WO2015197764A1 - Amplificateur audio - Google Patents
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Abstract
Cet amplificateur audio comporte : - une entrée (12) pour un signal audio à amplifier (Vin) et une sortie (14) d'alimentation d'une charge (16) à partir du signal audio amplifié; - un générateur (18) de tension de référence de très haute linéarité et de faible impédance de sortie, propre à recevoir en entrée le signal audio à amplifier (Vin); - un générateur de courant (19) de puissance, comportant un générateur (20) de tension de puissance, dont la sortie est connectée à la sortie du générateur de tension de référence (18), au travers d'une inductance de couplage (22); et - des moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19) un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18). Lesdits moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18), sont propres à introduire, en outre, un signal (Formula (I)), représentatif du produit de la valeur (L(iD))de l'inductance de couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (Formula (I)) fourni à la charge (16).
Description
Amplificateur audio
La présente invention concerne un amplificateur audio très haute-fidélité à faible distorsion et haut rendement du type comportant :
- une entrée pour un signal audio à amplifier et une sortie d'alimentation d'une charge à partir du signal audio amplifié ;
- un générateur de tension de référence de très haute linéarité et de faible impédance de sortie, propre à recevoir en entrée le signal audio à amplifier ;
- un générateur de courant de puissance, comportant un générateur de tension de puissance, dont la sortie est connectée à la sortie du générateur de tension de référence, au travers d'une inductance de couplage ; et
- des moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence.
La demande de brevet WO-201 1 /107 669 décrit le couplage d'un amplificateur analogique classe A, formé d'un générateur de tension de référence et d'un amplificateur numérique classe D constituant un générateur de tension de puissance, lequel est couplé à la sortie du générateur de tension de référence par une inductance, avec laquelle il forme alors une source de courant.
L'association d'un amplificateur classe A et d'un amplificateur classe D a pour but de créer un amplificateur de très fort rendement et de très haute linéarité.
En pratique, plusieurs phénomènes limitent le rendement total d'un tel amplificateur, sa capacité à reproduire les hautes fréquences, et sa puissance maximale atteignable. Ces phénomènes sont notamment les suivants.
Les pertes de commutation des transistors MOS de l'amplificateur classe D sont proportionnelles à la fréquence de commutation. Pour cette raison, en pratique, cette fréquence ne peut pas dépasser significativement 500 kHz pour des tensions supérieures à 100 volts.
En outre, la valeur de l'inductance de sortie de l'amplificateur en classe D doit être aussi petite que possible pour permettre une vitesse de balayage maximale en courant (désignée par slew rate en anglais) permettant ainsi la reproduction des hautes fréquences du spectre audio. Toutefois, diminuer la valeur de cette inductance produit les deux effets néfastes suivants :
- l'ondulation triangulaire du courant (ou current ripple en anglais) dans l'inductance de l'amplificateur classe D est inversement proportionnelle à la fréquence de commutation et inversement proportionnelle à la valeur de l'inductance. Or, le courant triangulaire haute fréquence est totalement absorbé et dissipé par l'amplificateur
analogique classe A, ce qui provoque une dissipation thermique importante et diminue le rendement du système ;
- le gain maximal autorisé pour rester dans les limites de stabilité dans le cas d'un asservissement proportionnel intégral (PI) de l'amplificateur classe D par le courant consommé par l'amplificateur classe A est directement proportionnel à la valeur de l'inductance de l'amplificateur classe D et inversement proportionnel à la somme de tous les délais et retards du système constitués notamment des délais de calcul des microcontrôleurs et des délais inhérents à l'utilisation d'une régulation de type PWM.
Le compromis à réaliser entre les contraintes technologiques des transistors commutant, la bande passante à reproduire et l'impédance habituelle des haut-parleurs à alimenter conduit à des valeurs de gain proportionnel et intégral maximales trop faibles au-delà de 10 kHz environ, réduisant à moins de un dixième le ratio du courant fourni par l'amplificateur classe A sur le courant fourni par l'amplificateur classe D à 20 kHz. En basse fréquence, de tels problèmes de gain n'existent pas, l'intégrateur présent dans le système de contrôle présentant un gain très élevé.
