Brevet FR2583233A1 — publié le 19861212

Amplificateur de puissance à commutation. La présente invention se rapporte aux amplificateurs de puissance à commutation et plus particulièrement aux amplificateurs permettant de mettre en oeuvre, par commutation, une ou plusieurs sources à courant continu. De tels amplificateurs sont connus dans lesquels, du fait de la commutation, la tension de sortie est obtenue par une simple mise en série électrique de tout ou partie des sources de l'amplificateur considéré. Les sources non utilisées pour obtenir cette tension de sortie sont laissées "en l'air", ctest-à-dire qu'elles ne sont fermées sur aucune charge; de ce fait des surtensions peuvent apparaître aux bornes des interrupteurs, au moment de leur ouverture, c'est-à-dire au moment où, en fonctionnement, la tension de sortie de l'amplificateur doit être réduite; ces surtensions sont préjudiciables au bon fonctionnement de ces amplificateurs de puissance à commutation. La présente invention a pour but d'éviter ou pour le moins de réduire les inconvénients des amplificateurs de puissance à commutation. Ceci est obtenu par des amplificateurs dans lesquelles, sauf lorsque la tension de sortie est nulle, toutes les sources sont utilisées en un circuit qui, du fait des commutations, peut être un circuit série, un circuit parallèle ou un circuit série-parallèle mais jamais un circuit ou une source serait "en l'air". Selon l'invention un amplificateur de puissance à commutation, est caractérisé en ce qu'il présente au moins un montage comportant une première et une seconde source continue, un interrupteur reliant le pôle négatif de la première source au pôle positif de la seconde source, un premier et un second élément semi-conducteur reliant respectivement entre eux les pôles positifs et les pôles négatifs des deux sorties , ces éléments semi-conducteurs étant conducteurs dans le sens seconde source vers première source. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - les figures 1 et 2, des schémas électriques d'amplificateurs selon invention, - la figure 3, une vue de l'amplificateur de la figure 2 débarrassé d'une partie de ses composants de manière à montrer comment les sources de cet amplificateur peuvent être électriquement reliées. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. De plus les filtres de sortie des amplificateurs, du fait qu'ils relèvent de la technique courante, ne seront pas représentés sur les dessins et ne seront pas mentionnés dans la description, étant entendu d'ailleurs qu'ils resteront le plus souvent nécessaires, comme avec les amplificateurs à commutation connus. La figure 1 est le schéma d'un premier exemple de réalisation d'un amplificateur de puissance à commutation, selon l'invention, branché sur une charge R. L'amplificateur représenté est un amplificateur à quatre sources commutables, eg à e3, toutes de même force électromotrice E. Cet amplificateur comporte deux accès: run, A, relié à la masse, l'autre, B, relié à la première extrémité de la charge R dont la seconde extrémité est à la massa Entre ces deux accès -ramplificateur peut être considéré comme étant constitué par la juxtaposition en série de trois modules identiques, MI à M3, suivis, du côté de la charge R, d'un circuit terminal MO; ces modules et ce circuit terminal sont entourés par des lignes en traits interrompus. Dans ce qui suit et dans les revendications il sera question de sources branchées dans un sens donné, il faudra entendre par là, de façon dassique, que le sens du courant fourni par ces sources sera le sens donné. Le module Ml comporte, outre la source el, deux éléments semiconducteurs dll, d12 et un interrupteur Ki; les éléments semiconduc- teurs sont des diodes rapides et l'interrupteur est un interrupteur électronique de puissance.Ce module comporte quatre bornes bl à bloc; la première borne, bl, qui est confondue avec raccès A, est reliée à la masse, à ranode de la diode dll, et à une première extrémité de l'interrupteur K1 ; la deuxième borne, b2, est reliée à la seconde extrémité de rinterupteur KI à l'anode de la diode dl2 et à la borne négative de la source e1; la troisième borne, b3, est reliée à la cathode de la diode dl2 et la quatrième borne, b4, est reliée à la cathode de la diode dll et à la borne positive de la source el. Les modules M2 et M3, identiques au module Ml, comportent respectivement, outre les sources e2 et e3, deux interrupteurs K2 et K3 et deux