Brevet FR2394924A1 — publié le 19790112

L'invention concerne les amplificateurs de puissance à transistors et se rapporte plus particulièrement à ces amplificateurs qui doivent travailler sous une tension de fonctionnement élevée. Il existe certains cas où la tension de fonctionnement d'un amplificateur de puissance à transistors est imposée, comme par exemple les amplificateurs de puissance qui doivent alimenter l'induit d'un moteur à courant continu et a excitation indépendante en vue de régler la vitesse de ce moteur. Cette tension peut être élevée, en même temps que le courant demandé pour la mise en vitesse aux périodes de démarrage et d'arrêt du moteur. Par exemple, cette tension peut être comprise entre 50 et 100 volts et le courant de 10 à 20 Ampères. Dans ces cas, l'amplificateur de puissance ne peut être réalisé par lrempioj d'un seul dispositif d'amplification tel qu'un transistor ou un montage Darlington, mais nécessite l'emploi de plusieurs étages d'amplification. tTusqu'à présent, ces étages étaient montés en parallèle, chaque dispositif d'amplification travaillant sous ladite tension de fonctionnement élevée et délivrant une partie du courant total à fournir au moteur Un tel amplificateur de puissance comporte de nombreux inconvénients. D'abord, les transistors de puissance ou dispositifs d'amplification analogues pouvant fonctionner sous des tensions élevées sont très coûteux. Gourme puissance donnée, il existe un grand écart de prix entre les dispositifs d'amplification qui travaillent sous une tension élevée et à faible courant et ceux qui travaillent sous une tension deux fois plus faible et délivrent un courant double. En outre, des différences existent entre les caractéristiques de ces deux types de dispositifs. Par exemple, si l'on considee les caractéristiques d'un dispositif dramplification pouvant fonctionner sous tension élevée, par exemple celui fabriqué par la Compagnie R.T.C. sous la dénomination B D X 67B, le constructeur a indiqué que ce dispositif peut tolérer un courant de 5 Ampères sous une tension de 100 volts pendant 300 microsecondes , et un courant de 10 Ampères sous une tension de 50 volts pendant 800 microsecondes . Par conséquent, pour une même puissance (500 watts) la période de tolérance passe du simple au triple. Un autre inconvénient réside dans l'attaque des étages parallèles d'amplification. En effet, chaque étage doit recevoir une puissance dtexcitation donnée, de sorte que l'étage d'attaque ou pré-amplificateur doit délivrer une puissance proportionnelle au nombre d'étagesd'amplification. Le but de l'invention est de remédier à tous ces inconvénients. Un amplificateur de puissance à transistors conforme à l'invention est du type comprenant une source de tension de fonctionnement relativement élevée et au moins un étage d'amplification connect e à ladite source, et est caractérisé en ce que chaque étage se compose d'au moins deux dispositifs d'amplification montésen série et polarisés de manière qutils partagent ladite tension de fonctionnement. Les dispositifs d'amplification peuvent Entre des transistors bipolaires , à effet de champ, ou des montages à transistors tes que le montage Darlington Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui suit, faite en référenoeaux dessins annexés. Dans les dessins - la figure 1 illustre sous forme schématique un amplificateur de puissance de la technique antérieure; et - la figure 2 illustre sous forme schématique un amplificateur de puissance conforme à l'invention. L'amplificateur de la technique antérieure 10 représenté sur la figure 1 reçoit son courant de fonctionnement d'une source de tension de fonctionnement B+ référencée par rapport à un point de référence de potentiel tel que la masse du système . Cet amplificateur a une borne d'entrée 12 et une borne de sortie 14. Dans l'exemple illustré, l'amplificateur 10 est destiné à alimenter l'indut d'un moteur électrique 16 à courant continu et à excitation indépendante et a donc sa borne de sortie 14connectE au collecteur du moteur 16 dont ltauteborneestà B masse. L'entrée 12 de l'amplificateur reçoit des signaux de commande du moteur 16 produits par un bloc générateur 18. Dans l'exemple illustré, l'amplificateur 10 comprend deux étages d'amplification 20,22 oonnectésen parallèle 1'un à l'autre à la source de tension de fonctionnement B+. Chaque étage est formé parun dispositif d'amplification 24 ayant une borne de commande 24a et deux autres bornes 24b et 24c connecté sur le trajet principal du courant de fonctionnement du dispositif 24. Dans l'exemple illustré, le dispositif 24 est un montage Darlington formé, d'une manière connue en soi,par deux transistors 26, 28. Cependant, le dispositif 24 peut être un transistor de puissance, dont la borne de commande 24a serait sa base, la borne 24b son émetteur et la borne 24c son collecteur. On a donné ci-dessus tous les inconvénients que peut avoir l'amplificateur 10 quand la tension de fonctionnement B+ est élevée. On a vu que dans ces conditions les performances des dispositifs d'amplification fonctionnant sous tensions élevées sont notablement désavantageuses par rapport à celles que ces mêmes dispositifs présentent sous tensions réduites, surtout en régimes impulsionnels de grande intensité. En outre, il ressort de la figure 1 que le fonctionnement de l'amplificateur 10 requiert l'excitation de chaque étage 20, 22, de sorte que le bloc générateur 18 des signaux de commande du moteur 16 doit déliurer une puissance proportionnelle au nombre d'étages de l'amplificateur 10. La figure 2 représente un amplificateur de puissance conforme à l'invention, qui peut être avantageusement utilisé pour remplir