La solution mise en œuvre dans le document WO 201 1/107 669, consistant à ajouter le signal représentatif de la tension en entrée de l'amplificateur classe A au signal de commande de l'amplificateur classe D vise à ce que, en l'absence de tout courant dans l'amplificateur classe A, après convergence vers zéro de l'intégrateur du système de contrôle de l'amplificateur classe D, la tension aux bornes de l'impédance de couplage et le courant traversant cette impédance soient nuls quelle que soit la tension d'entrée. Or, cette condition s'avère difficile à satisfaire si les impédances complexes de la charge et de l'inductance de couplage ont des arguments différents, ce qui est généralement le cas, principalement lorsque l'impédance de couplage a une résistance très faible et une inductance élevée alors que l'impédance de la charge est essentiellement résistive.
Dans ces conditions, l'amplificateur classe A est très sollicité lors de la reproduction de hautes fréquences notamment supérieures à 10 kHz.
L'invention a pour but d'améliorer le ratio de courant fourni par l'amplificateur classe A sur le courant fourni par l'amplificateur classe D pour des fréquences élevées, permettant ainsi de réduire réchauffement de l'amplificateur classe A tout en augmentant la bande passante utile.
A cet effet, l'invention a pour objet un amplificateur audio du type précité, caractérisé en ce que lesdits moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence, sont propres à introduire, en outre, un signal représentatif du
produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l'amplificateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance, un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence comportent un régulateur dérivé-proportionnel-intégral ;
- le signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge est le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie ;
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence sont propres à introduire, en entrée du générateur de courant, un signal comprenant à la fois un signal représentatif du signal audio à amplifier et le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie ;
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance, un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence sont propres à introduire, en tant que signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence, un signal comprenant le produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la valeur du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence ;
- ledit amplificateur comporte des moyens de mesure du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance et des moyens de calcul de la valeur de l'inductance de couplage en fonction du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance ;
- ledit amplificateur comporte, d'une part, des moyens d'estimation du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance à partir du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et d'un signal représentatif du signal audio à amplifier et, d'autre part, des moyens de calcul de la valeur de l'inductance de couplage en fonction du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance ;
- lesdits moyens d'estimation du courant fourni en sortie du générateur de tension de puissance comportent un étage d'intégration du quotient de la différence du signal de commande du générateur de courant de puissance et du signal représentatif du signal audio à amplifier par une estimation de la valeur de l'inductance de couplage ;
- les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et un signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge comprennent la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance avec un retard prédéterminé en entrée du générateur de courant de puissance ; et
- la valeur de l'inductance de couplage est supérieure à 1 micro Henry et les moyens pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant, un signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence et un signal représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge comprennent seulement un moyen la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance avec un retard prédéterminé en entrée du générateur de courant de puissance.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma électrique d'un amplificateur audio haute-fidélité à faible distorsion et très haut rendement selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est un graphique montrant la valeur du courant fourni par l'amplificateur classe A en l'absence de l'invention et lors de la mise en œuvre de l'invention ; et
- les figures 3, 4 et 5 sont les schémas électriques de trois variantes de réalisation d'un amplificateur selon l'invention.
L'amplificateur audio 10 représenté sur la figure 1 comporte une entrée 12 propre à recevoir un signal audio analogique à amplifier Vin et une sortie 14 de fourniture du signal amplifié à laquelle est reliée une charge formée d'un haut-parleur 16. Le haut- parleur 16 est relié directement, sans autre élément résistif, entre la sortie 14 de l'amplificateur et la masse.
L'entrée 12 de l'amplificateur est propre à recevoir une tension de commande dont la référence est la masse.
