FR3033675A1 - Amplificateur audio a alimentation triphasee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un amplificateur audio (200) comportant des première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes d'application d'une tension d'alimentation alternative triphasée ; et un convertisseur matriciel (203) reliant les première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes à au moins l'une de première (S) et deuxième (T) bornes de sortie de l'amplificateur.
Description
B14057 - DD16080SP 1 AMPLIFICATEUR AUDIO A ALIMENTATION TRIPHASEE Domaine La présente demande concerne le domaine des amplificateurs audio, et vise plus particulièrement un amplificateur audio de classe D.
Exposé de l'art antérieur La plupart des amplificateurs audio destinés à être branchés sur un réseau de distribution d'énergie électrique à courant alternatif sont prévus pour fonctionner avec une alimentation électrique monophasée.
On s'intéresse ici plus particulièrement aux amplifi- cateurs audio de classe D, c'est-à-dire dans lesquels les transistors de puissance sont utilisés comme des interrupteurs, c'est-à-dire qu'ils sont commandés soit à l'étant passant (tension sensiblement nulle) soit à l'état bloqué (courant sensiblement nul). Le signal de sortie de l'étage d'amplification de puissance est donc une suite d'impulsions. Un filtre passe bas peut être prévu pour éliminer les composantes fréquentielles indésirables de ce signal avant de l'appliquer à un haut-parleur. Les amplificateurs de classe D ont notamment pour avantage de présenter un rendement élevé. Typiquement, 80 à 95% de la puissance d'alimentation consommée est restituée dans le haut-parleur.
3033675 B14057 - DD16080SP 2 La figure 1 est un schéma illustrant, sous forme de blocs, un exemple d'un amplificateur audio 100 de classe D à alimentation électrique monophasée. L'amplificateur 100 de la figure 1 comprend des bornes 5 ou noeuds A et B d'application d'une tension d'alimentation alternative monophasée. L'amplificateur 100 comprend en outre un circuit d'alimentation 101 connecté aux bornes A et B. Le circuit 101 est adapté convertir la tension alternative appliquée sur les bornes A et B en une tension d'alimentation continue fournie entre 10 des bornes ou noeuds VDD et VSS. Dans cet exemple la tension d'alimentation est une tension symétrique par rapport à un noeud ou une borne de référence C, définissant la masse de l'amplificateur. La borne VDD est la borne de potentiel haut de la tension d'alimentation continue, et la borne VSS est la borne de potentiel 15 bas de la tension d'alimentation continue. Dans l'exemple représenté, la tension d'alimentation continue est fournie aux bornes d'une association en série de deux condensateurs de stockage d'énergie 103 et 104. Le condensateur 103 est connecté entre la borne VSS et le noeud C, et le condensateur 104 est 20 connecté circuit 101 est entre la borne VDD et le noeud C. Le connecté circuit de modulation 105 relié à une entrée audio E de l'amplificateur, destinée à recevoir un signal audio à amplifier. Le signal audio d'entrée est par exemple un signal analogique référencé par rapport au potentiel de référence de la borne C. Le circuit 105 convertit le signal audio d'entrée en une série d'impulsions dont la valeur moyenne est proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée à un instant donné. A titre d'exemple, le circuit 105 génère un signal logique de fréquence fixe mais dont le rapport cyclique est contrôlé de façon que la valeur moyenne du signal logique soit proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée. Le circuit 105 est par exemple un circuit de modulation en largeur d'impulsion. Dans l'exemple représenté, le circuit 105 fournit aux noeuds VDD, VSS et C. L'amplificateur 100 comprend de plus un 3033675 B14057 - DD16080SP 3 deux signaux de sortie modulés complémentaires, respectivement sur des bornes ou noeuds F et G. L'amplificateur 100 comprend en outre un étage d'amplification de puissance comportant deux transistors de 5 puissance 107 et 109 reliés en série entre les bornes d'alimen- tation continue VDD et VSS. Les transistors 107 et 109 sont par exemple des transistors MOS. Les grilles des transistors 107 et 109 sont reliées respectivement aux bornes F et G. Le point milieu H de l'association en série des transistors 107 et 109 fournit 10 une image amplifiée du signal audio modulé produit par le circuit 105. L'amplificateur 100 comprend de plus un filtre passe- bas 111 reliant le noeud H à une borne ou un noeud I de sortie audio de l'amplificateur. Dans l'exemple représenté, le filtre 15 111 comprend une inductance 113 dont une première extrémité est connectée au noeud H et dont la deuxième extrémité est connectée au noeud I, et un condensateur de filtrage 115 dont une première électrode est connectée au noeud I, et dont la deuxième électrode est connectée au noeud C.
