EP3501102A1 - Dispositif d'amplification comprenant un circuit de compensation - Google Patents

Dispositif d'amplification comprenant un circuit de compensation

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EP3501102A1
EP3501102A1 EP17752405.5A EP17752405A EP3501102A1 EP 3501102 A1 EP3501102 A1 EP 3501102A1 EP 17752405 A EP17752405 A EP 17752405A EP 3501102 A1 EP3501102 A1 EP 3501102A1
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EP
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amplification
output
signal
amplification stage
input
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Withdrawn
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EP17752405.5A
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Alexandre Huffenus
Pierre-Emmanuel Calmel
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Devialet SA
Original Assignee
Devialet SA
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Publication date
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Definitions

  • Amplification device comprising a compensation circuit
  • the present invention relates to a device for amplifying an input signal comprising:
  • each amplification stage comprising:
  • a switching circuit the switching circuit being suitable for generating a switched signal having at least two states
  • An inductive element connected between the output of the switching circuit and the output of the amplification stage, the inductive element being able to smooth the switched signal generated by the switching circuit to obtain a smoothed signal, the smoothed signal having a useful component and a parasitic component,
  • Such an amplification device is, for example, used as an amplifier of the voltage across a load.
  • the load is an audio component, such as a loudspeaker
  • the high-frequency, triangular-shaped parasitic component generated in the inductive element of the amplification stage is detrimental to the quality of the audio signal output from above. loudspeaker.
  • such a parasitic component is at the origin of heating of the amplification device and the load, which induces a loss of output at the output of the amplification device.
  • the subject of the invention is an amplification device as described above, in which the amplification device further comprises a compensation circuit, for each amplification stage, capable of generating a signal for amplification. compensation of the parasitic component of the smoothed signal generated in the inductive element of said amplification stage, each compensation circuit being connected to the output of the corresponding amplification stage and to the output of the switching circuit of the other amplification stage, the differences of each smoothed signal and the corresponding compensation signal forming the output signal at the output of the amplification device.
  • the amplification device comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • each compensation circuit comprises at least one inductive element, the relative difference between the inductance of the inductive element of the compensation circuit and the inductance of the inductive element of the corresponding amplification stage being less than or equal to at 30 percent;
  • each compensation circuit comprises a high-pass filter
  • the high-pass filter comprises a capacitor
  • the input signal is a signal modulated by a carrier frequency, the high-pass filter having a cutoff frequency strictly less than the carrier frequency of the input signal;
  • the input signal has a useful frequency, the high-pass filter having a cut-off frequency strictly greater than the useful frequency of the input signal;
  • the amplification stages are stages of amplification of a digital signal, the device further comprising at least one analog amplifier connected at the output of one of the amplification stages;
  • the or each analog amplifier is an amplifier of class A or AB;
  • the device further comprises a device for measuring the output current of each analog amplifier and a control module suitable for receiving at least the measurement of the output current of each analog amplifier, the control module being able to generate the signals at the input of the amplification stages as a function of the output currents measured so that, on the one hand, the signals switched at the output of the switching circuits of said stages are opposite and, on the other hand, that the output current of each of the analog amplifiers is minimized;
  • the input signals of each amplification stage are in phase opposition for more than 70 percent of the time.
  • the invention also relates to an audio system comprising:
  • a loudspeaker connected to the output of each amplification stage.
  • FIG. 1 a schematic view of an example of an amplification device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 an example of a first timing diagram showing the output voltages of the switching circuits of each amplification stage of the amplification device
  • FIG. 3 an example of a second chronogram representing the parasitic component of a smoothed signal, the signal of compensation of said parasitic component and the resultant of the two signals, and
  • FIG. 4 is a schematic view of an example of an amplification device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 10 An amplification device 10 according to a first embodiment of the invention is illustrated in FIG.
  • the amplification device 10 is also known as the "amplification bridge”.
  • the amplification device 10 comprises two inputs 10A, 10B receiving signals in opposite phase forming a differential input signal to be amplified and two outputs 20A, 20B for an amplified differential output signal.
  • the two inputs 10A, 10B of the amplification device 10 form a differential input.
  • the two outputs 20A, 20B of the amplification device 10 form a differential output
  • the input signal is, for example, generated by a control module January 1 and an inverter 13 as visible in Figure 1.
  • the input signal is a modulated signal, for example, in pulse width, characterized by a carrier frequency and a useful frequency band.
  • the useful frequency band is, for example, the interval between 20 Hertz (Hz) and 100 kilohertz (kHz).
  • the carrier frequency is, for example, greater than or equal to 400 kHz.
  • the input signal is a voltage.
  • the signal received by one of the two inputs 10A, 10B of the amplification device is inverted by the inverter 13 so that the signals received by each of the two inputs 10A, 10B are in opposition to each other. phase and form a differential input signal.
  • the amplification device 10 further comprises a first amplification stage 12, a second amplification stage 14 and a compensation circuit 16 for each amplification stage 12, 14.
