상태일 때 스위칭 듀티비를 제한함으로써 스위칭 바이어스 전류를 안정화시킴과 동시에 충실도를 높여 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기{Interleaved switching amplifier with a plurality of phases having low idle power loss}
본 발명은 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 위상차로 스위칭하는 복수의 스위칭단을 구비한 스위칭 증폭기가 아이들 상태(idle state)일 때 스위칭 듀티비를 제한함으로써 스위칭 바이어스 전류를 안정화시킴과 동시에 충실도를 높여 왜곡을 줄일 수 있는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 증폭기란, 작은 신호를 받아서 큰 신호로 증폭하여 주는 장치를 말하며 증폭기의 예로는 오디오 앰프로 불리는 음향증폭기를 들 수 있다. 종래에 증폭기는 대부분 선형 증폭기로 구현되었는데 선형증폭기는 트랜지스터라는 반도체 소자를 선형 동작영역에서 동작시킴으로써 입력신호를 증폭한다. 선형증폭기의 경우는 출력의 대역폭이 넓고 왜곡이 작아 충실도가 높다는 장점이 있으나, 트랜지스터에 걸리는 전압이 커서 트랜지스터 소자의 손실이 크고 효율이 크게 나빠진다는 단점이 존재한다.
이를 보완하기 위하여 오디오 앰프에 많이 적용되는 기술 중의 하나가 스위칭 증폭기이다. 스위칭 증폭기는 선형 증폭기와는 달리 트랜지스터 소자를 선형 동작영역에서 동작시키지 않고 온 또는 오프 상태를 번갈아 갖도록 동작시킨다. 위와 같이 스위칭 증폭기는 트랜지스터 소자의 온 또는 오프에 따라 구형파를 만들고 저역통과 필터로 그 구형파의 고주파 성분을 제거하여 오디오 출력신호를 출력한다. 스위칭 증폭기에서는 트랜지스터 소자에 전류가 흐를 때는 트랜지스터 소자가 완전히 턴온되어 트랜지스터 소자의 양단에 걸리는 전압이 작게 걸리기 때문에 손실이 적고 선형증폭기보다 효율이 크게 개선된다는 장점이 있다. 하지만 스위칭 증폭기는 스위칭 주파수보다 더 작은 값으로 대역폭을 설정해야 하므로 충분한 대역폭을 얻는데 제한이 있을 뿐 아니라 스위칭에 따른 리플 성분으로 인하여 선형증폭기에 비하여 출력이 원음과 가까운 정도를 나타내는 충실도가 낮다는 단점이 있다.
이러한 이유로 오디오 앰프에 스위칭 증폭기를 채용함에 있어서는, 충분한 대역폭 및 낮은 스위칭 리플을 달성하고 출력 인덕터 및 필터의 사이즈를 최소화하기 위하여 스위칭 증폭기의 스위칭 주파수를 높게 설정하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 소정의 위상차로 스위칭하는 복수의 스위칭단을 구비한 스위칭 증폭기가 아이들 상태일 때 스위칭 듀티비를 제한함으로써 스위칭 바이어스 전류를 안정화시킴과 동시에 충실도를 높여 왜곡을 줄일 수 있는, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 아이들(idle) 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 스피커가 연결되는 출력단의 출력전압으로부터 궤환된 피드백 신호와 음원소스의 음원신호를 입력받아 그 차를 증폭하여 에러 신호로 출력하는 에러 앰프; 상기 에러 신호에 따라 펄스폭이 가변되는 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하고, 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호는 소정의 위상차를 갖고, 상기 제1 내지 제n 로우 구동신호는 소정의 위상차를 갖는 구동신호 생성부; 및 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호에 대응하여 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부(여기에서, n은 2 이상의 자연수)를 포함하고, 상기 구동신호 생성부는, 아이들(idle) 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 구성되는 듀티비 제한수단을 포함하고, 상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에는 상기 제1 내지 제n 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭부의 듀티비가 나머지 스위칭부의 듀티비와 상이하도록 제어하고, 상기 음원신호가 입력될 때에는 동일한 음원신호 레벨에서 상기 제1 내지 제n 스위칭부의 듀티비가 서로 동일하도록 제어하여, 아이들 스위칭 시에는 아이들 파워 손실을 감소시키고, 음원신호가 입력될 시에는 왜곡을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 제1 내지 제n 스위칭부 각각은, 대응하는 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호에 따라 스위칭하는 하이 스위치부, 및 대응하는 상기 제1 내지 제n 로우 구동신호에 따라 스위칭하는 로우 스위치부를 포함하고, 상기 하이 스위치부 또는 로우 스위치부 중 어느 하나의 턴온 구간은 다른 하나의 턴온 구간을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 구동신호 생성부는, 상기 소정의 위상차를 갖는 제1 내지 제n 삼각파 신호를 각각 발생하는 제1 내지 제n 삼각파 발생부; 상기 에러 신호를 반전하여 반전 에러 신호를 출력하는 반전 앰프; 및 상기 에러 신호 또는 상기 반전 에러 신호와 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호를 비교하여 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하는 제1 내지 제n 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 구동신호 생성부는, 상기 소정의 위상차를 갖는 제1 내지 제n 삼각파 신호를 각각 발생하는 제1 내지 제n 삼각파 발생부; 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호를 반전하여 제1 내지 제n 반전 삼각파 신호를 각각 출력하는 제1 내지 제n 인버터; 및 상기 에러 신호와, 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호 또는 상기 제1 내지 제n 반전 삼각파 신호를 비교하여 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하는 제1 내지 제n 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호에 