20 Le signal audio de sortie est délivré par l'amplifica- teur entre la borne I et une borne J connectée à la borne C. Les bornes I et J sont destinées à être reliées à un haut-parleur 120. Un inconvénient des amplificateurs à alimentation monophasée du type décrit en relation avec la figure 1 est que 25 leur rendement d'amplification reste relativement limité du fait de la conversion de la tension d'alimentation alternative en une tension d'alimentation continue par le circuit 101. De plus, le circuit de conversion 101 peut être relativement lourd et encombrant. En outre, les condensateurs de stockage d'énergie 103 30 et 104 aux bornes desquels est délivrée la tension d'alimentation continue sont relativement encombrants et onéreux, et sont susceptibles de se dégrader avec le temps, entrainant des problèmes de fiabilité. Dans certaines applications, par exemple dans des 35 applications de forte puissance telles que la sonorisation de 3033675 B14057 - DD16080SP 4 salles de concert, de festivals de musique, de conférences, de stades de sport, de cinémas, de théâtres, etc., une alimentation électrique triphasée est disponible. La demande de brevet W02006/112687 décrit un amplifi5 cateur audio de classe D à alimentation électrique triphasée. Cet amplificateur présente une architecture proche de celle de la figure 1. En particulier, il comporte un bloc standard de modulation en largeur d'impulsion et d'amplification d'un signal audio d'entrée. L'alimentation triphasée est redressée au moyen 10 d'un pont de diode triphasé, fournissant à l'étage d'amplification une tension d'alimentation comportant une composante continue et une composante alternative redressée. Pour compenser la composante non continue de la tension d'alimentation de l'étage d'amplification, un circuit de compensation soustrait au signal audio 15 d'entrée une image atténuée de cette composante. Cette architecture présente l'avantage d'avoir un circuit d'alimentation simplifié par rapport à l'exemple de la figure 1, et de se passer de condensateur de stockage d'énergie. Elle présente cependant un rendement qui reste relativement limité 20 du fait notamment de la présence du circuit de redressement triphasé utilisé pour alimenter l'étage d'amplification proprement dit. Un objet d'un mode de réalisation est de prévoir un amplificateur audio palliant tout ou partie des inconvénients des 25 amplificateurs audio existants. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un amplificateur audio comportant des première, deuxième et troisième bornes d'application d'une tension d'alimentation alternative tri- 30 phasée ; et un convertisseur matriciel reliant les première, deuxième et troisième bornes à au moins l'une de première et deuxième bornes de sortie de l'amplificateur. Selon un mode de réalisation, l'amplificateur comporte en outre un circuit de calcul et de commande relié à une entrée 35 d'application d'un signal audio à amplifier, ledit circuit étant 3033675 B14057 - DD16080SP 5 adapté à commander le convertisseur matriciel de façon à convertir la tension d'alimentation alternative triphasée en un signal audio de sortie, image amplifiée du signal d'entrée, délivré sur les première et deuxième bornes de sortie de l'amplificateur.
5 Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel est relié aux première, deuxième et troisième bornes d'application de la tension d'alimentation alternative triphasée par l'intermédiaire d'un circuit d'isolement galvanique. Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel 10 est relié aux première et deuxième bornes de sortie de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas. Selon un mode de réalisation, l'amplificateur comporte un circuit de mesure de la tension d'alimentation alternative triphasée, relié à l'unité de commande et de calcul.