  • Each amplification stage 12, 14 comprises an input corresponding to the inputs 10A, 10B of the amplification device 10, an output 20A, 20B corresponding to the outputs 20A, 20B of the amplification device 10, a switching circuit 22 and an element inductive 24.
  • the outputs 20A, 20B of each amplification stage 12, 14 are intended to be connected to the same load 26, such as a loudspeaker, to form an audio system.
  • the two amplification stages 12, 14 are powered by the same supply voltage V1.
  • the supply voltage V1 is, for example, positive.
  • Each switching circuit 22 comprises at least two transistors 31, 32 connected in series between the supply voltage V1 and a ground.
  • the input of each switching circuit 22 corresponds to the input 10A, 10B of the amplification stage 12, 14 corresponding.
  • the output of each switching circuit 22 of the stages 12, 14 is formed by a midpoint 22A, 22B between the two transistors 31, 32 of each of the stages 12, 14.
  • the gate of the transistors 31, 32 of each amplification stage 12, 14 is connected to the input of the corresponding switching circuit 22 so as to be powered by the input signal.
  • the gate of one of the transistors 31, 32 of each amplification stage 12, 14 being connected to an inverter 34, when one of the transistors 31, 32 is on, the other transistor 31, 32 is blocked.
  • the transistors are, for example, MOSFET transistors.
  • the switching circuit 22 of each amplification stage 12, 14 is able to generate a switched signal having at least two states from the input signal 10A, 10B of said amplification stage 12, 14 and the supply voltage V1.
  • the supply voltages V1 of the two stages 12, 14 being identical and the input signals 10A, 10B of said stages 12, 14 being in phase opposition, the switched signals at the output 22A, 22B of the switching circuits 22 of each stage 12 , 14 have opposite states.
  • the signal switched at the output 22A of the switching circuit 22 of the first amplification stage 12 has a voltage equal to the supply voltage V1, respectively equal to the zero voltage
  • the signal switched to the output 22B of the switching circuit 22 of the second amplification stage 12 has a voltage equal to the zero voltage, respectively equal to the supply voltage V1.
  • the inductive element 24 is formed, for example, of a coil.
  • the inductive element 24 of each amplification stage 12, 14 is connected to the output 22A, 22B of the switching circuit 22 of said stage 12, 14, on the one hand, and the output 20A, 20B of said stage 12, 14, on the other hand.
  • the inductive element 24 is able to smooth the switched signal generated by the corresponding switching circuit 22 to obtain a smoothed signal 11, 13.
  • the smoothed signal 11, 13 has a useful component and a parasitic component.
  • the useful component is low frequency and the parasitic component is high frequency.
  • the useful component of the smoothed signal 11, 13 is the component carrying the useful part of the input signal to be amplified.
  • the useful component is the music to be amplified, for example the signals of frequency between 20 Hz and 100 kHz.
  • the parasitic component of the smoothed signal 11, 13 is a component relative to a triangular wave current generated in the inductive element 24.
  • a ripple current is due to a high frequency variation of the voltage at the terminals of the inductive element 24.
  • Such a wave current has, for example, a carrier frequency equal to 400 kHz.
  • Each compensation circuit 16 is connected, on the one hand, to the output 20A, 20B of the corresponding amplification stage 12, 14 and, on the other hand, to the output 22A, 22B of the switching circuit 22 of the other amplification stage 12, 14.
  • the compensation circuit 16 of an amplification stage 12, 14 is connected in parallel with the inductive element 24 and the output 20A, 20B of the other amplification stage 12, 14.
  • Each compensation circuit 16 is able to generate a compensation signal 12, 14 of the parasitic component of the smoothed signal 11, 13 generated in the inductive element 24 of the amplification stage 12, 14 corresponding.
  • Each compensation circuit 16 comprises at least one inductive element 36 and a high-pass filter 38.
  • the relative difference between the inductance of the inductive element 36 of the compensation circuit 16 and the inductance of the inductive element 24 of the corresponding amplification stage 12, 14 is less than or equal to 30 percent (%).
  • the relative difference is the ratio of the absolute value of the difference between the inductance of the inductive element 36 of the compensation circuit 16 and the inductance of the inductive element 24 of the stage of amplification 12, 14 corresponding, by the inductance of the inductive element 24 of said amplification stage 12, 14.
  • the high-pass filter 38 is formed of a capacitor in its interaction with the inductive element 36 of the corresponding compensation circuit 16.
  • the high-pass filter 38 is adapted to allow the passage of the high-frequency spurious component of the smoothed signal 11, 13 into the compensation circuit 16 of said high-pass filter 38.
  • the high-pass filter 38 of each compensation circuit 16 has a cutoff frequency strictly lower than the carrier frequency.
  • the high-pass filter 38 has a cut-off frequency strictly greater than the useful frequency of the smoothed signal 11, 13.
  • the cutoff frequency is, for example, between 100 kHz and 300 kHz.