L'amplificateur 10 comporte un générateur de tension de référence 18 de très haute linéarité et de faible impédance de sortie formant un amplificateur class A et une source de courant de puissance 19 formant un amplificateur class D, dont les deux sorties sont couplées directement pour former la sortie 14 de l'amplificateur.
La source de courant de puissance 19 comprend un générateur de tension de puissance 20 et une inductance de couplage 22 reliée en sortie du générateur de tension
de puissance 20 et au travers de laquelle le générateur de tension 20 est accouplé au générateur de tension de référence 18. L'inductance de couplage est formée d'une bobine ayant une faible résistance.
L'entrée du générateur de tension de référence 18 est reliée à l'entrée 12 de l'amplificateur, alors que la sortie de l'amplificateur de tension de référence 18 est reliée directement à la sortie 14 sans interposition d'aucun élément résistif, capacitif ou inductif.
Les sorties des générateurs de tension 18 et 20 sont reliées en un point de couplage 24, l'inductance de couplage 22 étant disposée entre la sortie du générateur de tension de puissance 20 et le point de couplage 24.
Dans le mode de réalisation envisagé, l'inductance de couplage 22 comprend deux inductances 23A, 23B montées en série et dont le point milieu d'interconnexion est relié à la masse par une impédance de connexion 25.
L'inductance totale de l'inductance de couplage 22 est comprise entre 1 micro Henry et 1 milli Henry. Le générateur de courant de puissance 20 est commandé par une unité de commande 25A.
Le générateur de tension de référence 18 comporte un étage d'amplification de tension 26 schématisé par un amplificateur différentiel dont l'entrée non inverseuse est reliée directement à l'entrée 12 et dont l'entrée inverseuse est reliée à une boucle de contre-réaction 27 reliée directement à la sortie de l'amplificateur différentiel 26. De préférence, l'étage d'amplification en tension est formé, par exemple, d'un amplificateur opérationnel monté en suiveur en tension.
Le générateur 18 de tension de référence est un amplificateur de classe A ayant une très haute linéarité et une faible impédance de sortie. De préférence, l'impédance de sortie du générateur de tension de référence est inférieure à 0,2 Ohms.
L'amplificateur différentiel 26 est alimenté par deux tensions continues V+ et V. et consomme un courant noté respectivement l+ et I. sur chacune de ces entrées d'alimentation.
Des moyens de mesure du courant consommé 28A, 28B sont prévus sur chacune des entrées d'alimentation de l'amplificateur différentiel 26.
Ces moyens sont formés par exemple de détecteurs de courant comme décrits dans le document US 6 937 095. Ils sont propres à fournir une information représentative du courant fourni en sortie par le générateur de tension référence, le courant iA fourni par le générateur 18 étant directement lié au courant qu'il consomme.
Les sorties des capteurs de courant 28A, 28B sont reliées à un sommateur 30 dont la sortie fournit le courant iA consommé par le générateur de tension de référence et donc le courant fourni en sortie de ce même amplificateur. L'unité de commande 25A
comporte un régulateur linéaire 32 recevant en entrée le courant iA en étant connecté en sortie du sommateur 30.
Le régulateur 32 comporte un étage d'amplification linéaire 34, un étage de dérivation 36 et un étage d'intégration 38 chacun monté en parallèle et recevant en entrée une valeur représentative de la somme des courants iA consommés par le générateur de tension de référence 18. Les sorties des 34, 36 et 38 sont reliées à un sommateur 40 de l'unité de commande 25A. Ainsi, le régulateur 32 est propre à fournir en sortie un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de référence 18.
Suivant un premier mode de réalisation, le régulateur 32 est un régulateur proportionnel intégral (PI) intégrant seulement un étage d'amplification linéaire 32 et un étage d'intégration 38 sans étage de dérivation 36. En variante, le régulateur 32 est un étage de type proportionnel intégral dérivé (PID) comportant les trois étages 34, 36 et 38.
Le sommateur 40 est connecté par une autre entrée à l'entrée 12, par l'intermédiaire d'un étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical Vin à amplifier.