15 Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel comprend une pluralité d'interrupteurs bidirectionnels, chaque interrupteur comportant un transistor bidirectionnel au nitrure de gallium. Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel 20 est un convertisseur de trois phases vers deux phases, reliant les première, deuxième et troisième bornes d'application de la tension d'alimentation alternative triphasée aux première et deuxième bornes de sortie de l'amplificateur. Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel 25 comprend six interrupteurs reliant respectivement les première, deuxième et troisième bornes d'application de la tension alternative triphasée aux première et deuxième bornes de sortie de l'amplificateur. Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel 30 est un convertisseur de trois phases vers une phase, reliant les première, deuxième et troisième bornes d'application de la tension d'alimentation alternative triphasée à la première borne de sortie de l'amplificateur, la deuxième borne de sortie de l'amplificateur étant reliée à une borne d'application d'un signal de référence ou neutre de la tension d'alimentation alternative triphasée.
3033675 B14057 - DD16080SP 6 Selon un mode de réalisation, le convertisseur matriciel comprend trois interrupteurs reliant respectivement les première, deuxième et troisième bornes d'application de la tension alternative triphasée à la première borne de sortie de l'amplificateur.
5 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 10 la figure 1, précédemment décrite, est un schéma illustrant, sous forme de blocs, un exemple d'un amplificateur audio ; la figure 2 est un schéma illustrant, sous forme de blocs, un exemple d'un mode de réalisation d'un amplificateur 15 audio ; et la figure 3 est un schéma illustrant, sous forme de blocs, une variante de réalisation d'un amplificateur audio. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes réfé20 rences aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réali- sation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la présente description, on utilisera le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électro- 25 nique intermédiaire, par exemple au moyen d'une ou plusieurs pistes conductrices, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, condensateur, etc.).
30 Selon un aspect d'un mode de réalisation, on prévoit ici un amplificateur audio fonctionnant avec une tension d'alimentation alternative triphasée. La figure 2 est un schéma illustrant, sous forme de blocs, un exemple d'un mode de réalisation d'un amplificateur 35 audio 200 à alimentation électrique triphasée.
3033675 B14057 - DD16080SP 7 L'amplificateur 200 de la figure 2 comprend des bornes ou noeuds K, L et M d'application d'une tension d'alimentation alternative triphasée. Dans l'exemple représenté, l'amplificateur 200 comprend un circuit d'isolement galvanique 201, par exemple 5 un transformateur d'isolement triphasé, permettant d'isoler les bornes K, L et M du reste de l'amplificateur. Le circuit 201 est connecté aux bornes K, L, M et fournit, sur des bornes ou noeuds de sortie K', L', M' isolées des bornes K, L, M, une tension d'alimentation triphasée sensiblement identique à la tension 10 appliquée sur les bornes K, L, M. Le circuit 201 peut en outre comprendre un filtre permettant d'éliminer d'éventuelles perturbations parasites. Le circuit d'isolement 201 est facultatif bien que sa présence soit préférable pour des raisons de sécurité. L'amplificateur 200 comprend en outre un convertisseur 15 matriciel 203 reliant les bornes K, L et M (par l'intermédiaire du circuit 201 dans cet exemple) à des bornes ou noeuds 0 et P de fourniture d'un signal audio modulé en largeur d'impulsion. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, le convertisseur matriciel est connecté d'une part aux bornes K', L' et M', et 20 d'autre part aux bornes 0 et P. On entend ici par convertisseur matriciel un convertisseur de fréquence direct, ne comportant pas d'élément intermédiaire de stockage de la puissance électrique à convertir entre ses bornes d'entrée et ses bornes de sortie, mais uniquement m*n interrupteurs, m et n étant respectivement le 25 nombre de phases d'entrée et le nombre de phases de sortie du convertisseur, avec m entier supérieur à 1 et n entier supérieur ou égal à 1 (dans l'exemple représenté, le convertisseur 203 est un convertisseur de trois phases vers deux phases). Dans l'exemple représenté, le convertisseur 203 comprend six interrupteurs si, 30 s2, s3, s4, s5, s6, bidirectionnels en tension et en