les mimes fonctions que l'amplificateur 10 de la figure 1. L'amplificateur 30 a une borne d'entrée 32 et une borne de sortie 34 qui peuvent Streconnectées de la même manière que cela de la figure 1. Cependant, on voit que dans l'amplificateur 30 conforme à l'invention, les deux dispositifs 24, 24' que mettait en oeuvre l'amplificateur de la technique antérieure illustré dans la figure 1 sont montés en série. En effet, les bornes 24b et 24c des dispositifs 24 et 24' sont sur le même trajet principal du courant traité par ces dispositifs.La borne 24a du dispositif 24 est connectée directement à la borne d'entrée 32 de l'amplificateur 30, alors que la borne 24a du dispositif 24' est connectée à la borne de sortie d'un montage de polarisation 36 conçu pour que les deux dispositifs 24 et 24' partagent convenablement, entre leurs bornes 24b et 24c, la tension de fonctionnement 3+. Avantageusement, le montage de polarisation 36 est conçu pour que la tension entre les bornes 24b et 24c de chaque dispositif soit sensiblement égale à la demi valeur de la tension B+, Le montage de polarisation 36 se compose, dans l'exemple illustré, d'un transistor 38, de deux résistances 40 et 42, et d'un condensateur 44. Le transistor 38 a son émetteur connecté à la borne de commande 24a du dispositif 24', et son collecteur connecté à la borne de sortie 34 de l'amplificateur de puissance 30.Les deux résistances 40 et 42 sont connectées en série entre la source de tension B+ et la borne 34. La jonction des deux résistances 40 et 42 est connectée directement à la base du transistor 38 et, par l'intermédiaire d'un condensateur 44, à la borne 34. La description qui précède de l'amplificateur 30 conforme à l'invention fait bien ressortir son fonctionnement. Les dispositifs 24 et 24' travaillent sous des tensions pour lesquelles leurs caractéristiques sont les meilleures, et la commande de l'amplificateur 30 n'est faite sur l'un des dispositifs (24 dans l'exemple illustré), de sorte que l'énergie d'excitation à appliquer à la borne 32 peut être moins élevée que celle requise pour le fonctionnement du dispositif 10. On a aussi illustré à la figure 2 un dispositif de sécurité comprenant une résistance de très faible valeur 46 connectée en série avec les dispositifs 24 et 24' ainsi qu' avec l'émetteur et la base d'un transistor 48, dont le collecteur est connecté à la borne 24a du dispositif 24. Lorsque le courent qui traverse les transistors 24 et 24'est supérieur à une valeur de seuil déterminée par la valeur de la résistance 46 et par le type du transistor 48, celui-ci conduit et protège ainsi le dispositif 24. D'une manière générale, un amplificateur conforme à l'invention peut comprendre plus de deux dispositifs d'amplification, de façon à partager la tension de fonctionnement B entre les dispositifs de l'étage. De la sorte, ces dispositifs ntont plus besoin d'avoir de bonnes caractéristiques aux hautes tensions et, de ce fait, un dispositif de grande diffusion et de moindre coût peut être choisi. Cette solution assure aussi une répartition de la puissance entre les dispositifs 24 sur les radiateurs cili leur sont associées. De même, on peut aussi envisager le cas d'un amplificateur de puissance faisant intervenir plusieurs étages en parallèle incorporant chacun plusieurs dispositifs 24 en série. D'autre part, la description qui précède fait très bien ressortir que l'on pourrait évidemment conjuguer au montage amplificateur illustré, alimenté par la source B+, un montage amplificateur complémentaire de conception analogue, q serait alimenté par une source de tension de fonctionnement B- et connecté à la borne 34 pour commander le moteur 16 dans les deux sens de rotation. L'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et illustré, mais comprend au contraire tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées dans l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS ~*TT**4 *T T ~ TTTT~ ~~T~~ ~ TT 1- Amplificateur de puissance à transistors, du type comprenant une source de tension de fonctionnement relativement élevée et au moins un étage d'amplificationconnect à ladite source, caractérisé en ce que chaque étage se compose d'au moins deux dispositifs d'amplification montés en série et polarisés de manière qu'ils partagent ladite tension de fonctionnement. 2- Amplificateur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs d'amplification précite sont respectivement des transistors. 3- Amplificateur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs d'amplification précites sont des montages d'amplification à transistors. 4- Amplificateur de puissance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un premier desdits dispositifs d'amplification de chaque étage est connecté à une borne d'entrée dudit amplificateur tandis qu'au moins le second desdits dispositifs dtamplification est couplé à un montage de polarisation destiné à partager ladite tension de fonctionnement entre ces dispositifs d'amplification. 5- Amplificateur de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que le montage de polarisation précité est connecté à ladite source de tension de fonctionnement et comprend au moins un transistor associé à deux résistances de polarisation. 6- Amplificateur de puissance selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé ence qu'il compte un dispositif de sécurité reliée à une borne d'entrée dudit amplificateur et comprenant une résistance connectée en série avec lesdits dispositifs d'amplification et montée etre une jonction base-émettelr rendant conducteur ledit dispositif de sécurité lorsque le courant traversant ladite résistance dépasse une valeur de seuil prédéterminée.