  • Such an amplification device 10 makes it possible, via the compensation signals 12, 14 generated by the compensation circuits 16, to compensate for the high-frequency spurious component of the smoothed signal 11, 13 generated in the inductive element 24 of each stage. amplification 12, 14.
  • the compensation signals 12, 14 make it possible to prevent the high-frequency spurious components of the smoothed signals 11, 13 from crossing the load 26.
  • the difference of the smoothed signal 11, 13 and the compensation signal 12, 14 of each amplification stage 12, 14 forms the amplified output signal 20A and 20B of the amplification device 10.
  • the amplified signal is a current .
  • FIG. 2 illustrates in dotted lines the output voltage 22A of the switching circuit 22 of the first amplification stage 12 and in solid lines the output voltage 22B of the switching circuit 22 of the second amplification stage 14.
  • FIG. visible in FIG. 2 such voltages have opposite states and switch at 400 kHz between two states of respective voltages equal to 20 volts (V) and 0 V.
  • FIG. 3 illustrates in fine lines the high-frequency triangular parasitic component of the smoothed signal 11 of the first amplification stage 12; in dotted lines the compensation signal 12 of said parasitic component; and in full bold lines the output signal obtained by the difference between the smoothed signal 11 and the compensation signal 12.
  • the smoothed signal 11 is a current of amplitude equal to plus or minus 0.4 amperes at a frequency of 400 kHz.
  • the output signal 15 is freed from the high-frequency triangular parasitic component of the smoothed signal 11 and comprises only the low-frequency part of the signal, that is to say the useful component.
  • each compensation circuit 16 is supplied directly by the switching circuit 22 of the other stage of the stage. 12, 14. No additional power supply is required or any other active component, such as a transistor for example.
  • FIG. 4 An amplification device 10 according to a second embodiment is illustrated in FIG. 4.
  • the amplification device 10 according to the second embodiment comprises the same elements as the first embodiment. These elements are therefore not described again.
  • the amplification device 10 further comprises at least one analog amplifier 40. In FIG. 4, two analog amplifiers 40 are shown.
  • Each analog amplifier 40 is connected to the output 20A, 20B of one of the amplification stages 12, 14.
  • one of the amplifiers 40 illustrated in FIG. 4 is connected to the output 20A of the first stage 12 and the other amplifier 40 is connected to the output 20B of the second amplification stage 14.
  • Each amplifier 40 is, for example, a class A or class AB amplifier.
  • a class A amplifier is an amplifier having a very high linearity and a low output impedance. Preferably, the output impedance of a Class A amplifier is less than 0.2 ohms.
  • a class B amplifier is an amplifier having amplification elements that operate in linear mode for only half the time and are substantially off the other half of the time.
  • a class AB amplifier is an amplifier capable of switching from a state to a blocked state so that the amplifier is class A for low power, and class B for higher power.
  • the signal to be amplified 41 is inverted by a gain amplifier 43 to give an intermediate signal 44.
  • the signal to be amplified 41 and the intermediate signal 44 therefore constitute a differential signal.
  • a reference voltage Vcom is added to each of the signal to be amplified 41 and the intermediate signal 44 via adders 45 so as to form the respective input signals 46A and 46B of each of the amplifiers 40.
  • the reference voltage Vcom is between the supply voltage V1 and the ground.
  • the reference voltage Vcom is equal to half of the supply voltage V1.
  • the input signals 46A and 46B of the amplifiers 40 are voltages.
  • the input signals 46A and 46B of the amplifiers 40 have the same DC component Vcom and opposite alternatives.
  • a measuring device 47 is able to measure the output current of each of the amplifiers 40 and to provide the measurements made to the control module 11.
  • the measuring device 47 comprises a Hall effect sensor capable of measuring the output currents via the difference of the supply currents of each of the amplifiers 40.
  • the control module 1 1 is able to control each of the amplification stages 12, 14 so that the input signals 10A, 10B of the amplification stages 12, 14 are opposite (so that the switched signals at the output 22A, 22B switching circuits 22 of said stages 12, 14 are opposed), while minimizing the current supplied by each of the amplifiers 40.
  • the weak dispersions of the values of these components less than 30%, ensure that the input signals 10A, 10B of the amplification stages 12, 14 are in phase opposition for more than 70% of the time.
  • the amplification device 10 makes it possible to perform both an analog amplification and a digital amplification of an analog signal to amplify 41.
  • the amplification device 10 has a linearity at least equal to that of the analog amplifiers 40 used in the system and an energy efficiency very close to that of the digital amplification stages 12, 14 used, insofar as the analog amplifiers 40 consume very little power, so very little power.
  • the amplifiers 40 provide less than 1% of the current supplied to the load 26.
  • such an amplification device 10 is adapted to amplify audio signals, for example, intended for a loudspeaker, with a very high frequency. high linearity and a very high energy efficiency.