courant, reliant respectivement la borne M' à la borne 0, la borne L' à la borne 0, la borne K' à la borne 0, la borne M' à la borne P, la borne L' à la borne P, et la borne K' à la borne P. Chacun des interrupteurs bidirectionnels si à s6 35 comprend par exemple un montage de type RB-IGBT (de l'anglais 3033675 B14057 - DD16080SP 8 "Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor" - transistor bipolaire à grille isolée à blocage en inverse), comportant deux transistors bipolaires de types de conductivité opposés reliés en parallèle. A titre de variante, chaque interrupteur bidirectionnel 5 comprend un assemblage d'une ou plusieurs diodes et un ou plusieurs transistors disposés tête-bêche, par exemple des transistors MOSELT (de l'anglais 'Uvletal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor" - transistor à effet de champ métal-oxydesemiconducteur). Plus généralement, toute structure permettant de 10 mettre en oeuvre une fonction d'interrupteur bidirectionnel en tension et en courant, et commandable en ouverture et en fermeture, peut être utilisée. Dans un mode de réalisation préféré, chacun des interrupteurs si à s6 est un transistor au nitrure de gallium (GaN) du type décrit dans la demande de brevet 15 européen N°2736078 (et dans la demande de brevet US correspondante N°2014145203). En effet, ces transistors sont bidirectionnels en tension et en courant, et présentent l'avantage d'être peu encombrants, de dissiper une très faible quantité d'énergie électrique, et d'être compatibles avec des fréquences de commutation 20 élevées. L'amplificateur 200 comprend de plus une unité de calcul et de commande 205 adaptée à commander les interrupteurs si à s6 du convertisseur matriciel 203. L'unité de calcul et de commande 205 est reliée à une entrée Q d'application d'un signal audio 25 numérique à amplifier. A titre de variante, l'amplificateur 200 peut comporter, outre l'entrée audio numérique Q ou en remplacement de l'entrée audio numérique Q, une entrée audio analogique (non représentée) reliée à l'unité de calcul et de commande 205 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique- 30 numérique (non représenté). L'unité de calcul et de commande 205 est en outre reliée aux bornes ou noeuds de commande des interrupteurs si à s6 du convertisseur matriciel 203. L'unité de calcul et de commande 205 comprend par exemple un microprocesseur, ou tout autre circuit de calcul (FPGA, DSP, etc.) adapté à déterminer 35 une séquence de commande des interrupteurs si à s6 permettant de 3033675 B14057 - DD16080SP 9 convertir les signaux d'alimentation électrique triphasés appliqués en entrée du convertisseur matriciel 203 en un signal audio modulé en largeur d'impulsions fourni sur les bornes de sortie 0 et P du convertisseur matriciel 203, dont la valeur 5 moyenne est proportionnelle au signal audio à amplifier, avec un gain paramétrable via l'unité de commande 205. Un circuit d'interface isolé 206 fait de préférence interface entre l'unité de calcul et de commande 205 et les bornes de commande des interrupteurs si à s6. Le circuit 206 est adapté à convertir les 10 signaux de commande fournis par l'unité de commande 205 en des signaux de commande adaptés aux interrupteurs de puissance si à s6. L'amplificateur 200 comprend en outre un circuit 207 de mesure dynamique des niveaux de l'alimentation électrique 15 triphasée. Dans cet exemple, le circuit 207, par exemple un convertisseur analogique-numérique, est connecté aux bornes K', L', M' et fournit, sur des sorties M", L", K" des signaux numériques représentatifs des niveaux de tension instantanés sur les bornes K', L', M' respectivement. Les sorties M", L", K" 20 du circuit 207 sont reliées à des entrées de l'unité de commande 205. L'unité de commande tient compte des niveaux de tension mesurés par le circuit 207 pour déterminer les signaux de commande à appliquer au convertisseur matriciel 203. L'amplificateur 200 comprend de plus un filtre passe- 25 bas analogique 209 reliant les bornes de sortie 0 et P du convertisseur matriciel 203 à des bornes de sortie S et T de l'amplificateur. Le filtre 209 est par exemple identique ou similaire au filtre passe-bas 111 de la figure 1. A titre d'exemple, le filtre 209 comprend une inductance (non représentée) 30 dont une première extrémité est connectée à la borne 0 et dont une deuxième extrémité est connectée à la borne S, et un condensateur de filtrage (non représenté) dont une première électrode est connectée à la borne T et dont une deuxième électrode est connectée à la borne P, la borne P étant elle-même connectée 35 à la borne T.
