이 현대 세계에서 오디오 시스템에서 오디오 증폭의 주요 목표는 주어진 입력 신호를 정확하게 재생하고 증폭하는 것입니다. 그리고 가장 큰 과제 중 하나는 가능한 한 최소한의 전력 손실로 높은 출력 전력을 갖는 것입니다. 클래스 D 앰프 기술은 전력 손실이없고 무게가 이전보다 적은 고출력을 제공함으로써 라이브 사운드 세계에 점점 더 많은 영향을 미치고 있습니다. 요즘 휴대용 음악 장치의 외부 사운드에 대한 수요가 증가함에 따라 휴대용 음악 장치가 점점 인기를 얻고 있습니다.
오디오 증폭은 때때로 튜브 앰프 기술로 이루어 지지만 크기가 크고 휴대용 전자 사운드 시스템에는 적합하지 않습니다. 대부분의 오디오 증폭 요구에 대해 엔지니어는 선형 모드에서 트랜지스터를 사용하여 작은 입력을 기반으로 스케일링 된 출력을 생성하도록 선택합니다. 선형 동작의 트랜지스터는 지속적으로 전도하고 열을 생성하며 전력을 소비하기 때문에 이것은 오디오 증폭기에 가장 적합한 설계가 아닙니다. 이러한 열 손실은 선형 모드가 배터리로 작동하는 휴대용 오디오 애플리케이션에 적합하지 않은 주된 이유입니다. 있습니다 다양한 종류의 오디오 증폭기 A, B, AB, C, D, E 및 F. 이들은 선형 및 스위칭의 두 가지 작동 모드로 분류됩니다.
클래스 D 증폭기
선형 모드 전력 증폭기 – 클래스 A, B, AB 및 클래스 C는 모두 선형 모드 증폭기입니다. 입력에 비례하는 출력이 있습니다. 선형 모드 증폭기는 포화되지 않거나 완전히 켜지거나 완전히 꺼지지 않습니다. 트랜지스터는 항상 전도하기 때문에 열이 발생하고 지속적으로 전력을 소비합니다. 이것이 선형 증폭기가 스위칭 증폭기에 비해 효율성이 낮은 이유입니다. 스위칭 증폭기 -Class D, E 및 F는 스위칭 증폭기입니다. 이론적으로는 100 %가되어야하는 효율이 더 높습니다. 이는 열 발산으로 인한 에너지 손실이 없기 때문입니다.
클래스 D 증폭기는 무엇입니까?
클래스 D 증폭기는 스위칭 증폭기이며 'ON'상태에있을 때 전류를 전도하지만 스위치 전체에 거의 제로 전압을 가지므로 전력 소비로 인해 열이 방출되지 않습니다. 'OFF'모드에있을 때 공급 전압은 MOSFET 그러나 전류 흐름이 없기 때문에 스위치는 전력을 소비하지 않습니다. 증폭기는 누설 전류를 고려하지 않는 경우 켜짐 / 꺼짐 전환 중에 만 전력을 소비합니다. 다음 단계로 구성된 클래스 D 증폭기 :
- PMW 변조기
- 스위칭 회로
- 출력 저역 통과 필터
클래스 D 증폭기의 블록 다이어그램
PMW 변조기
비교기로 알려진 회로 구성 요소가 필요합니다. 비교기에는 입력 A와 입력 B라는 두 개의 입력이 있습니다. 입력 A가 입력 B보다 전압이 높을 때 비교기의 출력은 최대 양의 전압 (+ Vcc)으로 이동합니다. 입력 A가 입력 B보다 전압이 낮 으면 비교기의 출력은 최대 음의 전압 (-Vcc)으로 이동합니다. 아래 그림은 비교기가 작동하는 방법 클래스 D 앰프에서. 증폭 할 신호와 함께 하나의 입력 (입력 A 단자로 사용)이 제공됩니다. 다른 입력 (입력 B)에는 정확하게 생성 된 삼각파가 제공됩니다. 신호의 레벨이 삼각파보다 순간적으로 높으면 출력이 양수가됩니다. 신호가 삼각파보다 레벨이 순간적으로 낮 으면 출력이 음이됩니다. 그 결과 펄스 폭이 순간 신호 레벨에 비례하는 일련의 펄스가 생성됩니다. 이것은 '펄스 폭 변조'또는 PWM .