  • the compensation circuits 16 make it possible to prevent the high-frequency triangular parasitic components of the smoothed signals from being absorbed in the analog amplifiers 40, which would have the consequence of causing them to overheat and to deteriorate the quality of the output signal and the performance of such amplifiers 40.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif (10) d'amplification d'un signal d'entrée comprenant : - un premier étage d'amplification (12), - un deuxième étage d'amplification (14), chaque étage d'amplification (12, 14) comprenant : · un circuit de commutation (22), le circuit de commutation (22) étant propre à générer en sortie (22A, 22B) un signal commuté ayant au moins deux états, et · un élément inductif (24) propre à lisser le signal commuté pour obtenir un signal lissé (I1, I3), le signal lissé (I1, I3) ayant une composante utile et une composante parasite. Le dispositif d'amplification (10) comprend, en outre, un circuit de compensation (16), pour chaque étage d'amplification (12, 14), propre à générer un signal de compensation (I2, I4) de la composante parasite du signal lissé (I1, I3) généré dans l'élément inductif (24) dudit étage d'amplification (12, 14).

Description

Dispositif d'amplification comprenant un circuit de compensation
La présente invention concerne un dispositif d'amplification d'un signal d'entrée comprenant :
- une entrée différentielle pour le signal d'entrée,
- une sortie différentielle pour un signal de sortie,
- un premier étage d'amplification ayant une entrée,
- un deuxième étage d'amplification ayant une entrée,
les entrées de chaque étage d'amplification formant l'entrée différentielle, chaque étage d'amplification comprenant :
· une sortie pour une charge, les sorties de chaque étage d'amplification formant la sortie différentielle,
• un circuit de commutation, le circuit de commutation étant propre à générer en sortie un signal commuté ayant au moins deux états,
• un élément inductif connecté entre la sortie du circuit de commutation et la sortie de l'étage d'amplification, l'élément inductif étant propre à lisser le signal commuté généré par le circuit de commutation pour obtenir un signal lissé, le signal lissé ayant une composante utile et une composante parasite,
les signaux commutés en sortie des circuits de commutation de chaque étage d'amplification étant opposés.
Un tel dispositif d'amplification est, par exemple, utilisé en tant qu'amplificateur de la tension aux bornes d'une charge.
Lorsque la charge est un composant audio, tel qu'un haut-parleur, la composante parasite haute fréquence, de forme triangulaire, générée dans l'élément inductif de l'étage d'amplification nuit à la qualité du signal audio restitué par le haut-parleur.
En outre, une telle composante parasite est à l'origine d'échauffement du dispositif d'amplification et de la charge, ce qui induit une perte de rendement en sortie du dispositif d'amplification.
Il existe donc un besoin pour réduire la composante parasite générée par l'élément inductif d'un tel dispositif d'amplification.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'amplification tel que décrit précédemment, dans lequel le dispositif d'amplification comprend, en outre, un circuit de compensation, pour chaque étage d'amplification, propre à générer un signal de compensation de la composante parasite du signal lissé généré dans l'élément inductif dudit étage d'amplification, chaque circuit de compensation étant connecté à la sortie de l'étage d'amplification correspondant et à la sortie du circuit de commutation de l'autre étage d'amplification, les différences de chaque signal lissé et du signal de compensation correspondant formant le signal de sortie en sortie du dispositif d'amplification.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le dispositif d'amplification comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque circuit de compensation comprend au moins un élément inductif, l'écart relatif entre l'inductance de l'élément inductif du circuit de compensation et l'inductance de l'élément inductif de l'étage d'amplification correspondant étant inférieur ou égal à 30 pourcents ;
- chaque circuit de compensation comprend un filtre passe-haut ;
- le filtre passe-haut comprend un condensateur ;
- le signal d'entrée est un signal modulé par une fréquence porteuse, le filtre passe-haut ayant une fréquence de coupure strictement inférieure à la fréquence porteuse du signal d'entrée ;
- le signal d'entrée a une fréquence utile, le filtre passe-haut ayant une fréquence de coupure strictement supérieure à la fréquence utile du signal d'entrée ;
- les étages d'amplification sont des étages d'amplification d'un signal numérique, le dispositif comprenant, en outre, au moins un amplificateur analogique connecté en sortie de l'un des étages d'amplification ;
- le ou chaque amplificateur analogique est un amplificateur de classe A ou AB ;
- le dispositif comprend, en outre, un dispositif de mesure du courant de sortie de chaque amplificateur analogique et un module de commande propre à recevoir au moins la mesure du courant de sortie de chaque amplificateur analogique, le module de commande étant propre à générer les signaux en entrée des étages d'amplification en fonction des courants de sortie mesurés de sorte, d'une part, que les signaux commutés en sortie des circuits de commutation desdits étages soient opposés et, d'autre part, que le courant de sortie de chacun des amplificateurs analogiques soit minimisé ;
- les signaux en entrée de chaque étage d'amplification sont en opposition de phase durant plus de 70 pourcents du temps.