3033675 B14057 - DD16080SP 10 Les bornes de sortie S et T de l'amplificateur 200 sont destinées à être reliées à un haut-parleur 220. Le fonctionnement de l'amplificateur 200 est le suivant. Les valeurs des trois phases de la tension d'alimentation 5 triphasée appliquée sur les bornes K', L' et M' sont mesurées par le circuit 207 à la fréquence d'échantillonnage du circuit 207, par exemple comprise entre 100 kHz et 100 MHz, par exemple égale à 1 MHz, et transmises sous la forme d'un signal numérique à l'unité de calcul et de commande 205.
10 Connaissant les niveaux des trois phases de la tension d'alimentation, l'unité de calcul et de commande 205 commande les interrupteurs si à s6 de façon à convertir la tension d'alimentation électrique triphasée appliquée sur les bornes K', L' et M' en un signal audio modulé en largeur d'impulsion fourni sur les 15 bornes de sortie 0 et P du convertisseur matriciel 203, ce signal étant une image amplifiée du signal audio d'entrée de l'amplificateur. Pour déterminer une séquence de commande appropriée des interrupteurs, l'unité de calcul et de commande 205 met par exemple en oeuvre un algorithme du type décrit dans 20 l'article intitulé "A novel control method for forced commutated cycloconverters using instantaneous values of input line-to-line voltages" de Akio Ishiguro (IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 38, NO. 3, JUNE 1991). Un tel algorithme, habituellement utilisé dans le domaine du contrôle moteur, permet 25 notamment de commander un convertisseur matriciel pour convertir un signal d'alimentation triphasée de fréquence et d'amplitude donnée, en un signal d'alimentation d'un moteur modulé en largeur d'impulsion, de fréquence et d'amplitude différentes de cellules du signal d'entrée. Plus généralement, les modes de réalisation 30 décrits sont compatibles avec toutes les méthodes connues de détermination d'une séquence de commande d'un convertisseur matriciel en vue de convertir une tension d'entrée triphasée en un signal de sortie de fréquence et d'amplitude choisies. Dans le convertisseur 200, l'amplitude et la fréquence de consigne 35 fournies à l'algorithme de génération de la séquence de commande 3033675 B14057 - DD16080SP 11 des interrupteurs si à s6 sont adaptées dynamiquement en tenant compte du signal audio d'entrée à amplifier, de manière à reproduire, en sortie du convertisseur matriciel, une image amplifiée du signal d'entrée.
