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한 시간 동안 재생한 후 500W 전원 스피커 뒷면에 손을 올려보세요. 클래스 A 또는 클래스 AB 디자인은 일반적으로 너무 뜨거워서 만질 수 없습니다. 클래스 D 앰프는 종종 따뜻합니다. 그 한 가지 차이점이 중요한 것의 대부분을 설명합니다.
클래스 D 증폭기는 스위칭 증폭기입니다. 출력 트랜지스터는 고주파수에서 완전히 켜지거나 완전히 꺼지게 구동되며, 오디오 정보는 장치의 선형 작동 지점이 아닌 해당 펄스의 폭에 따라 전달됩니다. 출력의 LC 저역 통과 필터는 스위칭 캐리어를 제거하고 증폭된 오디오를 남깁니다. 트랜지스터는 거의 선형 영역에 위치하지 않기 때문에 열로 전환되는 에너지는 거의 없습니다. 일반적인 효율은 클래스 A의 경우 약 25-30%, 클래스 AB의 경우 50-70%에 비해 80%-95% 사이입니다.
클래스 D 증폭기란 정확히 무엇입니까?
문자 D는 "디지털"을 의미하지 않습니다. 이는 단순히 증폭기 클래스 시퀀스의 다음 문자이며 클래스 D 단계 내부의 오디오 경로는 아날로그입니다. 즉, 1과 0의 스트림이 아닌 펄스 폭 변조(PWM) 프로세스입니다. 최신 파워드 스피커에서 진정한 디지털은 일반적으로 앰프 자체가 아니라 앰프에 전원을 공급하는 DSP입니다.
일반적인 클래스 D 전력 증폭기 모듈에는 5개의 기능 블록이 포함되어 있습니다.
- 펄스폭 변조기 - 수신 오디오를 고주파 삼각 반송파와 비교하고 듀티 사이클이 순간 신호 레벨을 따르는 구형파를 생성합니다.
- 게이트 드라이버 및 MOSFET 출력단 - 하프 브리지로 배열되거나 더 높은 전력에서는 풀 브리지(BTL) 구성으로 배열되어 수백 kHz에서 공급 레일을 전환합니다.
- LC 출력 필터 - 펄스열을 다시 오디오 파형으로 평균화하고 잔류물을 드라이버에서 멀어지게 전환합니다.
- 피드백 네트워크 - 출력을 샘플링하고 오류를 수정합니다. 이는 깨끗한 클래스 D 디자인과 거친 디자인을 구분하는 것입니다.
- 스위치 모드 전원 공급 장치 - 넓은 AC 입력 범위에 걸쳐 레일을 안정적으로 유지하는 전문 모듈의 PFC 프런트 엔드와 LLC 공진 스테이지가 있는 경우가 많습니다.
A - PFC 및 LLC 공진 전원 공급 장치 B - PWM 변조기 및 게이트 드라이버; C - MOSFET 출력단; D - 피드백이 있는 LC 출력 필터.
클래스 D 증폭기의 작동 방식(단계별)
- 입력 컨디셔닝. 라인 또는 밸런스 입력은 버퍼링되며 DSP 장착 모듈에서는 전력단 이전에 EQ, 크로스오버, 제한 및 지연을 통과합니다.
- 조정. 비교기는 오디오를 삼각형 캐리어와 믹싱합니다. 시끄러운 통로는 넓은 펄스를 생성합니다. 침묵은 필터의 평균이 0이 되는 50% 듀티 사이클을 생성합니다.
- 스위칭. 게이트 드라이버는 데드 타임을 삽입하여 MOSFET을 하드 온 및 하드 오프로 전환하므로 하프 브리지의 두 장치가 동시에 작동하지 않습니다.
- 재건. LC 필터는 오디오를 통과시키고 반송파를 차단합니다. 컷오프는 20kHz보다 훨씬 높지만 스위칭 주파수보다 훨씬 낮습니다.
- 오류 수정. 피드백은 출력의 스케일링된 복사본을 변조기로 반환하여 왜곡을 낮추고 터미널의 감쇠 계수를 향상시킵니다.
결과가 깨끗한지 거친지 여부를 결정하는 두 가지 세부 사항은 스위칭 주파수와 루프 설계입니다. 스위칭 주파수를 높이면 필터가 줄어들고 고주파 동작이 향상되지만 스위칭 손실과 EMI가 증가합니다. 사전 필터 피드백은 간단하지만 부하에 민감합니다. 포스트 필터 피드백은 필터 자체 오류를 수정하며 4Ω 또는 8Ω 부하에서 균일하게 유지되어야 하는 모듈의 표준입니다.
