Brevet FR2038305A1 — publié le 19710108

La présente invention est relative aux amplificateurs classe D et plus particulièrement à ceux comportant un circuit surie accordable. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures jointes et de la description s'y rapportant. La figure 1 montre un amplificateur classe D connu en soi La figure 2 montre un amplificateur classe D conforme à lin- vention et dans laquelle les mêmes références indiquént les mêmes éléments. L'amplificateur classe D représenté figure 1 comprend un circuit accordé série constitué par la self 1 et la capacité 2 le circuit accordé étant connecte en série avec la charge dluti- lisation 3 et le canal collecteur - émetteur d'un transistor S1 entre les bornes d'alimentation positive et négative 4 et 5 d'une source d'alimentation. Un secondtransistor S2 a sa voie collecteur-dmetteur branchée en parallèle sur l'ensemble série Self 1, capacité 2 et charge 3. Les deux transistors S1 et S2 constituent des commutateurs élec- troniques et un ensemble commutateur de commande (non figuré) engendre des signaux de commande qui sont appliques aux transistors S1 et S2 par les transformateurs P1 et P2. Les signaux de commande ont la forme d'impulsions et sont produits b une fréquence identique à la fréquence de résonance du circuit série accordé. L'amplificateur fonctionne en rendant alternativement conducteur ou non conducteur les transistors S1 et S2 ceci en opposition de ~ phase pour chaque cycle successif de la fréquence de résonance du circuit série accords. Un courant en provenance de la source de tension est appliqué au circuit accordé lorsque le transistor S1 est conducteur et ce courant s'acoule dans la boucle ferme constitube par la self 1, la capacitd 2, la charge 3 et le transistor S2, lorsque celui-ci est conducteur. En conséquence la charge 3 est le siège d'un courant alternatif. Si les transistors S1 et 52 fonctionnent uniquement en tant que commutateurs c'est-à-dire s'ils sont ~complètement conducteurs ou complètement non conducteurs , la perte de puissance en euxmêmes est faible. Par ailleurs les signaux de commande sont appliques aux transistors par l'intermédiaire de transformateurs élévateurs. En conséquence la puissance applique à l'amplificateur à partir de la source de tension est principalement dissipée dans la charge 3 et le circuit fonctionne avec un rendement élevé. Si l'on suppose que la self 1 et la capacité 2 ne présentent aucun éliment rdsistif et que les transistors se comportent comme des commutateurs parfaits, le rendement est de zoo%. il est né- cessaire de faire en sorte que les commutateurs S1 et S2 ne soient pas conducteurs simultandment de manière à éviter le court-circuit de l'alimentation en tension (4-5). Il en résulte qu'il est courant d'avoir un laps de temps pendant lequel les deux transistors snnt non conducteurs.Mais cela a pour conséquence la production de surtensions parasites qui-peuvent être importantes et qui peuvent détériorer les transistors du commutateur. ne plus le circuit, pour fonctionner correctement, doit atre rigoureusement accordé et n'est pas instantanément adapté aux variations de puissance dissipes dans la charge. L'objet de la présente invention est de réaliser un amplificateur classe D dans lequel les surtentions dangereuses sont évitées, les réglages rigoureux d'accord non nécessaires et dans lequel la puissance délivrée à la charge peut varier. L'invention est relative à un amplificateur classe D comprenant un premier commutateur, un circuit rdsonnant série et deux charges terminales connectes entre les bornes d'alimentation, un deuxième commutateur place en parallèle sur le circuit rdson- nant série et les charges terminales, deux diodes, dont l'une ~ placée en parallèle sur le premier commutateur et l'autre placée en parallèle sur le deuxième commutateur, des moyens de commande de commutation pour ouvrir un commutateur pendant que 1'autre est fermé et vice-versa, contus pour ouvrir et fermer chaque commutateur à approximativement la meAme fréquence que la frd- quence de résonance dudit circuit résonnant surie, la disposition du circuit étant telle qu'en fonctionnement avec une charge branche entre les bornes d'utilisation lorsque le premier commutateur est fermé, le courant traverse le circuit résonnant surie dans une direction et que lorsque le deuxième commutateur est fermi le courant traverse le circuit résonnant série dans l'autre direction, les diodes shuntant les commutateurs en sorte qu'elles permettent chacune au courant de les traverser dans la direction opposée aux directions du courant dans chacun des commutateurs. Par