5 Le filtre passe-bas 209 permet d'éliminer d'éventuelles composantes fréquentielles indésirables du signal modulé en largeur d'impulsion délivré en sortie du convertisseur matriciel 203. A titre de variante, le filtre 209 peut être omis, la fonction de filtrage du signal modulé étant alors réalisée directement par 10 le haut-parleur 220. La fréquence maximale des signaux audio qui peuvent être amplifiés sans distorsions significatives par l'amplificateur 200 est notamment liée à la fréquence de commutation des interrupteurs si à s6. A titre d'exemple, la fréquence de commutation des 15 interrupteurs est comprise entre 100 kHz et 100 MHz, par exemple égale à 1 MHz, ce qui permet d'amplifier des signaux audio de fréquence maximale comprise entre 20 Hz et 20 kHz. Les transistors de puissance bidirectionnels au nitrure de gallium décrits dans la demande de brevet européen N°2736078 susmentionnée sont 20 notamment compatibles avec de telles fréquences de commutation. Dans l'exemple de la figure 2, l'amplificateur 200 permet de délivrer une tension de sortie crête maximale Vmax égale à 1,5 fois la tension crête phase/neutre d'entrée. Ainsi, dans le cas où l'alimentation triphasée présente une tension efficace 25 phase/phase de 400 V, soit une tension crête phase/neutre de l'ordre de 325 V, on peut obtenir une tension de sortie crête maximale Virtax de l'ordre de 485 V au niveau du haut-parleur. En régime sinusoïdal, cette tension crête permet de déterminer la tension efficace de sortie Veff=Vmax/-a, et ainsi la puissance 30 efficace P de l'amplificateur selon la formule P=Veff2/R, R étant l'impédance du haut-parleur 220. Ainsi dans l'exemple susmentionné et pour un haut-parleur présentant une impédance de 8 ohms, la puissance de l'amplificateur est d'environ 14,7 kilowatts. A titre d'exemple d'utilisation non limitatif, plusieurs haut-parleurs 35 peuvent être branchés en assemblage série et/ou parallèle entre 3033675 B14057 - DD16080SP 12 les bornes de sortie S et T de l'amplificateur, de façon à répartir la puissance disponible en sortie de l'amplificateur sur plusieurs haut-parleurs. La figure 3 est un schéma illustrant, sous forme de 5 blocs, un exemple d'un amplificateur audio 300 à alimentation électrique triphasée, selon une variante de réalisation. L'amplificateur 300 de la figure 3 fournit une puissance de sortie plus faible que l'amplificateur 200 de la figure 2, mais présente une architecture plus simple, et peut ainsi constituer un 10 compromis intéressant pour certaines applications. L'amplificateur 300 de la figure 3 comprend des éléments communs avec l'amplificateur 200 de la figure 2. Ces éléments ne seront par détaillés à nouveau. Dans la suite, seules les différences entre les amplificateurs 200 et 300 seront détaillées.
15 L'amplificateur 300 de la figure 3 diffère de l'ampli- ficateur 200 de la figure 2 essentiellement en ce que, dans l'amplificateur 300, un convertisseur matriciel 303 de trois phases vers une phase remplace le convertisseur 203 de trois phases vers deux phases de l'amplificateur 200. Dans l'amplifi- 20 cateur 300, le signal audio de sortie de l'amplificateur est référencé par rapport au neutre de l'alimentation électrique triphasée. L'amplificateur 300 comprend, outre les bornes K, L et M d'application de la tension d'alimentation alternative 25 triphasée, une borne N destinée à être connectée à une borne de fourniture d'un potentiel de référence, ou neutre, de l'alimentation électrique triphasée. L'amplificateur 300 peut comprendre un circuit d'isolement galvanique 301 identique ou similaire au circuit 201 de la figure 2, permettant d'isoler les bornes K, L, 30 M et N du reste de l'amplificateur. Le circuit 301 est connecté aux bornes K, L, M, N et fournit, sur des bornes ou noeuds de sortie K', L', M', N' isolées des bornes K, L, M, N, une tension d'alimentation triphasée sensiblement identique à la tension appliquée sur les bornes K, L, M, N.