L'invention concerne, également, un système audio comprenant :
- un dispositif d'amplification tel que décrit précédemment, et
- un haut-parleur connecté à la sortie de chaque étage d'amplification.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : - figure 1 , une vue schématique d'un exemple d'un dispositif d'amplification selon un premier mode de réalisation de l'invention,
- figure 2, un exemple d'un premier chronogramme représentant les tensions en sortie des circuits de commutation de chaque étage d'amplification du dispositif d'amplification,
- figure 3, un exemple d'un deuxième chronogramme représentant la composante parasite d'un signal lissé, le signal de compensation de ladite composante parasite et la résultante des deux signaux, et
- figure 4, une vue schématique d'un exemple d'un dispositif d'amplification selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Un dispositif d'amplification 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 1 .
Le dispositif d'amplification 10 est aussi connu sous le nom de « pont d'amplification ».
Le dispositif d'amplification 10 comprend deux entrées 10A, 10B recevant des signaux en opposition de phase formant un signal d'entrée différentiel à amplifier et deux sorties 20A, 20B pour un signal de sortie différentiel amplifié. Les deux entrées 10A, 10B du dispositif d'amplification 10 forment une entrée différentielle. Les deux sorties 20A, 20B du dispositif d'amplification 10 forment une sortie différentielle
Le signal d'entrée est, par exemple, généré par un module de commande 1 1 et un inverseur 13 comme visible sur la figure 1 . Le signal d'entrée est un signal modulé, par exemple, en largeur d'impulsions, caractérisé par une fréquence porteuse et une bande de fréquence utile. La bande de fréquence utile est, par exemple, l'intervalle compris entre 20 Hertz (Hz) et 100 kilohertz (kHz). La fréquence porteuse est, par exemple, supérieure ou égale à 400 kHz.
Le signal d'entrée est une tension. Comme visible sur la figure 1 , le signal reçu par l'une des deux entrées 10A, 10B du dispositif d'amplification est inversé par l'inverseur 13 de sorte que les signaux reçus par chacune des deux entrées 10A, 10B sont en opposition de phase et forment un signal d'entrée différentiel.
Le dispositif d'amplification 10 comprend, en outre, un premier étage d'amplification 12, un deuxième étage d'amplification 14 et un circuit de compensation 16 pour chaque étage d'amplification 12, 14.
Chaque étage d'amplification 12, 14 comprend une entrée correspondant aux entrées 10A, 10B du dispositif d'amplification 10, une sortie 20A, 20B correspondant aux sorties 20A, 20B du dispositif d'amplification 10, un circuit de commutation 22 et un élément inductif 24. Les sorties 20A, 20B de chaque étage d'amplification 12, 14 sont destinées à être connectée à une même charge 26, telle qu'un haut-parleur, pour former un système audio.
Les deux étages d'amplification 12, 14 sont alimentés par une même tension d'alimentation V1 . La tension d'alimentation V1 est, par exemple, positive.
Chaque circuit de commutation 22 comprend au moins deux transistors 31 , 32 connectés en série entre la tension d'alimentation V1 et une masse. L'entrée de chaque circuit de commutation 22 correspond à l'entrée 10A, 10B de l'étage d'amplification 12, 14 correspondant. La sortie de chaque circuit de commutation 22 des étages 12, 14 est formée par un point milieu 22A, 22B entre les deux transistors 31 , 32 de chacun des étages 12, 14.
La grille des transistors 31 , 32 de chaque étage d'amplification 12, 14 est connectée à l'entrée du circuit de commutation 22 correspondant de sorte à être alimentée par le signal d'entrée. La grille de l'un des transistors 31 , 32 de chaque étage d'amplification 12, 14 étant connectée à un inverseur 34, lorsque l'un des transistors 31 , 32 est passant, l'autre transistor 31 , 32 est bloqué.
Les transistors sont, par exemple, des transistors MOSFET.
Le circuit de commutation 22 de chaque étage d'amplification 12, 14 est propre à générer un signal commuté ayant au moins deux états à partir du signal en entrée 10A, 10B dudit étage d'amplification 12, 14 et de la tension d'alimentation V1 . Les tensions d'alimentation V1 des deux étages 12, 14 étant identiques et les signaux en entrée 10A, 10B desdits étages 12, 14 étant en opposition de phase, les signaux commutés en sortie 22A, 22B des circuits de commutation 22 de chaque étage 12, 14 ont des états opposées. Ainsi, lorsque le signal commuté en sortie 22A du circuit de commutation 22 du premier étage d'amplification 12 a une tension égale à la tension d'alimentation V1 , respectivement égal à la tension nulle, le signal commuté en sortie 22B du circuit de commutation 22 du deuxième étage d'amplification 12 a une tension égale à la tension nulle, respectivement égal à la tension d'alimentation V1 .
L'élément inductif 24 est formé, par exemple, d'une bobine. L'élément inductif 24 de chaque étage d'amplification 12, 14 est connecté à la sortie 22A, 22B du circuit de commutation 22 dudit étage 12, 14, d'une part, et la sortie 20A, 20B dudit étage 12, 14, d'autre part.