오프셋 전압을 각각 부여하는 제1 내지 제n 오프셋 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 제1 내지 제n 오프셋 조정부는, 아이들 스위칭 시에 상기 오프셋 전압 중 적어도 하나는 상이하게 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호에 부여되도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 상기 에러 신호 및 반전 에러 신호에 오프셋 전압을 부여하기 위한 오프셋 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 듀티비 제한수단은, 상기 제1 내지 제n 구동부의 후단에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호의 상승 또는 하강 시의 기울기를 조정하도록 구성된 제1 내지 제n 기울기 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 제1 내지 제n 기울기 조정부는, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 구동부 중 적어도 하나에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기는 상기 제1 내지 제n 구동부 중 나머지 구동부에서 출력되는 상기 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기와 상이하게 조정할 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 상기 소정의 위상차는, 180°/n 으로 주어질 수 있다.
본 발명에 따른, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 소정의 위상차로 스위칭하는 복수의 스위칭단을 구비한 스위칭 증폭기가 아이들 상태일 때 스위칭 듀티비를 제한함으로써 스위칭 바이어스 전류를 안정화시킴과 동시에 충실도를 높여 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 스위칭부와 제2 스위칭부가 결합한 회로도이다.
도 3은 도 2의 제1 스위칭부와 제2 스위칭부가 결합된 경우의 동작 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동신호 생성부를 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 구동신호 생성부의 동작 파형도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 생성부를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 생성부의 동작 파형도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명에 따른, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기의 블록도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 스피커(600)가 연결되는 출력단(700)과, 출력단(700)의 출력전압으로부터 궤환된 피드백 신호와 음원소스(300)의 음원신호를 입력받아 그 차를 증폭하여 에러 신호(Vea)로 출력하는 에러 앰프(400)와, 소정의 위상차를 갖되 에러 신호(Vea)에 따라 펄스폭이 가변되는 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)를 출력하는 구동신호 생성부(200)와, 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)에 대응하여 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)(여기에서, n은 2 이상의 자연수)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 각각은, 대응하는 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1)에 따라 스위칭하는 하이 스위치부(111), 및 대응하는 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)에 따라 스위칭하는 로우 스위치부(112)를 포함하고, 하이 스위치부(111) 또는 로우 스위치부(112) 중 어느 하나의 턴온 구간은 다른 하나의 턴온 구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 각각은 스위칭 시의 턴온 구간의 듀티비가 크면 출력단(700)의 출력전압에 왜곡이 감소하는 장점이 있다. 그러나, 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 각각은 하이 스위치부(111) 또는 로우 스위치부(112) 중 어느 하나의 턴온 구간이 다른 하나의 턴온 구간을 포함하는 동작을 하므로, 듀티비가 필요 이상으로 커지면 하이 스위치부(111)에서 로우 스위치부(112) 측으로 흐르는 스위칭 바이어스 전류가 점차 증가하여 회로가 파손되는 상황이 초래될 수 있다. 또한, 듀티비가 커지면 증가한 스위칭 바이어스 전류로 인하여 아이들 상태에서 전력손실이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 스위칭 바이어스 전류를 안정화시켜 회로의 파손을 방지하고 아이들 파워를 저감하기 위하여, 본 발명의 구동신호 생성부(200)는, 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)의 아이들(idle) 스위칭 시에 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 구성되는 듀티비 제한수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 구동신호 생성부(200)는 도 4 내지 도 7을 이용하여 후술하기로 한다.
에러 앰프(400)는, 출력단(700)의 출력전압으로부터 궤환된 피드백 신호와 음원소스(300)로부터 입력된 음원신호를 입력받아 그 차를 증폭하여 에러 신호(Vea)로 출력하는 증폭기로서, 통상적인 연산 증폭기(OP amp)를 포함하여 이루어지거나, 트랜지스터와 같은 반도체 소자로 구성될 수 있다. 에러 앰프(400)는 피드백 신호와 음원신호의 차가 최소화되도록 에러 신호(Vea)를 출력한다. 이 경우에 피드백 신호는 출력단(700)의 출력전압을 저항으로 전압분배하는 피드백부(500)에 의하여 출력전압을 에러 앰프(400)의 입력단으로 궤환되고, 음원신호에 대한 출력전압의 증폭비는 피드백부(500)의 저항비에 의하여 결정된다.