3033675 B14057 - DD16080SP 13 L'amplificateur 300 comprend en outre un convertisseur matriciel 303 de trois phases vers une phase, reliant les bornes K, L et M (par l'intermédiaire du circuit 301 dans cet exemple) à une borne 0 de fourniture d'un signal audio modulé en largeur 5 d'impulsion. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, le convertisseur matriciel est connecté d'une part aux bornes K', L' et M', et d'autre part à la borne O. Le convertisseur 303 comprend trois interrupteurs bidirectionnels si, s2, s3, reliant respectivement la borne M' à la borne 0, la borne L' à la borne 10 0, et la borne K' à la borne O. Le signal audio modulé de sortie du convertisseur 303 est référencé par rapport à une borne P connectée à la borne N'. L'amplificateur 300 comprend de plus une unité de calcul et de commande 305 identique ou similaire à l'unité de calcul 205 15 de la figure 2, adaptée à commander les interrupteurs si à s3 du convertisseur matriciel. Comme dans l'exemple de la figure 2, l'unité de calcul et de commande 305 est reliée à une entrée Q d'application d'un signal audio à amplifier. L'unité de calcul et de commande 305 est adaptée à déterminer une séquence de commande 20 des interrupteurs si à s3 permettant de convertir les signaux d'alimentation électrique triphasés appliqués en entrée du convertisseur matriciel 303 en un signal audio image amplifiée du signal audio d'entrée, délivré entre les bornes 0 et P. Un circuit d'interface isolé 306 fait de préférence interface entre l'unité 25 de calcul et de commande 305 et les bornes de commande des interrupteurs si à s3. Le circuit 306 est adapté à convertir les signaux de commande fournis par l'unité de commande 305 en des signaux de commande adaptés aux interrupteurs de puissance si à s3.
30 L'amplificateur 300 comprend en outre un circuit 307 de mesure dynamique des niveaux de l'alimentation électrique triphasée, similaire ou identique au circuit 207 de la figure 2. Dans cet exemple, le circuit 307 est connecté aux bornes K', L', M', N' et fournit, sur des sorties M", L", K", N" des signaux 35 numériques représentatifs des niveaux de tension sur les bornes 3033675 B14057 - DD16080SP 14 K', L', M', N" respectivement. Les sorties M", L", K", N" du circuit 307 sont reliée à des entrées de l'unité de commande 305. Dans l'exemple représenté, l'amplificateur 300 comprend de plus un filtre passe-bas analogique 309 identique ou similaire 5 au filtre 209 de la figure 2, reliant les bornes 0 et P à des bornes de sortie S et T de l'amplificateur. Le fonctionnement de l'amplificateur 300 est similaire à celui de l'amplificateur 200 de la figure 2. Dans l'exemple de la figure 3, l'amplificateur 300 10 permet de délivrer une tension de sortie crête maximale Vmax égale à la moitié de la tension crête phase/neutre d'entrée. Ainsi, dans le cas où l'alimentation triphasée présente une tension efficace phase/phase de 400 -V, soit une crête phase/neutre de l'ordre de 325 -V, on peut obtenir une tension de sortie crête maximale Vmax 15 de l'ordre de 160 V au niveau du haut-parleur. Ainsi pour un haut-parleur présentant une impédance de 8 ohms, la puissance efficace P que peut fournir l'amplificateur 300 est d'environ 1,6 kilowatts. Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils 20 permettent de réaliser des amplificateurs de forte puissance robustes et présentant un faible rapport encombrement/poids par rapport aux amplificateurs existants alimentés par une tension électrique monophasée. En outre, l'architecture proposée présente un meilleur 25 rendement que l'architecture de la demande de brevet W02006/112687 susmentionnée, grâce notamment à l'utilisation d'un convertisseur matriciel pour générer le signal audio de sortie directement à partir de l'alimentation triphasée. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits.
30 Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l'exemple de filtre passe-bas décrit ci-dessus. Plus généralement, les filtres 209 et 309 des figures 2 et 3 peuvent être remplacés par toute autre structure de filtrage 35 passe-bas adaptée à filtrer les composantes fréquentielles 3033675 B14057 - DD16080SP 15 indésirables du signal de sortie du convertisseur matriciel 203, respectivement 303.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Amplificateur audio (200 ; 300) comportant : des première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes d'application d'une tension d'alimentation alternative triphasée ; et un convertisseur matriciel (203 ; 303) reliant les première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes à au moins l'une de première (S) et deuxième (T) bornes de sortie de l'amplificateur.