Ainsi, le générateur de courant de puissance 19 et donc le générateur de tension de puissance 20 sont propres à recevoir en entrée une combinaison du signal audio à amplifier Vin issu de l'entrée 12 et une valeur représentative du courant iA consommé par le générateur de tension de référence 18.
Le générateur de tension de puissance 20 est formé dans l'exemple considéré d'un amplificateur différentiel 50 monté en suiveur, et dont l'entrée inverseuse est connectée directement à la sortie par une boucle de contre-réaction 51 . Son entrée non inverseuse est reliée à la sortie de l'unité de commande 25A formée de la sortie du sommateur 40 au travers d'un étage de retard 54.
Suivant un premier mode de réalisation, l'amplificateur différentiel 50 est constitué d'un amplificateur de classe D, c'est-à-dire d'un amplificateur de type « push/pull » comportant suivant sa branche d'amplificateur deux transistors « MOSFET » montés en anti-série, ces deux transistors étant pilotés suivant une loi de modulation par largeur d'impulsion. Dans ce cas, l'impédance 22 est constituée d'une inductance, d'une résistance ou de la combinaison des deux. En variante, les deux transistors sont pilotés suivant une loi en sigma/delta.
Suivant un autre mode de réalisation, le générateur de tension de puissance 20 est constitué d'un amplificateur de classe A ou de classe AB.
Avantageusement, l'inductance de couplage 22, qu'il s'agisse d'une bobine ou d'une résistance a un module inférieur à dix fois le module de la charge, à savoir du haut- parleur 16, dans la gamme de fréquence utile.
Ainsi, par exemple pour un haut-parleur dont la résistance est de 8 Ohms, l'inductance 22 utilisée dans le cas d'un amplificateur de classe AB pour former le générateur de courant de puissance 19 est inférieure à 10μΗ.
De même, dans le cas d'un amplificateur de class D formant le générateur de tension de puissance 20, pour alimenter un haut-parleur dont l'inductance est de 1 mH et la résistance de 4 Ohms, l'inductance de couplage a une valeur inférieure à 100μΗ.
Selon l'invention, l'unité de commande 25A du générateur de courant 19 comporte des moyens 60 pour introduire, pour sa commande, à l'entrée du générateur de courant 19, en plus du signal représentatif du courant fourni en sortie du générateur de tension de référence 18, un signal SL représentatif de la valeur de l'inductance de couplage 22. La sortie des moyens 60 est reliée à une entrée du sommateur 40 pour la prise en compte du signal SL.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , ces moyens 60 sont reliés en entrée à un étage 62 de mesure du courant lD fourni en sortie du générateur de tension de puissance 20 et circulant au travers de l'inductance de couplage 22. Cet étage 62 est relié à un sommateur 64 de l'étage 60 dont l'autre entrée est reliée en sortie du sommateur 30 pour recevoir l'intensité iA fournie en sortie du générateur de tension 18.. Ainsi, en sortie du sommateur 64 est obtenue l'intensité ÎLOAD fournie à la charge 16 en sortie 14 de l'amplificateur, cette intensité étant égale à la somme de l'intensité iA fournie en sortie du générateur de tension et l'intensité iD fournie en sortie du générateur de courant de puissance 19. La sortie du sommateur 64 est connectée à un étage de dérivation par rapport au temps 66 propre à fournir en sortie ^L0AD .
dt
Cette sortie est reliée à un multiplicateur 68, dont l'autre borne d'entrée est reliée à un étage 70 de fourniture d'une valeur L(iD) de l'inductance de couplage 22 en fonction du courant iD la traversant. Cet étage 70 comporte une entrée propre à recevoir l'intensité iD traversant l'inductance 22, cette entrée étant reliée à l'étage de mesure 62. L'unité 70 est formée par exemple d'une table de valeurs préenregistrées propres à fournir en sortie la valeur L(iD) de l'inductance 22 en fonction de l'intensité circulant dans cette inductance.
