Brevet FR2820589A1 — publié le 20020809

DISPOSITIF DE COMMANDE DE CIRCUIT DE DEVIATION VERTICALE D'UN SPOT BALAYANT UN ECRAN L'invention concerne un dispositif de commande d'un circuit de déviation verticale d'un spot balayant un écran. L'invention trouve tout particulièrement son application dans les écrans de téléviseurs et/ou les moniteurs informatiques. D'une façon générale, le spot balaie l'écran selon deux directions orthogonales, à savoir une direction horizontale et une direction verticale. Le balayage horizontal ou balayage ligne consiste à déplacer le spot de gauche à droite puis à effectuer en bout de ligne un retour ligne pour passer à la ligne suivante. Simultanément, le balayage vertical permet de balayer l'écran de haut en bas. Lorsque le spot atteint le bas de l'écran, un retour trame, appelé communément "flyback" en langue anglaise, est effectué pour ramener le spot en haut de l'écran et passer à l'image suivante. La déviation verticale du spot comporte donc une phase aller de balayage vertical (du haut vers le bas) et une phase de retour rapide du spot. Cette déviation verticale du spot est obtenue en plaçant le spot dans un champ magnétique créé par des bobines de déviation verticale formant le circuit de déviation verticale. Les dispositifs de commande de circuit de déviation verticale d'un spot balayant un écran sont essentiellement formés d'amplificateurs fonctionnant soit en classe AB (linéaire), soit en classe D. Les amplificateurs fonctionnant en classe AB désignent les amplificateurs dont l'étage de sortie comportent des transistors travaillant dans leur zone linéaire et produisant à cet effet une tension quasi-continue. Les amplificateurs fonctionnant en classe D désignent les amplificateurs dont l'étage de sortie comportent des transistors travaillant alternativement dans leur zone de saturation et leur zone de blocage de manière à générer une tension "carrée" (alternance de niveaux hauts et de niveaux bas). La composante haute fréquence de cette tension "carrée" est ensuite filtrée de manière à obtenir la valeur moyenne de la tension. Ces amplificateurs ont pour rôle d'amplifier un signal de consigne, généralement en forme de dents de scie, de manière à délivrer un signal de commande de balayage vertical comme représenté à la figure 1. L'amplificateur délivre une rampe linéaire de tension (la tension décroît et passe de +VM à -VM) pendant la phase aller du balayage vertical et délivre une surtension VF de plusieurs dizaines de volts (de préférence 70 à 75 volts) pendant la phase de retour du spot pour assurer le retour rapide du spot. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs de commande de circuit de déviation verticale comportant un amplificateur fonctionnant en classe D. Un tel dispositif de commande est connu de par la demande de brevet Français n 9900715 déposée au nom de la présente Demanderesse. Les figures 2, 3 et 4, qui sont tirées de cette demande de brevet, montrent respectivement un schéma de l'architecture d'un dispositif de commande de circuit de déviation verticale fonctionnant en classe D et deux modes de réalisation possibles de l'étage de sortie de celui-ci. En référence à la figure 2, le dispositif de commande référencé DCS fournit un signal de balayage vertical à un circuit de déviation verticale référencé DV. Le dispositif de commande DCS comporte un étage de pré-10 amplification PMP monté en inverseur, un étage de sortie BLS, des moyens de contrôle PWM et des moyens de détection DTF pour contrôler l'étage de sortie, et un filtre de lissage F. L'étage de pré-amplification PMP est composé d'un amplificateur opérationnel AO monté en inverseur dont l'entrée inverseuse est reliée à la borne d'entrée BE du dispositif de commande par l'intermédiaire d'une résistance Rl. Cette entrée inverseuse est également reliée d'une part à la sortie de l'amplificateur opérationnel AO par l'intermédiaire d'une résistance R4, et d'autre part à une borne BA du circuit de déviation verticale par l'intermédiaire d'une résistance R2. Une résistance R3 de faible valeur relie la borne BA à la masse. Les résistances Rl et R4 fixent le gain de l'étage de pré-amplification et les résistances R2 et R4 fixent le gain de la boucle de rétroaction. Une tension de référence Ref, qui peut être nulle, est appliquée sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel. L'amplificateur opérationnel AO délivre un signal d'erreur s qui est utilisé par les moyens de contrôle PWM et les moyens de détection DTF pour commander l'étage