구동신호 생성부(200)는, 상기의 에러 신호(Vea)에 따라 펄스폭이 가변되는 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)를 출력하여 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)를 구동하는 구성요소로서, 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1)는 각각이 소정의 위상차를 갖고, 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)도 각각이 소정의 위상차를 갖도록 구성된다. 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 중 제k 하이 구동신호와, 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2) 중 제k 로우 구동신호는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 제k 스위칭부의 하이 스위치부(111)와 로우 스위치부(112)를 각각 구동한다(여기에서, k는 1, 2, 3, …, n). 이 때, 제k 하이 구동신호와 제k 로우 구동신호는 제k 스위칭부의 하이 스위치부(111) 또는 로우 스위치부(112) 중 어느 하나의 턴온 구간은 다른 하나의 턴온 구간을 포함하도록 각각의 턴온 펄스 구간이 중복되는 파형을 갖도록 한다.
제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)는, 구동신호 생성부(200)에서 출력된 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)에 대응하여 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 구성요소로서, 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 각각은, 대응하는 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1)에 따라 스위칭하는 하이 스위치부(111), 및 대응하는 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)에 따라 스위칭하는 로우 스위치부(112)를 포함하여 구성된다.
이 때, 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 중 제k 하이 구동신호와, 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2) 중 제k 로우 구동신호는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 제k 스위칭부의 하이 스위치부(111)와 로우 스위치부(112)를 각각 구동한다. 여기에서, k는 1, 2, 3, …, n 사이의 값이고, 소정의 위상차 Δθ는 아래 수학식 1과 같이 주어지는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Δθ = 180°/n
또한, 본 발명에 따른, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 출력단(700)에 출력전류(Io)의 스위치 성분을 제거하고 음원 주파수 성분을 추출하기 위한 필터부(800)를 더 포함할 수 있다. 필터부(800)는 통상적으로 커패시터 또는 커패시터 및 인덕터와 저항의 조합으로 구성된다는 것은 이 기술분야에서 공지된 기술로 볼 수 있는바, 이하에서 구체적인 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 증폭기의 스위칭부가 제1 스위칭부(110)와 제2 스위칭부(120)로 이루어진 경우를 예시한 회로도이고, 도 3에는 도 2에 따른 제1 스위칭부(110)와 제2 스위칭부(120)의 동작 파형이 도시되어 있다.
본 발명에 따른, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)(여기에서, n은 2 이상의 자연수)를 포함하나, 설명의 편의를 위하여 도 2 및 도 3은 스위칭부가 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)로 이루어진 경우를 예시적으로 도시하고 있으며, 이를 기초로 스위칭부가 3개 이상인 경우는 통상의 기술자가 쉽게 도출할 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참고하면, 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)는 각각의 공통노드(N1)에서 인출된 제1 및 제2 스위칭 전류(Io1, Io2)가 결합되어 출력전류(Io)를 구성한다. 제1 스위칭부(110)를 구동하는 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와, 제2 스위칭부(120)를 구동하는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)는 소정의 위상차를 갖도록 구성된다. 도 2의 스위칭부는 2개로 구성되어 있으므로(n=2), 여기에서 소정의 위상차 Δθ는 수학식 1로부터 90°로 설정됨을 알 수 있다. 만약에 스위칭부가 3개로 구성되어 있다면(n=3), 이 때 소정의 위상차 Δθ는 60°로 설정되어야 될 것이다.
도 3을 보면, 제1 하이 구동신호(G11)와 제2 하이 구동신호(G21), 그리고 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 로우 구동신호(G22)는 90° 만큼의 위상차를 갖고, 이에 따라 제1 스위칭부(110)의 제1 스위칭 전류(Io1) 및 제2 스위칭부(120)의 제2 스위칭 전류(Io2)는 도 3에 도시된 바와 같은 파형을 갖게 된다. 또한, 출력전류(Io)는 제1 스위칭 전류(Io1)와 제2 스위칭 전류(Io2)를 합산한 전류이므로, 출력전류(Io)는 도 3의 하단에 도시된 것과 같은 파형을 갖게 될 것이다.