La sortie du multiplicateur 68 est reliée à l'entrée du sommateur 40 et fournit le signal SL, lequel est égal au produit de l'inductance du couplage L(iD) et de la dérivée par rapport au temps du courant fourni à la charge depuis la sortie 14 soit SL = L(iD ) ^L0AD .
dt
Avantageusement, la sortie de l'unité de calcul de la valeur de l'inductance de couplage 70 est reliée à une entrée d'un multiplicateur 72, dont l'autre entrée est reliée à la sortie du sommateur 30. La sortie du multiplicateur 72 est reliée à l'entrée du régulateur
32, permettant que le régulateur 32 reçoive en entrée en tant que signal représentatif du courant iA fourni en sortie du générateur de tension de référence 18, un signal LiA représentatif du produit de la valeur de l'inductance de couplage 22 et du courant iA fourni en sortie du générateur de tension de référence 18.
On comprend qu'avec un tel circuit, la tension ajoutée pour la commande du générateur de courant de puissance 19, en plus de la sortie du régulateur 32 est égale à
Dans le cas où la sortie du régulateur 32 est égale à zéro (le générateur de tension de référence 18 ne fournit alors aucun courant), comme les générateurs de référence 18 et de puissance 20 sont à gain unitaire, la tension au point 24 vaut Vin et la tension de sortie di L,OAD
du générateur de tension de référence 20 vaut V
dt
La tension aux bornes de l'inductance 22 est alors égale à la différence des deux tensions précédentes, soit V. = Vin - (Vin + L^^) = -L^^ .
dt dt
Il en découle immédiatement que l'inductance 22 est parcourue par le courant iLOAD, car une inductance L traversée par un courant i voit naître à ses bornes une différence de potentiel égale à
Dans ces conditions, l'intégralité du courant fourni à la charge 16 provient du générateur de tension de puissance 20. Le signal V= Vin + L ^L D est donc un estimateur parfait de la tension à fournir au générateur 20 pour maximiser le ratio— .
iA
II est à noter que le résultat précédant est vrai quelle que soit la charge 16 connectée en sortie 14 de l'amplificateur 10, quelle que soit la fréquence du signal amplifié et quel que soit le gain de l'asservissement de l'amplificateur 50. Ainsi, en théorie, le générateur de tension de référence classe A 18 ne fournit aucun courant ; en pratique, le générateur de tension de référence classe A se contente de fournir un courant faible destiné à corriger les petites imperfections de réalisation de chacune des fonctions élémentaires (dérivateur, intégrateur, valeur de L 22, etc.).
On conçoit que la valeur de l'inductance L(iD) variant très fortement (jusqu'à - 50%), et de manière totalement non linéaire en fonction du courant iD qui la traverse, le circuit selon l'invention permet en outre, d'une part de moduler la valeur de L utilisée dans le calcul de l'estimateur de la tension à fournir au générateur de tension de puissance 20
en fonction du courant qui la traverse, et d'autre part de moduler le gain de la rétro-action de l'asservissement par la fonction non linéaire reliant la valeur de L(iD) à son courant iD la traversant, afin de pouvoir maximiser les gains de l'asservissement pour toute valeur du courant traversant l'inductance 22 et pour éviter de devoir lors de la conception de l'amplificateur prévoir un ratio 2 pour la marge de gain uniquement pour tenir compte de la baisse de 50% de la valeur de l'inductance L de couplage sur les crêtes de courant.
On constate que l'ajout de la correction réduit très sensiblement la valeur du courant fourni par l'amplificateur classe A à 20 kHz comme illustré sur la figure 2.
Le courant crête de l'amplificateur classe A n'est plus que de 150 milliampères seulement (courbe du bas) au lieu des 1500 milliampères de l'état de la technique illustré sur la courbe du haut de la figure 2. La dissipation dans l'amplificateur classe A est alors divisée par dix environ qui se décompose comme suit :
- un ratio 2 lié au doublement possible des gains lorsque le courant dans l'inductance est très inférieur au courant de saturation ; et
- un ratio 5 lié à l'introduction de la nouvelle consigne en tension.