PMW 변조기
스위칭 회로
비교기의 출력은 입력 오디오 신호의 디지털 표현이지만 부하 (스피커)를 구동 할 전력이 없습니다. 이 스위칭 회로의 임무는 증폭기에 필수적인 충분한 전력 이득을 제공하는 것입니다. 스위칭 회로는 일반적으로 MOSFET을 사용하여 설계됩니다. 스위칭 회로가 겹치지 않는 신호를 생성하도록 설계하는 것이 매우 중요합니다. 그렇지 않으면 공급 장치를 접지로 바로 단락 시키거나 공급 장치를 단락시키는 분할 공급 장치를 사용하는 경우 문제가 발생합니다. 이를 슛 스루라고하지만 MOSFET에 겹치지 않는 게이트 신호를 도입하여 방지 할 수 있습니다. 겹치지 않는 시간을 데드 타임이라고합니다. 이러한 신호를 설계 할 때 정확한 저 왜곡 출력 신호를 유지하려면 데드 타임을 가능한 한 짧게 유지해야하지만 두 MOSFET이 동시에 전도되지 않도록 충분히 길어야합니다. MOSFET이 선형 모드에있는 시간도 줄여야하므로 MOSFET이 동시에 전도하는 것이 아니라 동기식으로 작동하는 데 도움이됩니다.
이 애플리케이션의 경우 설계의 전력 이득으로 인해 전력 MOSFET을 사용해야합니다. 클래스 D 증폭기는 고효율을 위해 사용되지만 MOSFET에는 기생하는 내장 바디 다이오드가있어 데드 타임 동안 전류가 계속 프리휠 할 수 있습니다. 쇼트 키 다이오드를 MOSFET의 드레인 및 소스에 병렬로 추가하여 MOSFET을 통한 손실을 줄일 수 있습니다. 이것은 손실을 줄입니다. 쇼트 키 다이오드 MOSFET의 바디 다이오드보다 빠르므로 데드 타임 동안 바디 다이오드가 전도되지 않습니다. 고주파수로 인한 손실을 줄이려면 MOSFET과 병렬로 연결된 쇼트 키 다이오드가 실용적이고 필요합니다. 이 쇼트 키는 전원을 끄기 전에 MOSFET 양단의 전압을 보장합니다. MOSFET 및 출력단의 전반적인 작동은 동기식 작동과 유사합니다. 벅 컨버터 . 스위칭 회로의 입력 및 출력 파형은 아래 그림과 같습니다.
스위칭 회로
출력 저역 통과 필터
클래스 D 증폭기의 마지막 단계는 스위칭 신호 주파수의 고조파를 감쇠 및 제거하는 출력 필터입니다. 이것은 일반적인 저역 통과 필터 배열로 수행 할 수 있지만 가장 일반적인 것은 인덕터와 커패시터 조합입니다. -40dB / Decade 롤오프를 갖도록 2 차 필터가 필요합니다. 차단 주파수의 범위는 사람이 20kHz 이상의 소리를들을 수 없기 때문에 20kHz에서 약 50kHz 사이입니다. 아래 그림은 2 차 버터 워스 필터를 보여줍니다. Butterworth 필터를 선택하는 주된 이유는 최소한의 구성 요소가 필요하고 날카로운 차단 주파수로 평탄한 응답을 제공하기 때문입니다.
출력 저역 통과 필터
클래스 D 증폭기의 응용
별도의 방열판 배열이 없기 때문에 휴대용 장치에 더 적합합니다. 휴대가 간편합니다. 고전력 클래스 D 증폭기는 다음과 같은 많은 소비자 가전 응용 제품에서 표준이되었습니다.
- 텔레비전 세트 및 홈 시어터 시스템.
- 대량 가전
- 헤드폰 증폭기
- 모바일 기술
- 자동차
따라서 이것은 클래스 D 앰프 작동 및 응용에 관한 것입니다. 이 개념을 더 잘 이해 하셨기를 바랍니다. 또한이 개념에 관한 질문이나 전기 및 전자 프로젝트 , 아래 댓글 섹션에 댓글을 달아 의견을 보내주세요. 여기에 질문이 있습니다. 클래스 D 증폭기의 용도는 무엇입니까?