de sortie BLS. En référence à la figure 3, l'étage de sortie BLS comporte un étage amplificateur ETS formé de deux transistors T1 et T2 de type NMOS5 montés en série entre un noeud Nl et la borne négative -Vcc de l'alimentation principale du dispositif de commande. La borne commune de ces deux transistors constitue la borne de sortie BSS de l'étage amplificateur ETS. Une diode Dl (resp. D2) est montée10 en anti-parallèle aux bornes du transistor Tl (resp. T2), à savoir que l'anode de la diode Dl (resp.D2) est reliée à la source du transistor Tl (resp. T2) et la cathode de la diode Dl (resp.D2) est reliée au drain du transistor Tl (resp. T2). Les grilles des transistors T1 et T2 sont commandées par des signaux opposés provenant des moyens de contrôle PWM. Le signal de commande appliqué sur la grille du transistor T1 est appelé, dans la suite de la description, signal de découpage COMT1. La borne de sortie BSS de l'étage amplificateur ETS est reliée à la borne de sortie BS du dispositif de commande par l'intermédiaire du filtre de lissage F formé d'une bobine d'inductance et d'un condensateur. L'étage de sortie BLS comporte également des moyens MFB destinés à contrôler la génération de la surtension nécessaire au retour rapide du spot. En référence à la figure 3, les moyens MFB comportent un premier interrupteur bidirectionnel formé d'un transistor NMOS T3 dont la source est reliée au drain du transistor T1 et dont le drain est relié à une borne BAL destinée à recevoir une tension VF délivrée par une alimentation auxiliaire ALM. Les moyens MFB comportent également un deuxième interrupteur bidirectionnel formé d'un transistor NMOS T4 dont le drain est relié au drain du transistor T1 et dont la source est reliée à la borne positive +Vcc de l'alimentation principale. Une diode D3 (resp.D4) est montée en anti-parallèle aux bornes du transistor T3 (resp.T4). Les transistors T3 et T4 sont également commandés par les moyens de détection DTF. Ce dispositif de commande fonctionne de la manière suivante. Pendant la phase aller de balayage vertical, les moyens de contrôle PWM délivrent des impulsions de commande (signal de découpage COMT1) pour rendre alternativement les transistors T1 et T2 conducteurs et bloqués avec une fréquence de découpage très élevée, de l'ordre de 100 KHz. Pendant cette phase, le transistor T4 est conducteur et le transistor T3 est bloqué. Au cours de cette phase, la durée des impulsions de commande destinées à rendre conducteur le transistor T1 décroît depuis environ 90% de la période du signal de découpage jusqu'à environ 10% de la période du signal de découpage. A l'inverse, la durée des impulsions de commande destinées à rendre conducteur le transistor T2 croît depuis environ 10% de la période du signal de découpage jusqu'à environ 90% de la période du signal de découpage. La tension présente sur la borne BSS est filtrée par le filtre F pour ne conserver que la valeur moyenne. Il est à noter que, lorsque la tension de sortie du dispositif de commande est nulle, les impulsions de commande du signal de découpage occupent environ 50% de la période de découpage. Pendant la phase de retour rapide du spot, les moyens de contrôle PWM rendent respectivement les transistors T1 et T2 conducteur et bloqué et les moyens de détection DTF rendent respectivement les transistors T3 et T4 conducteur et bloqué. La tension VF fournie par l'alimentation auxiliaire ALM est alors délivrée à la borne de sortie BS du dispositif de commande. Actuellement, l'alimentation auxiliaire utilisée pour générer la surtension est soit externe i.e extérieure au dispositif de commande, soit interne i.e intégrée dans le dispositif de commande. Dans le premier cas correspondant au cas illustré par la figure 3, l'alimentation auxiliaire est généralement un convertisseur élévateur de tension qui génère à partir d'une tension d'alimentation, de l'ordre de 24 volts, une tension d'alimentation auxiliaire d'environ 70 volts. Cette solution n'est pas très satisfaisante car le dispositif de commande nécessite la présence d'une alimentation auxiliaire externe pour fonctionner. Le cas d'une alimentation auxiliaire dite interne est illustrée à la figure 4. L'alimentation auxiliaire interne est formée d'un condensateur chimique C dont une première borne est connectée par exemple à la borne positive +Vcc de l'alimentation principale par l'intermédiaire du premier interrupteur bidirectionnel T4 et au drain du transistor Tl. Le deuxième interrupteur T3 est alors utilisé pour relier la deuxième