L'élément inductif 24 est propre à lisser le signal commuté généré par le circuit de commutation 22 correspondant pour obtenir un signal lissé 11 , 13. Le signal lissé 11 , 13 a une composante utile et une composante parasite. La composante utile est basse fréquence et la composante parasite est haute fréquence. La composante utile du signal lissé 11 , 13 est la composante transportant la partie utile du signal d'entrée à amplifier. Dans le cas d'un amplificateur audio, la composante utile est la musique à amplifier, par exemple les signaux de fréquence comprise entre 20 Hz et 100 kHz.
La composante parasite du signal lissé 11 , 13 est une composante relative à un courant ondulatoire de forme triangulaire, généré dans l'élément inductif 24. Un tel courant ondulatoire (en anglais « ripple current ») est dû à une variation haute fréquence de la tension aux bornes de l'élément inductif 24. Un tel courant ondulatoire a, par exemple, une fréquence porteuse égale à 400 kHz.
Chaque circuit de compensation 16 est connecté, d'une part, à la sortie 20A, 20B de l'étage d'amplification 12, 14 correspondant et, d'autre part, à la sortie 22A, 22B du circuit de commutation 22 de l'autre étage d'amplification 12, 14. En d'autres termes, le circuit de compensation 16 d'un étage d'amplification 12, 14 est connecté en parallèle de l'élément inductif 24 et de la sortie 20A, 20B de l'autre étage d'amplification 12, 14.
Chaque circuit de compensation 16 est propre à générer un signal de compensation 12, 14 de la composante parasite du signal lissé 11 , 13 généré dans l'élément inductif 24 de l'étage d'amplification 12, 14 correspondant.
Chaque circuit de compensation 16 comprend au moins un élément inductif 36 et un filtre passe-haut 38.
Idéalement, les inductances de chaque élément inductif 24 et de l'élément inductif
36 du circuit de compensation correspondant ont la même valeur. En pratique, l'écart relatif entre l'inductance de l'élément inductif 36 du circuit de compensation 16 et l'inductance de l'élément inductif 24 de l'étage d'amplification 12, 14 correspondant est inférieur ou égal à 30 pourcents (%). Dans le cas présent, l'écart relatif est le rapport de la valeur absolue de la différence entre l'inductance de l'élément inductif 36 du circuit de compensation 16 et l'inductance de l'élément inductif 24 de l'étage d'amplification 12, 14 correspondant, par l'inductance de l'élément inductif 24 dudit étage d'amplification 12, 14.
Le filtre passe-haut 38 est formé d'un condensateur dans son interaction avec l'élément inductif 36 du circuit de compensation 16 correspondant.
Le filtre passe-haut 38 est propre à autoriser le passage de la composante parasite haute fréquence du signal lissé 11 , 13 dans le circuit de compensation 16 dudit filtre passe-haut 38.
Le filtre passe-haut 38 de chaque circuit de compensation 16 a une fréquence de coupure strictement inférieure à la fréquence porteuse.
Le filtre passe-haut 38 a une fréquence de coupure strictement supérieure à la fréquence utile du signal lissé 11 , 13. La fréquence de coupure est, par exemple, comprise entre 100 kHz et 300 kHz.
Ainsi, un tel dispositif d'amplification 10 permet via les signaux de compensation 12, 14 générés par les circuits de compensation 16 de compenser la composante parasite haute fréquence du signal lissé 11 , 13 généré dans l'élément inductif 24 de chaque étage d'amplification 12, 14. Les signaux de compensation 12, 14 permettent d'éviter que les composantes parasites hautes fréquences des signaux lissés 11 , 13 ne traversent la charge 26.
La différence du signal lissé 11 , 13 et du signal de compensation 12, 14 de chaque étage d'amplification 12, 14 forme le signal de sortie amplifié 15 en sortie 20A et 20B du dispositif d'amplification 10. Le signal amplifié est un courant.
Les chronogrammes des figures 2 et 3 illustrent la forme des signaux.
En particulier, la figure 2 illustre en traits pointillés la tension en sortie 22A du circuit de commutation 22 du premier étage d'amplification 12 et en traits pleins la tension en sortie 22B du circuit de commutation 22 du deuxième étage d'amplification 14. Comme visible sur la figure 2, de telles tensions ont des états opposés et commutent à 400 kHz entre deux états de tensions respectives égales à 20 Volts (V) et 0 V.
La figure 3 illustre en traits pleins fins la composante parasite triangulaire haute fréquence du signal lissé 11 du premier étage d'amplification 12 ; en traits pointillés le signal de compensation 12 de ladite composante parasite ; et en traits pleins gras le signal de sortie 15 obtenu par la différence entre le signal lissé 11 et le signal de compensation 12. Dans l'exemple de la figure 3, le signal lissé 11 est un courant d'amplitude égale à plus ou moins 0,4 Ampères à une fréquence de 400 kHz. Dans l'exemple de la figure 3, le signal de sortie 15 est débarrassé de la composante parasite triangulaire haute fréquence du signal lissé 11 et ne comprend plus que la partie basse fréquence du signal, c'est-à- dire la composante utile.