l'expression diode il faut comprendre n'importe quel ensemble présentant une conductivité unilatérale. - De préférence chacun des deux commutateurs comprend un transistor. - De préférence des moyens sont prés s pour rendre les transi se tors alternativement conducteurs à approximativement la fréquence de résonance du circuit résonnant série mais de telle sorte que les transistors ne soient jamais conducteurs simultanément. - De préférence les moyens de commande de commutation sont tels que le rapport entre le temps de fermeture, et le temps d'ouverture d'un commutateur puisse être rdglé de manière à varier la puissance appliquée à la charge. La figure 2 représente un amplificateur classe D conforme à l'invention. On voit que le circuit est identique à celui de la figure 1 -sauf en ce qui concerne l'adjonction des diodes D1 et D2 qui shuntent les transistors-commutateurs SI et S2. En supposant qutinitialement le transistor-commutateur SI est rendu conducteur par une tension appropriée appliquée entre sa base et son émetteur par le transformateur P1, le courant s'coulera sur la figure à travers du circuit résonnant 1,2 vers la droite et vers le bas à travers la charge 3 Quand le transistor S1 est rendu non conducteur par une modification adéquate de la tension qui lui est appliquée par le transformateur P2 le courant continue à s'écouler dans cette di- rection à travers le circuit rdsonnant et la charge 3 car le courant alternatif est dérive à travers la diode D2. Le transistor-commutateur S2 est alors rendu conducteur par une tension qui lui est applique par le transformateur P2 et le courant circule dans le sens inverse, ce courant étant maintenu lorsque S2 est rendu non conducteur par le débit d'un courant alternatif passant b travers la diode D1. Ltalternance de l'état conducteur de S1 et S2 est déterminé par le moyen de commande de commutation (non représenté) à une fréquence approximative identique à la fréquence de résonnance du circuit constitue par la self I et la capacité 2. Ltemploi des diodes D1, D2 de maintien du courant dans le circuit contribue à rdduire les surtensions parasites qui se seraient certainement produites pendant le laps de temps séparant les états "arrtt" d'un des commutateurs et "marche"de l'autre commutateur. En raison de l'effet de "volant", l'accord du circuit est relativement facile, un glissement de fr4quence ou un désaccord peuvent être tolérés sans altJrer le fonctionnement du circuit. Do plus, le circuit prZsente l'avantage important de pouvoir modifier la puissance applique à la charge en faisant varier la dure de la fraction de chaque cycle pendant laquelle un, ou les deux commutateurs sont conducteurs sans altérer sVrieu- sement le rendement du circuit. En conséquence, cet amplificateur classe D peut être utilisé en tant que circuit b amplitude module à haut rendement. REVENDICATIONS 1. Àmplificateur classe 3 comprenant un premier commutateur, un circuit résonnant série et 2 charges terminales connectées entre les mornes dalimentation, un deuxième commutateur placé en parallvele sur le circuit résonnant série et les charges termina- les, deux diodes, dont l'une placée en parallèle sur le premier commutateur et l'autre placé en parallèle sur le deuxième commutateur, des moyens de commande de commutation pour ouvrir un commutateur pendant que l'autre est fermé et vice versa, conçus pour ouvrir et fermer chaque commutateur à approximativement la mEme fréquence que la frequence de résonance dudit circuit résonnant série, la disposition du circuit étant telle qui en fonctionnant avec une. charge branchée entre les bornes d'utilisation lorsque le ler commutateur est fermé , le courant traverse le circuit résonnant serie dans une direction et que lorsque le deuxième commutateur est fermé le courant traverse le circuit résonnant série dans l'autre direction, les diodes shuntant les commutateursa en sorte quelles permettent chacune au courant de les traverser kans la direction opposée aux directions du courant dans chacun des commutateurs. 2. A icateur suivant 1) dans lequel chacun des deux commutateurs comprend un. transistor. 3. Amplificateur suivant 2) dans lequel des moyens sont prévus afin de rendre les transistors alternativement conducteurs à approximativement la fréquence de résonance du circuit r4son- nant série et de telle façon qu'ils ne soient jamais conducteurs simultanément. 4. Amplificateur suivant 1) 2) 3) Jans lequel le moyen de commande de commutation est tel qu' il permet de faje varier le rapport temps de fermeture et temps d'ouverture d'un commutateur afin de faire varier la puissance appliquée à la charge.