클래스 D 대 클래스 A, AB 및 H: 실제로 변경되는 사항
수업은 품질 평가가 아닙니다. 출력 장치의 작동 방식과 단일 선택에 따라 효율성, 열, 캐비닛 크기 및 전원 공급 장치 비용이 결정되는 방식을 설명합니다.
| 수업 | 출력 장치의 작동 방식 | 일반적인 효율성 | 방열판 및 방열판 | 아직도 어디서 만나요? |
|---|---|---|---|---|
| A | 100% 시간을 수행 | 25-30% | 크고 무겁다 | 소신호 및 고급 하이파이 |
| AB | 50~100%의 시간을 수행함 | 50-70% | 보통 | 아날로그 파워 믹서, 가치 있는 스피커 |
| H | 레일 전압이 신호를 추적합니다. | 65-80% | 보통, U-shaped aluminium radiators | 고출력 서브우퍼, 투어링 랙 |
| D | 켜고 끄기 | 80-95% | 소형, 종종 섀시 자체 | 파워 스피커, 서브우퍼, 라인 어레이 |
격차는 빠르게 악화됩니다. 90% 효율에서 1000W 모듈은 대략 110W를 열로 전환합니다. 55%에서 동일한 출력은 800W 이상의 열을 의미합니다. 이것이 팬이 없는 성형 캐비닛과 강제 냉각 기능이 있는 랙 장치의 차이점입니다.
클래스 D는 EMI, 부하에 따른 주파수 응답 및 대역 상단 근처의 높은 왜곡으로 인해 한때 무시되었습니다. 이러한 불만은 낮은 스위칭 주파수와 사전 필터 피드백에서 발생했으며 대부분 엔지니어링되었습니다. 오늘날 클래스 라벨보다 더 중요한 것은 루프 토폴로지, 스위칭 주파수, 전원 공급 장치 품질 및 열 설계와 같은 구현입니다.
클래스 D가 파워 스피커 또는 서브우퍼에 속하는 경우
OEM 제작 액티브 라우드스피커의 경우 일반적으로 캐비닛이 결정을 내립니다. 컬럼 스피커 또는 성형된 양방향 박스에는 선형 공급 장치와 대형 방열판을 위한 공간이 없으므로 예를 들어 저주파 드라이버에 400W, 고주파 드라이버에 100W를 제공하는 단일 스위칭 보드가 실용적인 해답입니다. 동일한 논리가 BTL 서브우퍼 채널에도 적용됩니다. 여기서 하나의 모듈은 팬 없이 4개 수치의 전력량을 8Ω 부하에 밀어넣을 수 있습니다.
세 가지 모듈 제품군이 해당 분야의 대부분을 다루고 있습니다.
EON520: LP400W HP100W PFC LLC 공진 넓은 전압 클래스 D 전력 증폭기 모듈 ● PFC LLC 공진을 갖춘 고효율 스위칭 전원 공급 장치: 800W ● 자체 적응형 넓은 전압 입력: 100V-240V ● 중간 및 저주파 전력 증폭기: CLASS D 40... 제품보기 → 
EON522SUB: LP 500W/4ohm LLC 공진형 액티브 서브우퍼 전력 증폭기 모듈 ●LLC 공진 고효율 및 고신뢰성 스위칭 전원 공급 장치: 800W ●베이스 증폭기: CLASS D 500W-4Ω ●U자형 알루미늄 라디에이터, 안정적인 전원 출력, ... 제품보기 → 
EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro 오디오 BTL 서브우퍼 전력 증폭기 모듈 ●LLC 공진 고효율 및 고신뢰성 스위칭 전원 공급 장치: 1800W ●BTL 전력 증폭기: CLASS D 1500W-8Ω ●U자형 알루미늄 라디에이터, 안정적인 전력 출력... 제품보기 → 모듈을 변환기에 일치시키는 것은 전력량을 일치시키는 것만큼 중요합니다. 양방향 모듈은 저역 통과 채널과 고역 통과 채널을 결합하고 HF 드라이버에 적합한 크로스오버 지점을 기대합니다. 서브우퍼 모듈은 대역 제한 입력과 설계된 부하 임피던스를 예상합니다. 불일치하는 임피던스와 크로스오버 포인트는 클래스 D 모듈이 벤치에서는 잘 측정되고 캐비닛 내부에서는 잘못된 소리가 나는 가장 일반적인 이유입니다.