La configuration du premier étage d'amplification 12 et du deuxième étage d'amplification 14 permet de réaliser simplement les circuits de compensation 16. En effet, chaque circuit de compensation 16 est alimenté directement par le circuit de commutation 22 de l'autre étage d'amplification 12, 14. Aucune autre alimentation supplémentaire n'est donc requise ni aucun autre composant actif, tel qu'un transistor par exemple.
Un dispositif d'amplification 10 selon un deuxième mode de réalisation est illustré sur la figure 4.
Le dispositif d'amplification 10 selon le deuxième mode de réalisation comprend les mêmes éléments que le premier mode de réalisation. Ces éléments ne sont donc pas décrits à nouveau. Le dispositif d'amplification 10 comprend, en outre, au moins un amplificateur analogique 40. Sur la figure 4, deux amplificateurs analogiques 40 sont représentés.
Chaque amplificateur analogique 40 est connecté à la sortie 20A, 20B de l'un des étages d'amplification 12, 14. En l'occurrence, l'un des amplificateurs 40 illustré sur la figure 4 est connecté à la sortie 20A du premier étage d'amplification 12 et l'autre amplificateur 40 est connecté à la sortie 20B du deuxième étage d'amplification 14.
Chaque amplificateur 40 est, par exemple, un amplificateur de classe A ou de classe AB. Un amplificateur de classe A est un amplificateur ayant une très haute linéarité et une faible impédance de sortie. De préférence, l'impédance de sortie d'un amplificateur de classe A est inférieure à 0,2 Ohms. Un amplificateur de classe B est un amplificateur comportant des éléments d'amplification qui fonctionnent en régime linéaire pendant seulement la moitié du temps et sont bloqués sensiblement l'autre moitié du temps. Un amplificateur de classe AB est un amplificateur propre à commuter d'un état passant à un état bloqué de sorte que l'amplificateur est de classe A pour les faibles puissances, et de classe B pour les puissances supérieures.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le signal à amplifier 41 est inversé par un amplificateur 43 de gain -1 pour donner un signal intermédiaire 44. Le signal à amplifier 41 et le signal intermédiaire 44 constituent donc un signal différentiel.
Une tension de référence Vcom est ajoutée à chacun du signal à amplifier 41 et du signal intermédiaire 44 par le biais d'additionneurs 45 de sorte à former les signaux d'entrée 46A et 46B respectifs de chacun des amplificateurs 40. La tension de référence Vcom est comprise entre la tension d'alimentation V1 et la masse. Avantageusement, la tension de référence Vcom est égale à la moitié de la tension d'alimentation V1 . Les signaux d'entrée 46A et 46B des amplificateurs 40 sont des tensions.
Ainsi, les signaux d'entrée 46A et 46B des amplificateurs 40 possèdent une même composante continue Vcom et des composantes alternatives opposées.
Comme illustré sur la figure 4, un dispositif de mesure 47 est propre à mesurer le courant de sortie de chacun des amplificateurs 40 et à fournir les mesures effectuées au module de commande 1 1 . Par exemple, le dispositif de mesure 47 comprend un capteur à effet Hall propre à mesurer les courants de sortie via la différence des courants d'alimentation de chacun des amplificateurs 40.
Le module de commande 1 1 est propre à commander chacun des étages d'amplification 12, 14 de sorte que les signaux en entrée 10A, 10B des étages d'amplification 12, 14 soient opposés (donc que les signaux commutés en sortie 22A, 22B des circuits de commutation 22 desdits étages 12, 14 soient opposés), tout en minimisant le courant fourni par chacun des amplificateurs 40. Les signaux d'entrée 46A et 46B des amplificateurs 40 étant en opposition de phase et centrés autour de la tension de référence Vcom, les signaux en entrée 10A et 10B des étages d'amplification 12, 14 sont également d'états opposés si la tension de référence Vcom est égale à la moitié de la tension d'alimentation V1 et si tous les composants 22, 31 , 32, 24, 36, 38 de chacun des étages 12, 14 ont la même valeur pour chacun des étages 12, 14. En pratique, les dispersions faibles des valeurs de ces composants, inférieures à 30 %, assurent que les signaux en entrée 10A, 10B des étages d'amplification 12, 14 sont en opposition de phase durant plus de 70 % du temps.
Le dispositif d'amplification 10 selon le deuxième mode de réalisation permet d'effectuer à la fois une amplification en analogique et une amplification en numérique d'un signal analogique à amplifier 41 . Le dispositif d'amplification 10 présente une linéarité au moins égale à celle des amplificateurs analogiques 40 utilisés dans le système et un rendement énergétique très proche de celui des étages d'amplification numériques 12, 14 utilisés, dans la mesure où les amplificateurs analogiques 40 ne consomment que très peu de courant, donc très peu de puissance. Par exemple, les amplificateurs 40 fournissent moins de 1 % du courant 15 fourni à la charge 26. Ainsi, un tel dispositif d'amplification 10 est adapté pour amplifier des signaux audio, par exemple, destinés à un haut-parleur, avec une très haute linéarité et un rendement énergétique très élevé.
