Brevet FR2517498A1 — publié le 19830603

La présente invention concerne un amplificateur de courants impulsionnels de fréquence élevée, de l'ordre des dizaines de kilohertz, les impulsions en question pouvant entre rectangulaires, de largeur fixe ou variable. L'invention concerne également un procédé en rapport avec cet amplificateur. Les appareils connus de ce genre comprennent généralement un circuit de sortie incorporant en série la charge d'utilisation, une source d'alimentation formant source de courant amplifié et le circuit collecteur émetteur d'un transistor de puissance (ou de plusieurs transistors de puissance en parallèle). La base de ce transistor est reliée à une borne d'entrée recevant le signal a amplifier par l'intermédiaire d'un circuit de commande comprenant notamment un transistor de commande qui pilote le transistor de puissance. Etant donné la forme des impulsions, l'amplification se ramène à une question de commutation sur la batterie de puissance. Dans les réalisations connues, le circuit de commande comprend en réalité plusieurs transistors étagés qui font appel à l'énergie de la batterie dont ils consomment une part notable. En outre, du fait de la lenteur et de l'imperfection de la dépolarisation des transistors, ils ne peuvent concilier la produc tion d'intensités élevées (de l'ordre des centaines d'ampères) avec de hautes fréquences, de l'ordre des dizaines de kilohertz. La présente invention vise à réaliser un amplificateur qui permette d'atteindre les valeurs précitées tout en réalisant une importante économie d'énergie. Ce résultat est atteint, conformément à l'invention, en reliant le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande à la base du transistor de puissance par l'intermédiaire du primaire d'un transformateur d'inversion dont le secondaire est relié à la base d'un transistor d'inversion, le circuit collecteurémetteur de ce transistor d'inversion étant relié à la base du transistor de puissance. Pendant la phase de conduction du transistor de puissance, de l'énergie est stockée dans le noyau magnétique du transformateur d'inversion. Au blocage, l'arrêt du courant de base du transistor de puissance laisse cette énergie se déstocker sous la forme d'un courant de base du transistor d'inversion qui devient conducteur et laisse s'écouler rapidement la charge de base du transistor de puissance, ce qui permet d'opérer sur des courants présentant à la fois une forte intensité et une fréquence élevée. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, le circuit collecteur-émetteur du transistor d'inversion est relié à un premier enroulement d'un transformateur de courant qui lui fournit l'énergie nécessaire à l'inversion du courant de base du transistor de puissance. Et un second enroulement est relié à une borne d'un circuit de récupération. Cette disposition permet de récupérer une énergie notable, surtout lorsque l'on opère sur des intensités élevées. Suivant une réalisation préférée de l'invention, l'amplificateur comprend un circuit à résistance et capacité reliant le circuit de sortie au circuit collecteurémetteur du transistor de commande, et la capacité est montée en parallèle sur le circuit collecteur-émetteur du transistor de puissance par l'intermédiaire d'une diode. Pendant la phase de blocage du transistor de puissance, le condensateur se charge sous la tension collecteur-émetteur de ce transistor. A la reprise de la conduction, ce condensateur se décharge dans le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande, assurant l'impulsion initiale du courant de base du transistor de puissance sans apport d'énergie extérieure à l'amplificateur. En outre, à l'instant du blocage, l'augmentation de la tension collecteur-émetteur du transistor de puissance est retardée par rapport à la chute de son intensité collecteur. Ce décalage minimise la puissance dissipée à l'instant du blocage. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, le circuit à résistance et capacité est relié au primaire d'un transformateur de récupération dont le secondaire est relié à une borne du circuit de récupération, ce qui permet de récupérer l'énergie résiduelle en excès dans le condensateur. Suivant une réalisation perfectionnée de l'invention, le transformateur de courant comprend Uil troisième enroulement branché en dérivation sur le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande, et un qua trième enroulement monté en série sur le circuit de sortie, ce qui permet une récupération de l'énergie magnétisante du noyau magnétique de ce transformateur. Suivant un second aspect de l'invention, le procédé pour amplifier des courants impulsionnels de fréquence élevée au moyen d'une source de puissance montée sur un circuit de sortie en série avec le circuit collecteurémetteur d'un transistor de puissance dont la base est reliee au circuit collecteur-émetteur d'un transistor de commande actionné sur sa base par le courant à amplifier est caractérisé en ce que, au blocage du transistor de puissance, on utilise l'arrêt du courant de base du transistor de puissance pour commander la fermeture d'un circuit de décharge de ladite base. De préférence, pendant le blocage du transistor de puissance, on charge un condensateur sous la tension collecteur-émetteur de ce transistor, et l'on décharge ce condensateur dans le circuit de base dudit transistor pendant sa période de conduction. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: la figure 1 est un schéma d'ensemble montrant la localisation de l'amplificateur dans un circuit d'utilisation; la figure 2 est un schéma électrique de l'amplificateur; la figure 3 est un diagramme temporel servant à expliquer le fonctionnement de 1'amplificateur. En référence à la figure 1, l'amplificateur 1 comprend une borne d'entrée 2 qui reçoit un signal à amplifier, ce signal se présentant sous la forme d'une suite d'impulsions rectangulaires de longueur éventuellement variable, d'une fréquence de 20 kHz. L'amplificateur comprend également un circuit de sortie 3 où sont montées en série une charge d'utilisation 4 et une batterie de puissance 5. Une ligne 6 est reliée au pôle A (+) d'une batterie de récupération. En référence à la figure 2, un transistor de puissance TI a son circuit collecteur-émetteur monté en série sur le circuit de sortie 3. On a représenté plusieurs de ces transistors pour symboliser le fait que l'amplificateur peut en comporter plusieurs en parallèle. Dans l'exemple décrit, on utilise en réalité quatre transistors en parallèle, laissant passer chacun un courant de 56 A, le courant dans le circuit de sortie 3 étant de 224 A. La base du transistor T1 est reliée au circuit collecteur-émetteur d'un transistor de commande T2 dont la base est reliée à la borne d'entré 2. Ce circuit collecteur-émetteur est relié, par l'intermédiaire d'une diode D1, à un enroulement El d'un transformateur de courant TR1 dont un autre enroulement E'1 est en série sur le circuit de sortie 3. Le primaire TRP2 d'un transformateur d'inversion TR2 est monté en série avec la base du transistor de puissance T1. Le secondaire TRS2 de ce transformateur est relié à la base d'un transistor d'inversion T3 dont le circuit collecteur-émetteur est monté en série avec le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande T2 et relié à un troisième enroulement E"1 du transformateur TR1 par l'intermédiaire d'une diode D2. Sur la base du transistor de puissance T1 est montée une diode de protection D3. Une diode d'antisaturation D4 relie l'anode de la diode D3 au collecteur, et une diode D5 montée en parallèle sur la diode D3 et en sens inverse permet le déstockage des charges de base du transistor T1. Un circuit 7 comprenant, en série, un condensateur C, une résistance R et une diode D6, relie le circuit de sortie 3 au circuit collecteur-émetteur du transistor de commande T2. En outre, par une liaison 8, comprenant une diode D7, le condensateur C est branché en parallèle sur le circuit collecteur-émetteur du transistor de puissance T1. Le point commun au condensateur C et à la résistance R est relié au collecteur du transistor de puissance T1 par l'intermédiaire d'une diode D8 et du primaire TRP3 d'un transformateur de récupération TR3 dont le secondaire TRS3 est relié, par l'intermédiaire d'une diode D9, à la borne A (+) de la batterie. Le secondaire TRS3 est relié d'autre part au pôle (-) de la batterie de puissance par l'intermédiaire d'une inductance L. Enfin, un quatrième enroulement E"'1 du transformateur