- 2. Amplificateur (200 ; 300) selon la revendication 1, comportant en outre un circuit de calcul et de commande (205 ; 305) relié à une entrée (Q) d'application d'un signal audio à amplifier, ledit circuit (205) étant adapté à commander le convertisseur matriciel (203 ; 303) de façon à convertir la tension d'alimentation alternative triphasée en un signal audio de sortie, image amplifiée du signal d'entrée, délivré sur les première (S) et deuxième (T) bornes de sortie de l'amplificateur.
- 3. Amplificateur (200 ; 300) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le convertisseur matriciel (203 ; 303) est relié aux première (K), deuxième (L) et troisième (vi) bornes d'application de la tension d'alimentation alternative triphasée par l'intermédiaire d'un circuit d'isolement galvanique (201 ; 301).
- 4. Amplificateur (200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le convertisseur matriciel (203 ; 303) est relié aux première (S) et deuxième (T) bornes de sortie de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas (209 ; 309).
- 5. Amplificateur (200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un circuit (207 ; 307) de mesure 30 de la tension d'alimentation alternative triphasée, relié à l'unité de commande et de calcul (205 ; 305).
- 6. Amplificateur (200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le convertisseur matriciel (203 ; 303) comprend une pluralité d'interrupteurs bidirectionnels 3033675 B14057 - DD16080SP 17 (si, s6), chaque interrupteur comportant un transistor bidirectionnel au nitrure de gallium.
- 7. Amplificateur (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le convertisseur matriciel (203) 5 est un convertisseur de trois phases vers deux phases, reliant les première (K), deuxième (L) et troisième (vi) bornes d'application de la tension d'alimentation alternative triphasée aux première (S) et deuxième (T) bornes de sortie de l'amplificateur. 10
- 8. Amplificateur (200) selon la revendication 7, dans lequel le convertisseur matriciel (203) comprend six interrupteurs (si, s6) reliant respectivement les première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes d'application de la tension alternative triphasée aux première (S) et deuxième (T) bornes de 15 sortie de l'amplificateur.
- 9. Amplificateur (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le convertisseur matriciel (303) est un convertisseur de trois phases vers une phase, reliant les première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes d'application 20 de la tension d'alimentation alternative triphasée à la première borne de sortie (S) de l'amplificateur, la deuxième borne de sortie (T) de l'amplificateur étant reliée à une borne (N) d'application d'un signal de référence ou neutre de la tension d'alimentation alternative triphasée. 25
- 10. Amplificateur (300) selon la revendication 9, dans lequel le convertisseur matriciel (303) comprend trois interrupteurs (si, s2, s3) reliant respectivement les première (K), deuxième (L) et troisième (M) bornes d'application de la tension alternative triphasée à la première borne de sortie (S) de l'amplificateur.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1552021A FR3033675A1 (fr) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Amplificateur audio a alimentation triphasee |
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| FR1552021A FR3033675A1 (fr) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Amplificateur audio a alimentation triphasee |
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| FR3033675A1 true FR3033675A1 (fr) | 2016-09-16 |
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ID=53514297
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR1552021A Withdrawn FR3033675A1 (fr) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Amplificateur audio a alimentation triphasee |
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| FR (1) | FR3033675A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114401475A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-04-26 | 广州高新兴机器人有限公司 | 音频放大器系统 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2006112687A1 (fr) * | 2005-04-19 | 2006-10-26 | Vladimir Filevski | Amplificateur presentant une alimentation triphasee |
| EP2736078A1 (fr) * | 2012-11-26 | 2014-05-28 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Transistor bidirectionnel à haute mobilité électronique |
-
2015
- 2015-03-11 FR FR1552021A patent/FR3033675A1/fr not_active Withdrawn
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