클래스 D 모듈을 지정하기 전에 확인해야 할 사항
실제로 사용하는 부하에서의 효율성
데이터시트는 하나의 작동 지점에서 최대 효율을 나타냅니다. 부하 임피던스가 떨어지면 효율도 떨어지므로 정격 전력의 10%~100%, 4ohm, 8ohm 및 브리지 부하에 대한 곡선을 요청하십시오.
THD N 및 잔류 잡음
0.05% THD N 이하는 최신 모듈의 일반적인 목표입니다. 조용한 청취실에서는 잔류 소음이 왜곡보다 더 중요하므로 헤드라인 수치만 확인하기보다는 가중치가 적용되지 않은 소음 수준을 확인하십시오. 토폴로지를 더 폭넓게 비교하려면 앰프 수업 가이드 A, AB, D, H를 나란히 덮습니다.
스위칭 주파수, EMI 및 데드 타임
스위칭 주파수가 높을수록 필터는 더 작아지고 고주파수 성능은 향상되지만 데드타임 제어는 더욱 엄격해지고 PCB 레이아웃은 더욱 신중해집니다. 모듈이 라디오 튜너나 무선 마이크 수신기 근처에 있을 경우 전도 및 방사 EMI 데이터를 요청하세요.
전원 공급 장치 토폴로지 및 보호
PFC와 LLC 공진은 넓은 전압 작동과 안정적인 레일을 위한 일반적인 해답입니다. 과전류, 과전압, DC 오프셋 및 과열 보호가 포함되어 있는지 확인하고 공칭 주전원에서만이 아닌 브라운아웃 시 어떤 일이 발생하는지 확인하십시오.
표준 부품이 캐비닛, 부하 또는 DSP 기능 목록에 맞지 않는 경우 실용적인 경로는 기존 플랫폼을 조정하는 것입니다. 맞춤형 앰프 모듈 개발 일반적으로 처음부터 새로운 앰프를 설계하는 대신 입증된 전력 스테이지에서 시작하여 출력 채널, EQ 모드 및 인터페이스를 조정합니다.
클래스 D 증폭기 FAQ
Q1. 클래스 D 증폭기는 무엇을 위해 사용됩니까?
파워드 스피커, 액티브 서브우퍼, 라인 어레이 모듈, 휴대용 배터리 스피커 및 자동차 오디오 등 어디에서나 고출력 전력을 사용하려면 냉각이 제한된 소형 인클로저에 적합해야 합니다.
Q2. 클래스 D 증폭기가 클래스 AB 증폭기보다 낫습니까?
고전력 구동 시스템의 경우 일반적으로 그렇습니다. 효율성이 향상되고 발열이 적으며 설치 공간이 작아집니다. 클래스 AB는 저전력 아날로그 설계와 단순한 EMI 프로파일을 중요하게 생각하는 엔지니어에게 합리적인 선택입니다.
Q3. 클래스 D 앰프의 소리가 거칠거나 왜곡됩니까?
초기 모델이 그랬습니다. 포스트 필터 피드백과 수백 kHz의 스위칭 주파수를 사용하는 최신 모듈은 오디오 대역 전체에서 THD N을 거의 0.05%로 유지하며, 이는 대체하는 아날로그 증폭기와 비슷합니다.
Q4. 클래스 D 전력 증폭기 모듈의 효율성은 얼마나 됩니까?
일반적으로 정격 출력에서 80-95%입니다. 따라서 1000W 모듈은 대략 50~250W를 열로 소산하는 반면, 동일한 출력의 50~70% 클래스 AB 단계는 430~1000W를 소산합니다.
Q5. 클래스 D 증폭기 모듈이 4Ω 서브우퍼를 구동할 수 있습니까?
해당 부하에 대해 지정된 경우에만. 8Ω에 최적화된 BTL 서브우퍼 모듈은 4Ω 설계와 호환되지 않습니다. 잘못된 부하는 과전류 보호를 트리거하거나 출력단을 과열시킬 수 있습니다.
Q6. 클래스 D 증폭기와 클래스 H 증폭기의 차이점은 무엇입니까?
클래스 H keeps a linear output stage but varies the supply rail to follow the signal, cutting heat while preserving linear behavior. Class D switches the output stage instead, cutting heat far more and shrinking the power supply, at the cost of more care around EMI and output filtering.