TR1 est relié, par l'intermédiaire d'une diode Dll, au pôle A (+) de la batterie On va maintenant décrire le fonctionnement de l'amplificateur, en référence aux figures 2 et 3. Le transistor de puissance T1 étant supposé bloqué, en l'absence de signal sur la borne d'entrée 2, sa tension collecteur-émetteur VCETI est la tension de la batterie de puissance, et, par la diode D7, le condensateur C est chargé sous cette tension. Quand une impulsion apparait sur la borne 2, elle fournit un courant de base IBT2 au transistor de commande T2 qui devient conducteur et laisse passer une pointe de courant collecteur provenant de la décharge de l'énergie stockée dans le condensateur C. Ce courant ICT2 passe par la diode D6 et la résistance R. Le courant collecteur ICT2 représente sensiblement le courant de base IBT1 du transistor de puissance TI, avec des différences qui tiennent au déstockage des charges. Sous l'effet de ce courant de base, le transistor T1 se met a conduire et son courant collecteur ICT1 constitue le signal de sortie de l'amplificateur. En raison du temps de déstockage des charges de base, sa durée est un peu plus longue que celle du signal d'entrée IBT2, mais cette différence est négligeable en pratique. Le courant ICT1 traverse l'enroulement E'1 du transformateur de courant TR1 provoquant dans le secondaire El un courant complementant le courant collecteur ICT2 au travers de la diode D1 pendant toute la durée de l'impulsion d'entrée IBT2. Pendant la phase de conduction du transistor de puissance, sa tension collecteur-émetteur VCETl est bien entendu tombée à une valeur basse. Durant cette phase la fin de décharge du condensateur C donne lieu, par l'intermédiaire du transformateur de récupération TR3, à une impulsion de courant passant par la diode D9 pour être récupérée sur le pole A de la batterie, l'inductance L limitant le courant ID9. L'application du courant de base IBT1 provoque le stockage d'une énergie inductrice dans le noyau magnétique du transformateur d'inversion TR2, et le sens de la tension aux bornes du secondaire TRS2 est tel qu'il maintient, sur le transistor d'inversion T3, une tension baseémetteur VBET3 négative tant que le courant de base IBT1 circule. Quand l'impulsion d'entrée cesse, le transistor de commande T2 se bloque et le courant de base IBTl s'annule. L'énergie stockée dans le noyau magnétique du transformateur TR3 s'écoule pour fournir une impulsion initiale de courant de base au transistor d'inversion T3 qui devient conducteur et laisse passer le courant de déstockage des charges de base du transistor de puissance dont le courant de base devient négatif. Ce courant ID2 est fourni par la diode D2 à partir de l'enroulement E"1 du transformateur de courant TR1 dont l'enroulement E'1 est parcouru par un courant ICT1 jusqu'à la fin du blocage du transistor de puissance T1.Le courant de base négatif de T1 passe dans l'enroulement TRP2 du transformateur TR2, au travers de la diode D5, provoquant dans le secondaire TRS2 un courant complémentant l'impulsion initiale de courant de base de T3 pendant toute la durée du déstockage des charges de base de T1. En outre, grâce au condensateur C, la croissance de la tension collecteur-émetteur VCET1 du transistor de puissance T1 est retardée par rapport à la décroissance du courant collecteur ICT1, de sorte que ces deux grandeurs ne coexistent à des valeurs non nulles que pendant un temps tres court, ce qui rend négligeable la perte d'énergie proportionnelle à leur produit. En outre, grâce à l'enroulement E'''1 du transformateur de courant TR1, l'énergie stockée dans son noyau magnétique est récupérée par la batterie au travers de la diode Dll suivant un courant IDll au moment de l'annulation du courant collecteur du transistor de puissance Ti. On voit que l'amplificateur selon l'invention permet de commuter des courants de haute fréquence et de forte intensité en permettant un dé stockage rapide et total des charges de base du transistor de puissance. En outre, le maintien en conduction de ce transistor ne nécessite aucun dispositif particulier consommateur d'énergie importante puisque cette énergie est prélevée sur un transformateur de courant alimenté par ledit transistor. Enfin, la faible énergie requise par la magnétisation du noyau de ce transformateur est en grande partie restituée dans la source d'alimentation, constituée, dans l'exemple décrit, par la batterie 5. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais couvre toute variante accessible à l'homme de l'art. En particulier, au lieu d'amplifier des impulsions positives, on pourrait amplifier des impulsions négatives en inversant la polarité des transistors. On pourrait également amplifier des impulsions alternatives avec des transistors bidirectionnels. La source d'alimentation peut être de nature quelconque, autre qu'une batterie. La récupération d'énergie peut se faire non pas sur la source d'alimentation mais dans tout autre Circuit annexe et notamment dans le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande ou dans le circuit de base du transistor de puissance. Plus généralement, la technologie à transistors pourrait être remplacée par toute autre technologie équivalente, telle que celle de circuits intégrés de toute nature. REVENDICATIONS 1. Amplificateur de courants impulsionnels de fréquence élevée, comprenant un circuit de sortie (3) dans lequel sont montés en série une charge d'utilisation (4), une source d'alimentation (5) et le circuit collecteur-émetteur d'au moins un transistor de puissance (T1) dont la base est reliée à un circuit de commande comprenant un transistor de commande (T2) dont la base est reliée à une borne d'entrée (2), caractérisé en ce que le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande (T2) est relié à la base du transistor de puissance (T1) par l'intermédiaire du primaire (TRP2) d'un transformateur d'inversion (TR2) dont le secondaire (TRS2) est relié à la base d'un transistor d'inversion (T3), le circuit collecteur-émetteur de ce transistor d'inversion étant branché en dérivation sur la base du transistor de puissance (T1). 2. Amplificateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit collecteur-émetteur du transistor d'inversion (T3) est relié à un premier enroulement (E"1) d'un transformateur de courant (TR1) dont un second enroulement (E"'1) est relié à une borne d'un circuit de récupération. 3. Amplificateur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (7) à résistance (R) et capacité (C) reliant le circuit de sortie (3) au circuit collecteur-émetteur du transistor de commande (T2), la capacité (C) étant montée en parallèle sur le circuit collecteur-émetteur du transistor de puissance (T1). 4. Amplificateur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (7) à résistance (R) et capacité (C) est relié au primaire (TRP3) d'un transformateur de récupération (TR3) dont le secondaire (TRS3) est relié à une borne (A+) du circuit de récupération. 5. Amplificateur conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le transformateur de courant(TR1) comprend un troisième enroulement (El) branché en dérivation sur le circuit collecteur-émetteur du transistor de commande (T2), et un quatrième enroulement (E'1) monté en série sur le circuit de sortie (3). 6. Amplificateur conforme a l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une batterie (5) formant à la fois source d'alimentation et circuit de récupération. 7. Procédé pour amplifier des courants impulsionnels de fréquence élevée au moyen d'une batterie de puissance (5) montée sur un circuit de sortie (3) en série avec le circuit collecteur-émetteur d'un transistor de puissance (T1) dont la base est reliée au circuit collecteur-émetteur d'un transistor de commande (T2) actionné sur sa base par le courant à amplifier1 carac térisé en ce que, au blocage du transistor de puissance (T1), on utilise l'arret du courant de base du transistor de puissance (T1) pour commander la fermeture d'un circuit de décharge (T3, D2) de ladite base. 8. Procédé conforme à la revendication7 , caractérisé en ce que, pendant le blocage du transistor de puissance (T1), on charge un condensateur (C) sous la tension collecteur-émetteur (CET1) de ce transistor, et en ce qu'on décharge ce condensateur dans le circuit de base dudit transistor pendant sa période de conduction. 9. Procédé conforme à la revendication 8, carac térisé en ce qu'on évacue la charge résiduelle du condensateur (C) dans un circuit de récupération