그렇다면 클래스-D 앰프는 어떻게 동작하는지에 대해 알아보자. 클래스-D 앰프는 PWM 전원

공급장치와 아주 비슷한 방식으로 동작한다. 이러한 유사점에 대해서는 뒤에서 다시 살펴 보기로

할것이다. 입력신호가 표준 오디오 라인 레벨신호라고 가정하므로서 시작하기로 하자. 오디오 라인

레벨신호는 주파수 범위가 전형적으로 20Hz부터 20KHz까지인 사인파이다. 이 신호는 아래의

그림2a에서 볼수있는 바와같이 PWM신호를 만드는데 필요한 삼각파형이나 톱니파형처럼 높은

주파수를 가지는 파형과 구분된다. 이 PWM신호는 증폭된 디지털 신호를 만들어 내는 파워
스테이지를 구동시키는데 사용되며, 최종적으로 신호가 저역통과 필터를 통과하므로서 PWM
캐리어 주파수가 제거되어 원래의 오디오 신호인 증폭된 사인파를 되찾게 된다.(그림 2b 참고)

     

                                 그림2  클래스-D 앰프 파형

3. 선형 대 클래스-D의 토폴로지 비교

여기서는 선형앰프(클래스-A와 클래스-AB)와 클래스-D 디지털 파워앰프간의 차이에 대해 살펴

보기로 한다. 선형앰프와 클래스-D앰프 사이의 기본적이고 중요한 차이는 효율의 차이이다.

선형앰프는 성능상 태생적으로 매우 선형적이지만 클래스-AB의 경우 약 50%정도의 효율밖에는

가지지 못하는 반면, 클래스-D 앰프의 경우는 90% 정도의 효율을 가진다. 다음의 그림3에서는

선형과 클래스-D 앰프에 대한 효율 곡선을 보여주고 있다.
  
                 그림3   선형 앰프와 클래스-D 앰프의 효율

이득 – 선형앰프에 있어서 이득은 버스전압 변동에 관계없이 일정하지만. 클래스-D 앰프의 경우는

    이득이 버스전압에 비례하게 된다. 따라서 클래스-D 앰프의 PSRR(Power Supply Rejection

 Ratio)는 0dB인 반면, 선형앰프의 PSRR은 매우 좋다. 그래서 클래스-D 앰프의 경우 버스전압

변동을 보상하기 위해 피드백을 사용하는 것이 통례이다.

에너지 흐름 – 선형앰프에 있어서 에너지는 항상 전원 공급장치에서 부하로 흐르는데, 클래스-D

    앰프에서는 풀-브리지의 경우는 동일하지만, 하프-브리지의 경우에는 소위 “버스 펌핑” 현상

    으로 말미암아 충전된 버스 캐패시터가 부하쪽에서 전원 공급장치쪽으로 에너지를 되돌리는

    현상이 발생하여 에너지는 양방향으로 흐를수 있다.

 

4. 동기식 벅 컨버터(Synchronous Buck Converter)와의 유사성

클래스-D 앰프와 동기식 벅 컨버터와의 유사성이 존재하는데, 아래의 그림 4에서 볼수있는 바와

같이 토폴로지는 근본적으로 동일하다.

  

                         그림 4    동기식 벅 컨버터와 클래스-D 앰프의 토폴로지 비교

두 회로사이의 주요한 차이는 동기식 벅 컨버터의 경우 기준신호가 피드백 회로로 부터의 천천히

변화하는 신호인데 반해, 클래스-D 앰프의 경우에는 기준신호가 연속적으로 변화하는 오디오 신호

라는 점이다. 이것은 동기식 벅 컨버터의 경우 듀티 싸이클이 거의 일정한 반면, 클래스-D 앰프의

경우는 연속적으로 변화하며, 평균값이 50% 정도되는 듀티 싸이클을 가진다. 동기식 벅 컨버터의

경우 부하전류 방향은 항상 부하로 향하지만, 클래스-D 앰프의 경우는 전류가 양방향으로 흐르게

된다. 마지막 차이는 MOSFET들을 최적화하는 방법상의 차이이다. 동기식 벅 컨버터에서는 긴
듀티의 경우에는 R_DS(on) 이 작아지고, 짧은 듀티의 경우에는 Q_g가 작아지도록 위쪽과 아래쪽
MOSFET를 다르게 최적화시키는데, 클래스-D 앰프에서는 위쪽과 아래쪽 MOSFET들이 동일한
R_DS(on)를 가지도록 최적화시킨다.