borne du condensateur à la borne positive +Vcc de l'alimentation principale. La deuxième borne du condensateur est également reliée à la borne négative Vcc de l'alimentation principale au moyen d'un troisième interrupteur bidirectionnel T6. Le condensateur C est alors chargé par la tension d'alimentation principale pendant la phase aller de balayage vertical et est placé en série avec la borne positive de l'alimentation principale pendant la phase de retour rapide du spot pour générer la surtension. Dans ce circuit, les valeurs de tension de15 l'alimentation principale et de l'alimentation auxiliaire sont corrélées. Le principal inconvénient de cette solution est que la tension générée par ce circuit interne n'est pas suffisante, de l'ordre de 36V pour une alimentation principale de 24V. Une solution à cet inconvénient pourrait consister à augmenter la valeur de la tension d'alimentation principale. Cette solution n'est pas intéressante car elle reviendrait à augmenter la dissipation de chaleur dans le dispositif de commande, ce qui va à l'encontre du but recherché par les amplificateurs fonctionnant en classe D. Aussi, l'invention procède d'une recherche menée relativement à des dispositifs de commande de circuit de déviation verticale comportant un étage de sortie30 fonctionnant en classe D en vue d'atteindre les objectifs suivants: réaliser un dispositif de commande ne nécessitant pas d'alimentation auxiliaire externe et apte à produire une valeur de tension élevée, de l'ordre de 70 à 75 volts sans perturber le fonctionnement en petits signaux de l'amplificateur du5 dispositif de commande, notamment pendant la phase de balayage aller. Aussi, l'invention concerne un dispositif de commande d'un circuit de déviation verticale d'un spot balayant10 un écran, comprenant un étage amplificateur de sortie alimenté par une alimentation principale pour la commande de balayage vertical et par une alimentation auxiliaire apte à générer une surtension au circuit de déviation verticale pour le retour rapide du spot, ledit étage amplificateur de sortie fonctionnant en classe D au rythme d'un signal de découpage appelé premier signal de découpage, ladite alimentation auxiliaire étant interne audit dispositif de commande, caractérisé en ce que ladite alimentation auxiliaire est un dispositif de génération de tension à découpage dont le signal de découpage, appelé second signal de découpage, est synchrone avec ledit premier signal de découpage. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération de tension à découpage comporte une borne de sortie pour délivrer ladite surtension, un élément inductif monté en série avec un interrupteur entre une première borne de l'alimentation principale et une deuxième borne de l'alimentation principale, un élément capacitif connecté entre ladite borne de sortie et ladite deuxième borne de l'alimentation principale, une diode dont l'anode est reliée à un point intermédiaire entre ledit élément inductif et ledit interrupteur et dont la cathode est reliée à ladite borne de sortie, et un circuit de commande d'interrupteur pour délivrer ledit second signal de découpage destiné à commander l'état dudit interrupteur, lequel second signal de découpage est synchrone avec ledit premier signal de découpage. Dans ce mode de réalisation par exemple, le circuit de commande d'interrupteur est de préférence un régulateur DC/DC recevant en entrée un signal de tension de référence, un signal représentatif de la tension présente sur la borne de sortie dudit dispositif de génération de tension à découpage, un signal d'horloge synchrone avec ledit premier signal de découpage et un signal de rampe permettant de moduler la durée des impulsions de commande du second signal de découpage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente le signal de commande de balayage vertical délivré par un dispositif de commande de déviation verticale; la figure 2, déjà décrite, représente le schéma d'un dispositif de commande de l'art antérieur; o10 - les figures 3 et 4, déjà décrites, représentent deux modes de réalisation différents de l'étage de sortie du dispositif de commande de la figure 2; - la figure 5 représente le schéma d'un dispositif de génération de tension à découpage apte à générer une surtension, lequel est intégré dans le dispositif de commande de l'invention; et - la figure 6 représente l'allure des signaux de découpage de l'amplificateur du dispositif de commande et du dispositif de génération de tension à découpage ainsi que l'allure du courant