Dans les figures qui suivent, illustrant des variantes de réalisation de l'amplificateur selon l'invention, les mêmes numéros de références que ceux de la figure 1 sont utilisés pour désigner des éléments identiques ou correspondants.
La variante de réalisation illustrée sur la figure 3 est dépourvue d'unité de mesure 62 du courant iD fourni en sortie du générateur de tension de puissance. Cette unité 62 est remplacée par une unité 82 d'estimation du courant iD fourni en sortie du générateur de tension de puissance 20.
L'estimateur 80 comporte une première entrée reliée en sortie de l'étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical Vin à amplifier. La seconde entrée est reliée en sortie de l'unité de commande 25A du générateur de courant de puissance 19. Cette entrée est connectée à une unité de retard 84 identique à l'unité de retard 54.
La sortie d'unité 84 est reliée à un étage soustracteur 86 dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'étage d'amplification linéaire 42 pour recevoir le signal musical V,M à amplifier. Ainsi, le soustracteur 86 est propre à calculer la différence entre le signal de commande introduit en entrée du générateur de courant de puissance 19 retardé d'un retard τ et le signal musical V,M à amplifier. La sortie du soustracteur 86 est connectée à l'entrée d'un diviseur 88 dont l'autre entrée est reliée à une unité 90 de calcul de la valeur de l'inductance de couplage 22 en fonction de l'intensité la traversant. Ce diviseur 88 est propre à diviser la différence issue du soustracteur 86 par l'inductance L calculée.
Cette quantité est introduite dans un intégrateur 92 dont la sortie fournit une estimation de l'intensité iD fournie par le générateur de tension de référence 20. La sortie de l'intégrateur 92 est également reliée à l'entrée de l'unité 90 d'estimation de la valeur de l'inductance de couplage L afin de fournir en sortie de celle-ci l'inductance en fonction de l'intensité estimée iD.
On comprend qu'avec ce mode de réalisation, les mêmes avantages que précédemment sont obtenus, sans qu'il soit nécessaire de disposer d'une unité de mesure de l'intensité iD, celle-ci étant alors seulement estimée.
L'estimateur fonctionne ici par intégration de la différence de potentiel estimé aux bords de l'inductance de couplage 22 et utilise la valeur courante ou précédente de l'estimateur pour calculer de manière non linéaire une estimation de la valeur L en fonction du courant iD la traversant.
Comme illustré sur la figure 4, il est possible de réagencer et de simplifier certaines unités de calcul mises en œuvre dans l'estimateur 80 et dans les moyens 60 pour réduire les erreurs d'arrondis de calcul, notamment les dérivés. Ce réagencement utilise les propriétés mathématiques suivantes :
- la dérivée d'une somme est égale à la somme des dérivées
- la dérivée de l'intégrale d'une fonction est égale à cette fonction
- l'addition est commutative et associative.
Dans ce mode de réalisation de la figure 4, on retrouve l'estimateur 80 du courant iD mais la sortie de cet estimateur n'est plus utilisée en entrée de l'unité de commande 25A mais seulement pour la détermination de la valeur L de l'inductance 22 en fonction du courant la traversant. Ainsi, dans ce mode de réalisation le sommateur 64 des figures 1 et 3 est supprimé. Ceci est rendu possible puisque des opérations inverses d'intégration et de dérivation sont effectuées dans les unités 92 et 66.
Dans le cas de la figure 5, la valeur L de l'inductance de couplage est supposée ne pas dépendre de l'intensité iD la traversant. Ceci est rendu possible puisque l'inductance 22 est supposée avoir une valeur d'inductance de couplage surdimensionnée en courant et pour laquelle les phénomènes de saturation magnétiques sont négligeables. Alternativement, l'inductance 22 peut être réalisée sans l'utilisation de matériaux ferromagnétiques (inductance à air) ou posséder un gap dans son circuit magnétique. On considère les phénomènes de saturation magnétique négligeables lorsqu'ils sont inférieurs à 10% de saturation. Une inductance de couplage ainsi surdimensionnée a une valeur comprise entre 0.1 μΗ et 100μΗ pour un courant de 50A.