En outre, les circuits de compensation 16 permettent d'éviter que les composantes parasites triangulaires hautes fréquences des signaux lissés se retrouvent absorbées dans les amplificateurs analogiques 40, ce qui aurait pour conséquence de provoquer leur échauffement et de détériorer la qualité du signal en sortie et le rendement de tels amplificateurs 40.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Dispositif (10) d'amplification d'un signal d'entrée comprenant :
- une entrée différentielle (10A, 10B) pour le signal d'entrée,
- une sortie différentielle (20A, 20B) pour un signal de sortie (15),
- un premier étage d'amplification (12) ayant une entrée (10A),
- un deuxième étage d'amplification (14) ayant une entrée (10B),
les entrées (10A, 10B) de chaque étage d'amplification (12, 14) formant l'entrée différentielle,
chaque étage d'amplification (12, 14) comprenant :
• une sortie (20A, 20B) pour une charge (26), les sorties (20A, 20B) de chaque étage d'amplification (12, 14) formant la sortie différentielle,
• un circuit de commutation (22), le circuit de commutation (22) étant propre à générer en sortie (22A, 22B) un signal commuté ayant au moins deux états,
• un élément inductif (24) connecté entre la sortie (22A, 22B) du circuit de commutation (22) et la sortie (20A, 20B) de l'étage d'amplification (12, 14), l'élément inductif (24) étant propre à lisser le signal commuté généré par le circuit de commutation (22) pour obtenir un signal lissé (11 , 13), le signal lissé (11 , 13) ayant une composante utile et une composante parasite, les signaux commutés en sortie (22A, 22B) des circuits de commutation (22) de chaque étage d'amplification (12, 14) étant opposés,
caractérisé en ce que le dispositif d'amplification (10) comprend, en outre, un circuit de compensation (16), pour chaque étage d'amplification (12, 14), propre à générer un signal de compensation (12, 14) de la composante parasite du signal lissé (11 , 13) généré dans l'élément inductif (24) dudit étage d'amplification (12, 14), chaque circuit de compensation (16) étant connecté à la sortie (20A, 20B) de l'étage d'amplification (12, 14) correspondant et à la sortie (22A, 22B) du circuit de commutation (22) de l'autre étage d'amplification (12, 14), les différences de chaque signal lissé (11 , 13) et du signal de compensation (12, 14) correspondant formant le signal de sortie (15) en sortie (20A, 20B) du dispositif d'amplification (10).
2. - Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 1 , dans lequel chaque circuit de compensation (16) comprend au moins un élément inductif (36), l'écart relatif entre l'inductance de l'élément inductif (36) du circuit de compensation (16) et l'inductance de l'élément inductif (24) de l'étage d'amplification (12, 14) correspondant étant inférieur ou égal à 30 pourcents.
3. - Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque circuit de compensation (16) comprend un filtre passe-haut (38).
4. - Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 3, dans lequel le filtre passe-haut (38) comprend un condensateur.
5.- Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le signal d'entrée est un signal modulé par une fréquence porteuse, le filtre passe-haut (38) ayant une fréquence de coupure strictement inférieure à la fréquence porteuse du signal d'entrée.
6.- Dispositif d'amplification (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le signal d'entrée a une fréquence utile, le filtre passe-haut (38) ayant une fréquence de coupure strictement supérieure à la fréquence utile du signal d'entrée.
7. - Dispositif d'amplification (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les étages d'amplification (12, 14) sont des étages d'amplification d'un signal numérique, le dispositif (10) comprenant, en outre, au moins un amplificateur analogique (40) connecté en sortie (20A, 20B) de l'un des étages d'amplification (12, 14).
8. - Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 7, dans lequel le ou chaque amplificateur analogique (40) est un amplificateur de classe A ou AB.
9. - Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le dispositif (10) comprend, en outre, un dispositif de mesure (47) du courant de sortie de chaque amplificateur analogique (40) et un module de commande (1 1 ) propre à recevoir au moins la mesure du courant de sortie de chaque amplificateur analogique (40), le module de commande (1 1 ) étant propre à générer les signaux en entrée (10A, 10B) des étages d'amplification (12, 14) en fonction des courants de sortie mesurés de sorte, d'une part, que les signaux commutés en sortie (22A, 22B) des circuits de commutation (22) desdits étages (12,14) soient opposés et, d'autre part, que le courant de sortie de chacun des amplificateurs analogiques (40) soit minimisé.
10.- Dispositif d'amplification (10) selon la revendication 9, dans lequel les signaux en entrée (10A, 10B) de chaque étage d'amplification (12, 14) sont en opposition de phase durant plus de 70 pourcents du temps.
1 1 .- Système audio comprenant :
- un dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et
- un haut-parleur (26) connecté à la sortie de chaque étage d'amplification (12, 14).
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