paires de diodes d21, d22 et d31, d32. Les première et deuxième bornes, bl, b2, du module M2 sont respectivement confondues avec les troisième et quatrième bornes, b3, b4, du module M1; de même les première et deuxième bornes, non repérées, du module M3 sont respectivement confondues avec les troisième et quatrième bornes, b3, b4, du module M2. Quant aux troisième et quatrième bornes du module M3, non repérées sur la figure 1, elles constituent deux bornes, b30, b40 du circuit terminal MO qui comporte, outre la source eO, un interrupteur KO identique aux interrupteurs KI à K3 et un élément semi-conducteur do identique aux éléments semi-conducteurs dll, dol2, d21, d22, d31 et d32. La borne b40 est reliée à ranode de la diode do et à une première extrémité de l'interrupteur KO et la borne b30 est reliée à une seconde extrémité de l'interrupteur KO et à la borne négative de la source eO. La cathode de la diode do et la borne positive de la source e0 sont reliées entre elles pour former accès, B, de l'amplificateur, relié à la charge R. Un autre exemple de réalisation d'un amplificateur de puissance à commutation est donné par la figure 2 qui représente également un amplificateur branché sur une charge R et comportant quatre sources, e0 à e3, toutes de même force électromotrice E. Le schéma de la figure 2 se déduit du schéma de la figure 1 en intervertissant les points de branchement des deux accès A ét B et en changeant le sens des sources et des interrupteurs. Les explications relatives au fonctionnement de l'amplificateur selon la figure 2, qui vont être données ci-après, pouvant facilement être transposées pour expliquer le fonctionnement de l'amplificateur selon la figure 1, il ne sera plus question de ce dernier amplificateur dans la suite de la description. La tension minimale à la sortie de l'amplificateur de la figure 2 est égale à zéro quand les quatre sources, e0 à e3 fonctionnent mais que les quatre interrupteurs, KO à K3, sont ouverts comme représenté sur le schéma La fermeture de l'interrupteur K1 fait se bloquer la diode d11 entraînant rapparition d'une tension E sur la charge R. Les sources eO, e3, e2, el sont alors en parallèle et, si elles sont tous identiques, chacune d'elles débite le quart du courant total fourni à la charge. Le niveau de tension 2E sur la charge peut alors être obtenu en fermant l'interrupteur K2 : les diodes d12 et d21 se bloquent et les sources eOs e3 se trouvent en parallèle sur la source e2 et ensemble e2, e3, e0 est en série avec la source el. Toutes les sources sont branchées mais la puissance à fournir n'est pas régulièrement répartie entre les sources. Si maintenant l'interrupteur K2 est à nouveau ouvert, il apparaît une surtension sur la source e du fait de l'interruption du courant dans celle-ci mais, compte tenu du branchement, cette surtension ne peut pas se développer car la source e2 Se retrouve en parallèle sur la source el et la charge R.Ceci explique comment sont évitées les surtensions lors des surtensions. Pour obtenir le niveau de tension 2E sur la charge R avec une meilleure répartition, entre les sources, de la puissance à fournir, il est préférable de fermer non pas les interrupteurs K1 et K2 mais les interrupteurs KI et K3. II apparaît, en effet, une tension 2E sur la charge R car les diodes dll, d22 et d31 se bloquent. Mais cette fois les sources el, e2 d'une part et e3, e0 d'autre part sont en parallèle entre elles et le groupe el, e2 est en série avec le groupe e3, e0 et la puissance à fournir est régulièrement répartie entre les quatre sources.Si, ensuite, Pinterrup- teur K3 est rouvert, les sources e2, e3, e0 sont mises en parallèle entre elles et la surtension due à la réouverture de K3 est étouffée par la charge R. Pour obtenir le niveau de tension 3E sur la charge, il faut fermer trois des quatre interrupteurs, par exemple les interrupteurs K1, K2, K3 dans ce cas les sources e3 et e0 sont en parallèle entre elles et le groupe de sources e3, e0 est en série avec les sources e2 et el. En supposant toutes les autres impédances négligeables devant la charge R, les sources el et e2 sont alors traversées par un courant de valeur 3ER et les sources e3 et eO par un courant de valeur 2R. La figure 3 est un schéma correspondant a' celui de la figure 2 dans le cas où les interrupteurs KI, K2, K3 sont fermés. Sur cette figure les interrupteurs fermés Ki, K2, K3 ont été représentés par un simple trait tandis que KO qui est