도 3에 도시된 출력전류(Io)를 보면, 출력전류(Io)는 하이 스위치부(111) 또는 로우 스위치부(112)의 스위칭 주기 동안 실질적으로 4개의 스위칭 주기를 갖는다. 다시 말하면, 도 2와 같이 스위칭부가 2개로 이루어진 경우에는 출력전류(Io)는 제1 스위칭부(110) 또는 제2 스위칭부(120)의 스위칭 주파수에 대하여 4배의 스위칭 주파수를 갖고 그에 따라 스위칭 리플 성분도 감소하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기가, 스위칭 주파수 f1으로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)로 구성되는 경우에는 최종 출력단(700)의 출력전류(Io)의 스위칭 주파수 fsw는 아래 수학식 2와 같이 2n·f1으로 주어진다.
[수학식 2]
fsw = 2n·f1 [Hz]
위의 수학식 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는 낮은 주파수로 스위칭하는 스위칭부를 복수 개 결합함으로써, 높은 스위칭 주파수로 스위칭하는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 높은 스위칭 주파수에 의하여 본 발명에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는 출력 인덕터 및 필터부(800)의 사이즈를 최소화할 수 있을 뿐 아니라 낮은 스위칭 리플 및 넓은 대역폭을 구현하여 왜곡이 낮은 고충실도의 출력특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 스위칭 증폭기의 스위칭부가 도 2에 도시된 것처럼 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)와 같이 2개의 스위칭부로 이루어진 경우에 도 3과 같은 출력전류(Io)를 얻기 위해서는 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)를 90°의 위상차를 가지고 스위칭시켜야 한다. 그리고 이를 위하여서는 본 발명에 따른 구동신호 생성부(200)는 도 3에 보인 바와 같이 서로 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 하이 구동신호(G11, G21)와 제1 및 제2 로우 구동신호(G12, G22)를 출력하는 것이 필요하다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 구동신호 생성부(200)는, 스위칭 바이어스 전류를 안정화시켜 회로의 파손을 방지하고 아이들 파워를 저감하기 위하여, 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)의 아이들(idle) 스위칭 시에 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하는 구성을 포함하도록 구성되는 듀티비 제한수단을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서, 듀티비 제한수단은 2가지 형태의 실시예가 예시적으로 제시되나, 그 구현방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)를 도시한 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)의 동작 파형도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 구동신호 생성부(200)는, 소정의 위상차를 갖는 제1 내지 제n 삼각파 신호를 각각 발생하는 제1 내지 제n 삼각파 발생부와, 에러 신호(Vea)를 반전하여 반전 에러 신호(-Vea)를 출력하는 반전 앰프(230)와, 에러 신호(Vea) 또는 반전 에러 신호(-Vea)와 제1 내지 제n 삼각파 신호를 비교하여 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)를 출력하는 제1 내지 제n 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
만약, 도 2에 도시된 것처럼 스위칭부가 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)로 구성된 경우를 예로 들면, 구동신호 생성부(200)는, 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)를 각각 발생하는 제1 및 제2 삼각파 발생부(241, 242)를 포함하는 삼각파 발생부(240)와, 에러 신호(Vea)를 반전하여 반전 에러 신호(-Vea)를 출력하는 반전 앰프(230)와, 에러 신호(Vea) 또는 반전 에러 신호(-Vea)와 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)를 비교하여 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 각각 출력하는 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 상세하게는, 제1 스위칭부(110)를 구동하기 위한 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)를 출력하는 제1 구동부(210)는, 에러 신호(Vea) 및 제1 삼각파 신호(Vtr1)를 비교하여 제1 하이 구동신호(G11)를 출력하는 제1 비교기(211)와, 반전 에러 신호(-Vea) 및 제1 삼각파 신호(Vtr1)를 비교하여 제1 로우 구동신호(G12)를 출력하는 제2 비교기(212)를 포함하고, 제2 스위칭부(120)를 구동하기 위한 제2 구동부(220)는, 에러 신호(Vea) 및 제2 삼각파 신호(Vtr2)를 비교하여 제2 하이 구동신호(G21)를 출력하는 제3 비교기(221)와, 반전 에러 신호(-Vea) 및 제2 삼각파 신호(Vtr2)를 비교하여 제2 로우 구동신호(G22)를 출력하는 제4 비교기(222)를 포함하여 구성된다.
여기에서, 에러 신호(Vea)는 제1 비교기(211) 및 제3 비교기(221)의 정입력단에 각각 입력되고, 상기 반전 에러 신호(-Vea)는 제2 비교기(212) 및 제4 비교기(222)의 정입력단에 각각 입력되고, 제1 삼각파 신호(Vtr1)는 제1 및 제2 비교기(211, 212)의 부입력단에 각각 입력되고, 제2 삼각파 신호(Vtr2)는 제3 및 제4 비교기(221, 222)의 부입력단에 각각 입력된다.