Dans ce cas, le bloc de contrôle est simplifié et le sommateur 40 ne reçoit en entrée que le signal de commande retardé d'un retard τ par le retardateur 84.
Suivant un autre mode de réalisation, la valeur représentative du courant fourni par le générateur de tension de référence introduite dans le régulateur PID 32 est donnée par la différence des potentiels mesurés aux bornes de l'inductance 22 et d'une résistance complémentaire disposée entre le point de couplage 24 et la sortie 14 suivant le montage décrit dans le document FR 2 873 872.
Claims
1 .- Amplificateur audio comportant :
- une entrée (12) pour un signal audio à amplifier (Vin) et une sortie (14) d'alimentation d'une charge (16) à partir du signal audio amplifié ;
- un générateur (18) de tension de référence, propre à recevoir en entrée le signal audio à amplifier (Vin) ;
- un générateur de courant (19) de puissance, comportant un générateur (20) de tension de puissance, dont la sortie est connectée à la sortie du générateur de tension de référence (18), au travers d'une inductance de couplage (22) ;
- des moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19) un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) ;
caractérisé en ce que :
- lesdits moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18), sont propres à introduire, en outre, un signal
( L ^'LQAD ) représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage (22) et dt
di
de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16).
dt
2. Amplificateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (32,
40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19), un signal représentatif du courant fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) comportent un régulateur dérivé-proportionnel-intégral (PID) (32).
3.- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, di
caractérisé en ce que le signal ( L— représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de dt
di l'inductance de couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) dt fourni à la charge (16) est le produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage (22) et di
de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16) depuis la dt
sortie (14).
4. - Amplificateur selon les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19) un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) sont propres à introduire, en entrée du générateur de courant (20), un signal comprenant à la fois un signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) et le produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de couplage di
et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la charge (16) depuis dt
la sortie (14).
5. - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant de puissance (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie par le générateur de tension de référence (18) sont propres à introduire, en tant que signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18), un signal (LiA) comprenant le produit de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) et de la valeur du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18).
6. - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (62) de mesure du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) et des moyens (70) de calcul de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) en fonction du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20).
7. - Amplificateur selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, des moyens (82) d'estimation du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) à partir du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence (18) et d'un signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) et, d'autre part, des moyens de calcul de la valeur (L) de l'inductance de couplage (22) en fonction du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20).
8. - Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (82) d'estimation du courant (iD) fourni en sortie du générateur de tension de puissance (20) comportent un étage (86, 88, 92) d'intégration du quotient de la différence du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) et du signal représentatif du signal audio à amplifier (Vin) par une estimation de la valeur de l'inductance de couplage (22).
9. - Amplificateur selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant
(19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de di
référence (18) et un signal ( L— à2- représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de dt
di l'inductance de couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) dt fourni à la charge (16) comprennent la réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) avec un retard prédéterminé ( τ ) en entrée du générateur de courant de puissance (20).
10.- Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur de l'inductance de couplage (22) est supérieure à 1 micro Henry et les moyens (32, 40, 42, 60) pour introduire, pour sa commande, en entrée du générateur de courant (19), un signal représentatif du courant (iA) fourni en sortie du générateur de tension de référence di
(18) et un signal ( L— représentatif du produit de la valeur (L(iD)) de l'inductance de dt
di
couplage (22) et de la dérivée par rapport au temps du courant (— ΰAD_ ) fourni à la dt
charge (16) comprennent seulement un moyen (40, 84) de réintroduction du signal de commande du générateur de courant de puissance (20) avec un retard prédéterminé ( τ ) en entrée du générateur de courant de puissance (20).
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