dans la bobine d'inductance du dispositif de génération de tension à découpage pendant la phase aller de balayage vertical. Selon l'invention, on prévoit d'intégrer dans le dispositif de commande un dispositif de génération de tension à découpage pour générer la surtension à partir de tension fournie par l'alimentation principale du dispositif de commande. Selon une caractéristique importante de l'invention, le signal de découpage du dispositif de génération de tension à découpage et le signal de découpage COMT1 de l'étage amplificateur de sortie BLS sont synchrones pour que le signal de découpage du dispositif de génération de tension à découpage ne perturbe pas le fonctionnement de l'étage amplificateur de sortie ETS et vice versa. Une structure possible du dispositif de génération de tension à découpage ALM est représentée à la figure 5. Ce dispositif ALM est intégré dans le dispositif de commande DCS. Dans le cas présent, il s'agit d'un convertisseur élévateur de tension. Il comprend une bobine d'inductance L dont une première borne est reliée à la borne positive +Vcc de l'alimentation5 principale du dispositif de commande et dont la deuxième borne est reliée à la première borne d'une résistance R5 par l'intermédiaire d'un interrupteur formé ici d'un transistor T5 de type NMOS. Le drain du transistor T5 est relié à la deuxième borne de la10 bobine d'inductance L et sa source est reliée à la première de la résistance R5. La deuxième borne de la résistance R5 est reliée à la borne négative -Vcc de l'alimentation principale. Le dispositif de génération de tension ALM comporte en outre une diode D5 dont15 l'anode est reliée à la deuxième borne de la bobine d'inductance L et dont la cathode est reliée à une borne de sortie S. Un condensateur Cf est connecté entre la borne de sortie S et la borne négative -Vcc de l'alimentation principale. Au cours de la phase aller de balayage vertical, ce condensateur est chargé avec le courant provenant de la bobine d'inductance L de manière à atteindre une valeur de surtension VF de l'ordre de 70 volts. Pour commander le transistor T5 et réguler la tension à la borne de sortie S du dispositif ALM, il est prévu un régulateur DC/DC, référencé Reg, qui délivre un signal de découpage COMT5 pour commander l'état de conduction du transistor T5. Le signal de découpage COMT5 est fourni à la grille du transistor T5. Dans l'exemple présenté à la figure 5, l'architecture du régulateur est celle du régulateur UC3842 commercialisé entre autres par la société ST Microelectronics. Le régulateur Reg reçoit en entrée un signal de tension continue de référence Vref, un signal SVF représentatif de la valeur de la tension VF à la borne de sortie S, un signal d'horloge CK et un signal de rampe RP. Le signal SVF correspond ici à la tension au point milieu d'un pont diviseur formé de deux résistances R6 et R7 montées en série entre la borne de sortie S et la borne négative -Vcc de l'alimentation principale. Le signal de rampe RP est le signal de tension présent à la source du transistor T5, la résistance R5 jouant ici un rôle de convertisseur courant/tension. Ainsi, le régulateur Reg génère une impulsion de commande à chaque impulsion du signal d'horloge et la durée de cette impulsion de commande est modulée en fonction de la valeur des signaux SVF et RP. Le fonctionnement d'un tel dispositif de génération de tension à découpage est bien connu de l'homme du métier, à savoir que, lorsque le transistor T5 est conducteur, la bobine d'inductance L emmagasine de l'énergie et le courant iL circulant à travers celle-ci croît et, lorsque le transistor T5 est bloqué, la bobine d'inductance L restitue l'énergie emmagasinée et le condensateur Cf se charge. On va maintenant décrire plus en détail le fonctionnement de ce dispositif de génération de tension par rapport à celui du dispositif de commande de l'invention en se référant plus particulièrement aux figures 5 et 6. La figure 6 représente la forme d'onde des signaux COMT1, COMT5 et iL au début, au milieu et à la fin de la phase aller de balayage vertical. Ces trois périodes de la phase aller de balayage vertical sont séparées sur la figure par des traits mixtes fins. Pendant la phase aller du balayage vertical, le condensateur Cf se charge. Comme illustré à la figure , au fur et à mesure que le condensateur Cf se charge, la demande en courant de la part de celui-ci diminue et le rapport cyclique du signal de découpage COMT5 diminue alors. Les fronts montants du signal de découpage COMT5 et du signal