인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는 음원신호 및 출력전압이 제로인 아이들(idle) 상태에서 이론적으로는 50%의 듀티비로 동작한다. 다시 말하면, 아이들 상태에서 구동신호 생성부(200)는 50%의 듀티비를 갖도록 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 출력한다. 그러나, 실제의 동작조건에서는 삼각파의 비대칭, 회로 소자의 오차 및 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)의 스위치 소자의 턴온/턴오프의 미스매치 등으로 인하여 아이들 조건에서 턴온 구간이 50% 이상의 듀티비를 갖는 경우가 발생할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)의 스위치 소자들이 아이들 상태에서 50% 이상의 듀티비를 갖게 되는 실제 동작조건에서는 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)의 인덕터들이 자기적으로 충분히 리셋되지 아니하여 인덕터들에 동시에 흐르는 스위칭 바이어스 전류가 점점 증가하여 스위치 소자가 파괴될 수 있다. 따라서 이러한 상황을 방지하기 위하여 구동신호 생성부(200)는 아이들 상태에서 스위칭부의 턴온 듀티비가 50% 미만으로 조정되도록 제어할 필요가 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 구동신호 생성부(200)는, 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)의 아이들(idle) 스위칭 시에 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 구성되는 듀티비 제한수단를 포함할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티비 제한수단은, 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 오프셋 전압을 각각 부여하기 위한 제1 및 제2 오프셋 조정부(261, 262)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 및 제2 오프셋 조정부(261, 262)의 작용효과를 이해하기 위하여 도 5에 도시된 동작 파형을 살펴보면, 아이들 상태에서 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)는 제로 값을 갖는다. 오프셋 조정부를 적용하기 전에는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)가 점선 형태의 파형을 가지므로, 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)와 비교되어 오프셋 조정부가 적용되기 전에는 듀티비 50%를 갖는 점선 형태의 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)가 출력된다. 그러나 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 소정의 오프셋 전압을 부가하면, 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)는 실선 형태의 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)와 비교되어 실선 형태의 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 출력하게 되어 아이들 상태에서 듀티비를 50% 미만의 값으로 설정할 수 있다.
제1 및 제2 오프셋 조정부(261, 262)는, 아이들 상태에서 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 듀티비를 50% 미만의 값으로 설정하되 동일한 듀티비가 되도록 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 동일한 오프셋 전압을 각각 부여할 수 있다.
더 나아가, 제1 및 제2 오프셋 조정부(261, 262)는, 아이들 스위칭 시에 오프셋 전압 중 적어도 하나는 상이한 값으로 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 부여되도록 제어될 수 있다. 일반적으로 말하면, 제1 내지 제n 오프셋 조정부는, 아이들 스위칭 시에 오프셋 전압 중 적어도 하나는 상이한 값으로 제1 내지 제n 삼각파 신호에 부여되도록 제어될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 삼각파 신호(Vtr1)에 비하여 제2 삼각파 신호(Vtr2)에 더 큰 오프셋 전압이 부여되어 아이들 스위칭 상태에서 제2 구동부(220)에서 출력되는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 듀티비가 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)의 듀티비보다 더 작게 설정된다. 이 경우에는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 듀티비가 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)의 듀티비와 동일하게 설정된 경우보다 제2 스위칭부(120)의 턴온 구간이 줄어들게 되므로 아이들 파워도 그에 따라 감소하게 된다.
그러나, 스위칭부의 턴온 듀티비를 감소시키면 파워 손실은 줄일 수 있으나, 그에 따라 인덕터에 흐르는 전류가 불연속이 되는 불연속 전류구간이 증가함에 따라 왜곡 및 충실도가 나빠질 수 있다.
따라서, 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 적어도 하나의 듀티비가 나머지 듀티비와 상이하도록 제어하되, 음원신호가 입력될 때에는 동일한 음원신호 레벨에서 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)의 듀티비가 서로 동일하게 되는 오프셋 전압을 부여하도록 제어될 수 있다.
다시 말하면, 아이들 스위칭 시에는 제2 스위칭부(120)의 턴온 듀티비를 제1 스위칭부(110)보다 작게 설정하여 아이들 파워 손실을 개선하고, 음원신호가 입력되면 제2 스위칭부(120)의 턴온 듀티비를 증가시켜 제1 스위칭부(110)와 동일하게 함으로써 왜곡을 줄여 충실도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명에서 도 4 및 도 5는 구동신호 생성부(200)의 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 오프셋 전압을 부가한 예시를 보여주고 있으나, 오프셋 조정부는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2) 대신에 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)에 오프셋 전압을 부여하도록 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구동신호 생성부(200)는, 도면에 도시하지는 아니하였으나 도 4에 도시된 구성과는 다르게, 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)를 각각 발생하는 제1 및 제2 삼각파 발생부(241, 242)와, 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)를 반전하여 제1 및 제2 반전 삼각파 신호를 각각 출력하는 제1 및 제2 인버터와, 에러 신호(Vea)와 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2) 또는 제1 및 제2 반전 삼각파 신호를 비교하여 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 각각 출력하는 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 포함하여 구성하는 것도 가능하다.
