This paper is about a multi-level class-D audio amplifier with embedded charge-pump.
Recently, audio amplifiers in mobile devices are increasingly demanding to transmit large power to speakers.
To meet this demand, the amplified voltage that passes through the additional boost converter, rather than just the battery voltage, is transmitted through a class-D amplifier. This results in inevitably low efficiency due to the need for two-stage conversion. Also, the EMI problem caused by switching high voltages to provide large power is also difficult to use in large boosted voltage. The multilevel class-D amplifier solves the above problem well, but it has a major problem in that the level must be supplied from an external power supply. In this paper, a capacitor is used to generate twice the battery voltage, so that high power can be delivered to the speaker, and high efficiency can be achieved because it does not require a two-stage conversion process. It also has a multi-level approach, which reduces EMI issues. In addition, no additional boost converter is required, which significantly reduces the complexity of additional controller designs and lowers production costs by eliminating the need for passive components such as inductors.
최근 모바일기기의 오디오 증폭기는 스피커에 큰 전력을 전달해주는 방향으로의 요구가 커지고 있다. 이와 같은 요구에는 단순히 배터리 전압이 아닌 추가적인 부스트 컨버터를 통과한 증폭된 전압을 class-D 증폭기를 통해 소리를 전달하는 방식이 쓰이는데 이는 2단 변환이 필요하므로 필연적으로 낮은 효율을 가질 수 밖에 없다. 또한 큰 전력을 공급하기 위해서 높은 전압을 스위칭하면서 생기는 EMI문제 또한 이 방법을 큰 전력을 공급하는데 사용하기 어렵다. 다중 레벨 방식의 class-D 증폭기는 위의 문제를 잘 해결하지만 그 레벨을 외부 전원에서 공급을 해주어야 한다는 점에 큰 문제점이 있다. 이 논문에서는 한 개의 캐패시터를 이용해서 배터리 전압의 2배를 만들어 내기 때문에 높은 전력을 스피커에 전달할 수 있고, 2단 변환 과정을 거치지 않으므로 높은 효율을 가질 수 있다. 또한 다중 레벨 방식을 가짐으로 EMI문제가 적다. 또한 추가적인 부스트 컨버터가 필요하지 않으므로 추가적인 컨트롤러 설계의 복잡성이 현저히 낮아지며 인덕터와 같은 패시브 소자를 사용하지 않아도 되므로 생산 단가 또한 낮다.