de découpage COMT1 sont synchrones. Avantageusement, le condensateur Cf se charge pendant la première moitié de la phase aller de balayage vertical jusqu'à atteindre la valeur VF et cette charge est maintenue dans le condensateur pendant la deuxième moitié de cette phase aller de balayage vertical. Le rapport cyclique du signal de découpage COMT5 est donc très faible pendant cette deuxième moitié de phase et juste suffisant pour compenser les pertes par effet Joule dans le pont diviseur résistif. De préférence, on veille à ce que la durée de chaque impulsion de commande du signal de découpage COMT5 soit inférieure à celle de l'impulsion de commande correspondante du signal de découpage COMT1 de manière à ce que les fronts descendants du signal de découpage COMTs ne viennent pas perturber le fonctionnement de l'étage amplificateur de sortie ETS du dispositif de commande DCS. Pendant la phase de retour rapide du spot, le _signal de découpage COMT1 reste au niveau haut tandis que le signal de découpage COMT5 reste au niveau bas. Il est à noter que ce dispositif de génération de tension à découpage pourrait être également intégré dans un dispositif de commande de classe AB. REVENDICATIONS 1) Dispositif de commande (DCS) d'un circuit de déviation verticale d'un spot balayant un écran, comprenant un étage amplificateur de sortie (ETS) alimenté par une alimentation principale pour la commande de balayage vertical et par une alimentation auxiliaire (ALM) apte à générer une surtension au circuit de déviation verticale pour le retour rapide du spot, ledit étage amplificateur de sortie (ETS) fonctionnant en classe D au rythme d'un signal de découpage (COMT1) appelé premier signal de découpage, ladite alimentation auxiliaire (ALM) étant interne audit dispositif de commande, caractérisé en ce que ladite alimentation auxiliaire est un dispositif de génération de tension à découpage (ALM) dont le signal de découpage (COMT5), appelé second signal de découpage, est synchrone avec ledit premier signal de découpage (COMT1). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de génération de tension à découpage (ALM) comporte une borne de sortie (S) pour délivrer ladite surtension (VF), un élément inductif (L) monté en série avec un interrupteur (T5) entre une première borne (+ Vcc) de l'alimentation principale et une deuxième borne (-Vcc) de l'alimentation principale, un élément capacitif (Cf) connecté entre ladite borne de sortie (S) et ladite deuxième borne (-Vcc) de l'alimentation principale, une diode (D5) dont l'anode est reliée à un point intermédiaire entre ledit élément inductif (L) et ledit interrupteur (T5) et dont la cathode est reliée à ladite borne de sortie (S), et un circuit de commande d'interrupteur (Reg) pour délivrer ledit second signal de découpage (COMT5) destiné à5 commander l'état dudit interrupteur (T5), lequel second signal de découpage (COMT5) est synchrone avec ledit premier signal de découpage (COMT1). 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit interrupteur est un transistor (T5) de type NMOS. 4) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit circuit de commande d'interrupteur est un régulateur DC/DC (Reg) recevant en entrée un signal de tension de référence (Vref), un signal (SVF) représentatif de la tension présente sur la borne de sortie dudit dispositif de génération de tension à découpage, un signal d'horloge (CK) synchrone avec le premier signal de découpage et un signal de rampe (RP). ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de génération de tension à découpage (ALM) comporte un pont diviseur résistif formé de deux résistances (R6,R7) montées en série entre ladite borne de sortie (S) et ladite deuxième borne (-Vcc) de l'alimentation principale et en ce que ledit signal (SVF) représentatif de la tension présente sur la borne de sortie dudit dispositif de génération de tension à découpage correspond à la tension au point milieu dudit pont diviseur résistif. 6) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits premier et second signaux de découpage (COMT1,COMT5) présentent tous les deux des impulsions de commande, en ce que les fronts montants des impulsions de commande du second signal de découpage (COMT5) sont synchrones avec les fronts montants des impulsions de commande du premier signal de découpage (COMT1) et en ce que chaque impulsion de commande du second signal de découpage (COMT5) a une durée inférieure à la durée de l'impulsion de commande correspondante du premier signal de découpage (COMT1).