더욱 상세하게는, 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)를 출력하는 제1 구동부(210)는, 에러 신호(Vea) 및 제1 삼각파 신호(Vtr1)를 비교하여 제1 하이 구동신호(G11)를 출력하는 제1 비교기(211)와, 에러 신호(Vea) 및 제1 반전 삼각파 신호를 비교하여 제1 로우 구동신호(G12)를 출력하는 제2 비교기(212)를 포함하고, 제2 구동부(220)는, 에러 신호(Vea) 및 제2 삼각파 신호(Vtr2)를 비교하여 제2 하이 구동신호(G21)를 출력하는 제3 비교기(221)와, 에러 신호(Vea) 및 제2 반전 삼각파 신호를 비교하여 제2 로우 구동신호(G22)를 출력하는 제4 비교기(222)를 포함하여 구성된다. 이 때, 에러 신호(Vea)는 제1 및 제3 비교기(211, 221)의 정입력단 및 제2 및 제4 비교기(212, 222)의 부입력단에 각각 입력되고, 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)는 제1 및 제3 비교기(211, 221)의 부입력단에 각각 입력되고, 제1 및 제2 반전 삼각파 신호는 제2 및 제4 비교기(212, 222)의 정입력단에 각각 입력되는 구성일 수 있다.
이처럼, 에러 신호(Vea)와 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2) 또는 제1 및 제2 반전 삼각파 신호를 비교하여 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 각각 출력하는 구성에도 오프셋 조정부를 적용할 수 있다.
도면에 도시하지는 아니하였지만, 이 경우에는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)와, 제1 및 제2 반전 삼각파 신호에 오프셋 전압을 각각 부여하도록 위한 오프셋 조정부를 부가할 수 있으며, 이때 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)에 부가되는 오프셋 전압과 제1 및 제2 반전 삼각파 신호에 부가되는 오프셋 전압은 부호는 서로 반대인 것이 바람직하다.
상술한 발명의 설명과 도면에서는 본 발명에 따른, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기가 2개의 스위칭부를 갖는 경우, 즉 제1 및 제2 스위칭부(110, 120)를 갖는 실시예를 위주로 설명하였으나, 그 이상의 스위칭부를 포함하여 구성하는 것도 가능하고 이를 통하여 더 높은 스위칭 주파수와 더 낮은 리플 성분을 얻는 것도 가능하다. 스위칭부를 3개 이상으로 구성하는 것은 도면 및 이에 관한 설명으로부터 통상의 기술자가 단순 설계변경으로 도출할 수 있는 것은 자명하다할 것이다.
또한, 듀티비 제한수단으로서 오프셋 조정부가 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)의 다양한 구조는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)에 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)를 도시한 블록도이고, 도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 생성부(200)의 동작 파형도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기의 듀티비 제한수단은, 제1 및 제2 구동부(210, 220)의 후단에 설치되고, 제1 및 제2 구동부(210, 220)의 제1 및 제3 비교기(211, 221)에서 출력되는 제1 및 제2 구동부 하이신호(D11, D21)와, 제2 및 제4 비교기(212, 222)에서 출력되는 제1 및 제2 구동부 로우신호(D12, D22)의 상승 또는 하강 시의 기울기를 조정하여 제1 및 제2 하이 구동신호(G11, G21)와 제1 및 제2 로우 구동신호(G12, G22)를 출력하는 제1 및 제2 기울기 조정부(271, 272)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
스위칭부가 3개 이상인 경우에 대하여 일반적으로 말하면, 듀티비 제한수단은, 제1 내지 제n 구동부의 후단에 전기적으로 연결되고, 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1) 및 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)의 상승 또는 하강 시의 기울기를 조정하도록 구성된 제1 내지 제n 기울기 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 구동부(210, 220)의 하이 구동신호와 로우 구동신호의 기울기를 완만하게 하면, 하이 구동신호와 로우 구동신호에 의하여 스위칭이 제어되는 스위칭부의 스위치들은 턴온 듀티비가 실질적으로 줄어드는 효과가 있다.
또한, 스위칭부를 구성하는 스위치들의 타입에 따라 하이 구동신호와 로우 구동신호의 상승 기울기를 조정할 것인지 하강 기울기를 조정할 것인지 결정할 수 있다. 예를 들어 스위치가 N채널 스위치인 경우에는 구동신호의 상승 기울기를 조정하고, 반대로 P채널 타입 스위치인 경우에는 구동신호의 하강 기울기를 조정하여 턴온 듀티비를 조절할 수 있다.