ouvert, de même que les diodes dll, dol2, d21, d22, d31, qui sont bloquées, ntont pas été représentés. Pour un bon fonctionnement de l'amplificateur, étant donné que l'ouverture de l'interrupteur Kl laisse "en l'air" la source el et les sources qui seraient éventuellement en parallèle sur el, il est à noter qu'il y aura toujours intérêt à éviter d'ouvrir I'interrupteur Kl et donc à a' nerouvrir, si nécessaire, qu'après avoir ouvert les trois autres. La présente invention n'est pas limitée aux exemplesdécrits c'est ainsi que le nombre total de sources peut être supérieur à quatre ou réduit à deux ou trois. Par ailleurs, si l'amplificateur n'a pas à fournir la tension zéro, il peut, dans le cas par exemple d'un montage selon la figure 2, ne pas comporter l'interrupteur KI et la diode dll, l'accès A étant confondu avec la borne b2. Bien entendu dans la description le mot borne désigne en fait un point d'un conducteur, et les bornes sont simplement destinées à faciliter le repérage sur le dessin. Dans les revendications le mot borne pourra aussi bien désigner une borne au sens strict qu'un point d'un conducteur. D'une façon très générale un amplificateur selon Invention comportera au moins un montage permettant la mise en série ou en parallèle de deux sources de même force électromotrice, telles que e2, e3 (figures I et 2), grâce à un interrupteur tel que K3 et deux éléments semiconducteurs tels que d22, d31 ; ce montage pourra faire partie d'un amplificateur du type de ceux qui ont été décrits à l'aide des figures ou bien pourra être associé en série à d'autres montages du même type ou à des sources continues isolées, les forces élecromotrices des sources des montages pouvant être différentes d'un montage à l'autre. Il est également à noter, sur les figures, que le sens de branchement des sources d'un amplificateur peut être inversé à condition d'inverser également le sens de branchement de toutes ses diodes; ceci permet de réaliser des amplificateurs avec le pôle positif à la masse. Les amplificateurs selon l'invention sont, en particulier, destinés à fournir la haute tension modulée pour un émetteur de radiodiffusion avec transmission de la composante continue. REVENDICATIONS 1. Amplificateur de puissance à commutation, caractérisé en ce qu'il présente au moins un montage comportant une première (el) et une seconde (e2) source continue, un interrupteur {K2) reliant le pôle négatif de la première source au pôle positif de la seconde source, deux éléments semi-conducteurs (dol2, d21) reliant respectivement entre eux les pôles positifs et les pôles négatifs des deux sourdes (e1, e2), ces éléments semiconducteurs étant conducteurs dans le sens seconde source (e2) 5 première source (el). 2. Amplificateur de puissance à commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour présenter au moins un tel montage, il comporte n modules (n entier au moins égal à 1) (Ml-M3) et un circuit terminal (me), chaque module comportant une source de tension continue (el-e3), un premier (dll, d2l, d31) et un second élément semi-conducteur (d12, dz, d32), un interrupteur (Kl-K3), une première borne (b1) et une deuxième borne (b2) reliées par l'interrupteur, une troisième borne (b3) reliée à la première borne par, en série, le second élément branché dans un sens de conduction donné, la source branchée en opposition du sens donné et le premier élément branché dans le sens donné, rinterrupteur étant en parallèle sur le premier élément et la source montés en série, et une quatrième borne (b4) reliée à la première borne par le premier élément, en ce que, pour n supérieur à 1, les modules sont juxtaposés en série, les première et deuxième bornes du ie (i allant de I à n-l) module en série étant reliées respectivement aux quatrième et troisième bornes du (i + l)e module, la première borne du premier (i = l} module constituant un premier accès (A), et en ce que le circuit terminal comporte une source de tension continue (ex), un élément semi-conducteur (do) et un interrupteur (KO) formant respectivement les trois côtés d'un triangle avec, dans ce triangle, rinterrupteur branché entre les troisième et quatrième bornes du ne module, l'élément relié à la quatrième borne du module et se trouvant branché en série et dans le même sens donné avec le,premier élément du n e module, la source branchée en opposition de l'élément du triangle, le sommet du triangle opposé à rinterrupteur constituant un deuxième accès (B).