제1 및 제2 기울기 조정부(271, 272)의 동작원리를 이해하기 위하여 도 7에 도시된 동작 파형을 살펴보면, 아이들 상태에서 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)는 제로 값을 갖는다. 에러 신호(Vea) 및 반전 에러 신호(-Vea)는 제1 및 제2 삼각파 신호(Vtr1, Vtr2)와 비교되므로 제1 및 제2 구동부(210, 220)는 듀티비 50%를 갖는 점선 형태의 제1 및 제2 구동부 하이신호(D11, D21)와 제1 및 제2 구동부 로우신호(D12, D22)를 출력한다.
그러나 제1 및 제2 구동부(210, 220)의 후단에 제1 및 제2 기울기 조정부(271, 272)를 적용하면, 제1 및 제2 기울기 조정부(271, 272)는, 점선 형태의 제1 및 제2 구동부 하이신호(D11, D21)와 제1 및 제2 구동부 로우신호(D12, D22)의 기울기가 완만하게 조정된 실선 형태의 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)와 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)를 출력하게 되어 아이들 상태에서 듀티비를 50% 미만의 값으로 설정할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 내지 제n 기울기 조정부는, 아이들 상태에서 각 구동부에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 듀티비를 50% 미만의 값으로 설정하되, 서로 동일한 듀티비가 되도록 각 구동부에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기를 동일한 기울기로 조정할 수 있다.
더 나아가, 제1 내지 제n 기울기 조정부는, 아이들 스위칭 시에 제1 내지 제n 구동부 중 적어도 하나에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기는 제1 내지 제n 구동부 중 나머지 구동부에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기와 상이하게 조정되도록 제어할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 구동부(210)에서 출력되는 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)에 비하여 제2 구동부(220)에서 출력되는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 기울기가 더 완만하게 조정되어 아이들 스위칭 상태에서 제2 구동부(220)에서 출력되는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 듀티비가 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)의 듀티비보다 더 작게 설정된다. 이 경우에는 제2 하이 구동신호(G21) 및 제2 로우 구동신호(G22)의 듀티비가 제1 하이 구동신호(G11) 및 제1 로우 구동신호(G12)의 듀티비와 동일하게 설정된 경우보다 제2 스위칭부(120)의 턴온 구간이 줄어들게 되므로 아이들 파워도 그에 따라 감소하게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서 언급했던 바와 같이, 스위칭부의 턴온 듀티비를 감소시키면 파워 손실은 줄일 수 있으나, 그에 따라 인덕터에 흐르는 전류가 불연속이 되는 불연속 전류구간이 증가함에 따라 왜곡 및 충실도가 나빠질 수 있다.
따라서, 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 적어도 하나의 듀티비가 나머지 듀티비와 상이하도록 제어하되, 음원신호가 입력될 때에는 동일한 음원신호 레벨에서 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)의 듀티비가 서로 동일하게 되도록 제1 내지 제n 하이 구동신호(G11, G21, …, Gn1)와 제1 내지 제n 로우 구동신호(G12, G22, …, Gn2)의 기울기를 조정할 수 있다.
도 6을 예로 들어 다시 말하면, 아이들 스위칭 시에는 제2 스위칭부(120)의 턴온 듀티비를 제1 스위칭부(110)보다 작게 설정하여 아이들 파워 손실을 개선하고, 음원신호가 입력되면 제2 스위칭부(120)의 턴온 듀티비를 증가시켜 제1 스위칭부(110)와 동일하게 함으로써 왜곡을 줄여 충실도를 높일 수 있는 효과가 있다.
듀티비 제한수단으로서 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 조정부는 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 조정부의 대안으로서 적용될 수 있으나, 오프셋 조정부에 부가하여 사용되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 적어도 하나의 듀티비가 나머지 듀티비와 상이하도록 제어하되, 음원신호가 입력될 때에는 동일한 음원신호 레벨에서 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)의 듀티비가 서로 동일하게 되는 오프셋 전압을 부여하도록 제어될 수 있다.
극단적으로는, 아이들 스위칭 시에는 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190) 중 적어도 하나의 듀티비는 제로로 되어 있다가(즉, 스위칭 동작이 정지되어 있다가), 음원신호가 입력될 때에는 제로였던 듀티비가 회복되어(즉, 스위칭 동작이 재개되어) 동일한 음원신호 레벨에서 제1 내지 제n 스위칭부(110, 120, 190)의 듀티비가 서로 동일하게 되도록 제어하는 것도 가능하다.
상술한 구성을 통하여, 본 발명에 따른, 아이들 파워를 개선한 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기는, 소정의 위상차로 스위칭하는 복수의 스위칭단을 구비한 스위칭 증폭기가 아이들 상태일 때 스위칭 듀티비를 제한함으로써 스위칭 바이어스 전류를 안정화시킴과 동시에 충실도를 높여 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제1 스위칭부 111: 하이 스위치부
112: 로우 스위치부 120: 제2 스위칭부
190: 제n 스위칭부 200: 구동신호 생성부
210: 제1 구동부 211, 212: 제1 및 제2 비교기
220: 제2 구동부 221, 222: 제3 및 제4 비교기
230: 반전 앰프 240: 삼각파 발생부
241, 242: 제1 및 제2 삼각파 발생부
261, 262: 제1 및 제2 오프셋 조정부
271, 272: 제1 및 제2 기울기 조정부
300: 음원소스
400: 에러 앰프 500: 피드백부
600: 스피커 700: 출력단
800: 필터부 N1: 공통노드
G11, G21, …, Gn1: 제1 내지 제n 하이 구동신호
G12, G22, …, Gn2: 제1 내지 제n 로우 구동신호
D11, D21: 제1 및 제2 구동부 하이신호
D12, D22: 제1 및 제2 구동부 로우신호
Vea: 에러 신호 -Vea: 반전 에러 신호
Vtr1, Vtr2: 제1 및 제2 삼각파 신호

Claims (11)

  1. 스피커가 연결되는 출력단의 출력전압으로부터 궤환된 피드백 신호와 음원소스의 음원신호를 입력받아 그 차를 증폭하여 에러 신호로 출력하는 에러 앰프;
    상기 에러 신호에 따라 펄스폭이 가변되는 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하고, 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호는 소정의 위상차를 갖고, 상기 제1 내지 제n 로우 구동신호는 소정의 위상차를 갖는 구동신호 생성부; 및
    상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호에 대응하여 각각이 소정의 위상차로 스위칭하는 제1 내지 제n 스위칭부(여기에서, n은 2 이상의 자연수)를 포함하고,
    상기 구동신호 생성부는, 아이들(idle) 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 구성되는 듀티비 제한수단을 포함하고,
    상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에는 상기 제1 내지 제n 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭부의 듀티비가 나머지 스위칭부의 듀티비와 상이하도록 제어하고, 상기 음원신호가 입력될 때에는 동일한 음원신호 레벨에서 상기 제1 내지 제n 스위칭부의 듀티비가 서로 동일하도록 제어하여, 아이들 스위칭 시에는 아이들 파워 손실을 감소시키고, 음원신호가 입력될 시에는 왜곡을 감소시키는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 스위칭부 각각은, 대응하는 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호에 따라 스위칭하는 하이 스위치부, 및 대응하는 상기 제1 내지 제n 로우 구동신호에 따라 스위칭하는 로우 스위치부를 포함하고,
    상기 하이 스위치부 또는 로우 스위치부 중 어느 하나의 턴온 구간은 다른 하나의 턴온 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동신호 생성부는,
    상기 소정의 위상차를 갖는 제1 내지 제n 삼각파 신호를 각각 발생하는 제1 내지 제n 삼각파 발생부;
    상기 에러 신호를 반전하여 반전 에러 신호를 출력하는 반전 앰프; 및
    상기 에러 신호 또는 상기 반전 에러 신호와 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호를 비교하여 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하는 제1 내지 제n 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동신호 생성부는,
    상기 소정의 위상차를 갖는 제1 내지 제n 삼각파 신호를 각각 발생하는 제1 내지 제n 삼각파 발생부;
    상기 제1 내지 제n 삼각파 신호를 반전하여 제1 내지 제n 반전 삼각파 신호를 각각 출력하는 제1 내지 제n 인버터; 및
    상기 에러 신호와, 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호 또는 상기 제1 내지 제n 반전 삼각파 신호를 비교하여 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호를 출력하는 제1 내지 제n 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호에 오프셋 전압을 각각 부여하는 제1 내지 제n 오프셋 조정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 오프셋 조정부는, 아이들 스위칭 시에 상기 오프셋 전압 중 적어도 하나는 상이하게 상기 제1 내지 제n 삼각파 신호에 부여되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 듀티비 제한수단은, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 스위칭부가 턴온되는 듀티비를 50% 미만으로 제한하도록 상기 에러 신호 및 반전 에러 신호에 오프셋 전압을 부여하기 위한 오프셋 조정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 듀티비 제한수단은, 상기 제1 내지 제n 구동부의 후단에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 내지 제n 하이 구동신호 및 제1 내지 제n 로우 구동신호의 상승 또는 하강 시의 기울기를 조정하도록 구성된 제1 내지 제n 기울기 조정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 기울기 조정부는, 아이들 스위칭 시에 상기 제1 내지 제n 구동부 중 적어도 하나에서 출력되는 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기는 상기 제1 내지 제n 구동부 중 나머지 구동부에서 출력되는 상기 하이 구동신호 및 로우 구동신호의 기울기와 상이하게 조정하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 위상차는, 180°/n 으로 주어지는 것을 특징으로 하는 인터리브드 복수 위상 스위칭 증폭기.
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