Brevet FR2890500A1 — publié le 20070309

La présente invention concerne un dispositif d'amplification d'une tension représentative d'une information audiophonique issue d'une source pour l'attaque d'une charge acoustique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un tel dispositif comprenant une chaîne d'amplification de classe D propre à délivrer au moins un signal électrique amplifié d'attaque de la charge en fonction de la tension représentative de l'information audiophonique. On connaît de tels dispositifs utilisés dans des matériels produits en grande série, comme des téléphones portables par exemple. De manière typique, la qualité du son est généralement peu satisfaisante du fait de la faible bande passante de ces dispositifs d'amplification. Le but de la présente invention est de résoudre le problème susmentionné. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'amplification de puissance d'une tension représentative d'une information audiophonique issue d'une source pour l'attaque d'une charge acoustique, le dispositif comprenant une chaîne d'amplification de classe D propre à délivrer au moins un signal électrique amplifié d'attaque de la charge en fonction de la tension représentative de l'information acoustique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens de mesure d'au moins un courant de la chaîne d'amplification; et - une première boucle de correction du ou de chaque signal électrique en fonction de la mesure du ou de chaque courant. Selon des modes de réalisation particuliers, le dispositif comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la première boucle de correction comprend: - des moyens de conversion du courant mesuré en une tension de mesure; et - des moyens de correction d'une tension délivrée en entrée de la chaîne d'amplification en fonction de la tension de mesure; -les moyens de correction comprennent des moyens d'asservissement de la tension de mesure sur la tension délivrée en entrée de la chaîne d'amplification; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur de puissance de classe D et au moins un filtre passe-bas agencé en sortie de l'amplificateur, et les moyens de mesure sont propres à mesurer le courant en sortie du ou de chaque filtre passe-bas; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur de puissance de classe D et au moins un filtre passe-bas agencé en sortie de l'amplificateur, et les moyens de mesure sont propres à mesurer le courant en entrée du ou de chaque filtre passe-bas. - les moyens de mesure sont choisis pour avoir un comportement fréquentiel sensiblement égal à celui du ou de chaque filtre passe-bas; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur du type à montage en demi-pont; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur du type à montage en pont en H; - les moyens de mesure sont propres à mesurer un seul courant circulant dans la chaîne d'amplification; - les moyens de mesure sont propres à mesurer deux courants circulants dans la chaîne d'amplification; - les moyens de conversion comprennent des moyens de soustraction 20 des deux courants mesurés et des moyens de transformation des courants soustraits en la tension de mesure; - il comprend en outre: - des moyens de mesure d'au moins une tension de la chaîne d'amplification; et - une seconde boucle de correction, externe à la première boucle de correction, adaptée pour corriger le signal électrique amplifié en fonction de la ou de chaque tension mesurée; - la seconde boucle de correction comprend des moyens d'asservissement de la ou de chaque tension mesurée sur la tension représentative de l'information audiophonique; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur de puissance de classe D et au moins un filtre passe-bas agencé en sortie de l'amplificateur, et les moyens de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la tension en sortie du ou de chaque filtre passe-bas; - la chaîne d'amplification comprend un amplificateur de puissance de classe D et au moins un filtre passe-bas agencé en sortie de l'amplificateur, et les moyens de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la tension en entrée du ou de chaque filtre passe-bas; - les moyens de mesure de la au moins une tension sont propres à mesurer une seule tension de la chaîne d'amplification; - les moyens de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la différence de deux tensions de la chaîne d'amplification, et la seconde boucle de correction externe comprend des moyens de correction d'une tension délivrée en entrée de la première boucle de correction en fonction de la différence de ces deux tensions. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention; et - la figure 4 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation. Sur la figure 1, on a illustré sous la référence générale 10 un premier mode de réalisation d'un dispositif d'amplification d'une tension Ve analogique représentative d'une information audiophonique et délivrée par une source 12, comme par exemple un lecteur de cédéroms musicaux, un microphone, une antenne de téléphone mobile ou autres. Le dispositif 10 attaque une charge électro-mécano-acoustique 14, comme un haut parleur, à l'aide de la tension amplifiée. Le dispositif 10 comprend à cet effet une chaîne d'amplification 16 comportant un amplificateur 18 de classe D du type à montage en demi-pont en serie avec un filtre passe-bas 20. L'amplificateur 18 comprend un modulateur 22 en largeur d'impulsion (MLI) constitué d'un comparateur 24 connecté à une horloge 26 délivrant à une borne inverseuse 28 de celui-ci une tension triangulaire Vt de fréquence et d'amplitude prédéterminées. Le modulateur 22 module en largeur d'impulsion une tension analogique Vni que reçoit le comparateur 24 sur une borne non-inverseuse 30 et génère ainsi sur une sortie 32 du comparateur 24 une tension Vmli modulée en largeur d'impulsion, comme cela est connu en soi. L'amplificateur 18 comprend également un circuit 34 de contrôle logique connecté à la sortie 32 du comparateur 24 et commandant en fonction de la tension Vmli un montage en demi-pont 36 constitué d'un transistor MOSFET 38 à canal N et d'un transistor MOSFET 40 à canal P à source commune, comme cela est connu en soi. Le montage en demi-pont 36 délivre ainsi sur une sortie 42 une amplification de la tension Vni sous la forme d'une tension amplifiée Va. L'amplificateur 18 est enfin connecté à une alimentation électrique (non réprésentée) à découpage pour l'alimentation en énergie électrique de ces composants. Le filtre passe-bas 20, par exemple constitué d'un circuit LC, est connecté à la sortie 42 du montage en demi-pont 36 et délivre en sortie une moyenne Vs de tension amplifiée Va. La charge 14 est connectée sur l'une de ses bornes à la sortie du filtre passe-bas 20 et sur l'autre de ses bornes à la masse. Le dispositif 10 comprend en outre un capteur de courant 44 agencé en sortie du filtre passe-bas 20, par exemple un capteur de courant à base de transistors du type MAX47ESA de la société Maxim Integrated Products Inc. Le capteur de courant 44 mesure le courant Is en sortie du filtre passe-bas et est connecté une boucle de correction 46 de la tension Vs d'attaque de la charge 14. Cette boucle 46 est une boucle à contre-réaction comprenant un convertisseur courant/tension 48 connecté au capteur de courant 44 et générant une tension de mesure Vim image du courant Is mesuré par celuici. Par exemple, le convertisseur 46 est constitué d'une résistance d'impédance prédéterminée. En variante, le capteur de courant et le convertisseur courant/tension sont constitués d'une résistance d'impédance prédéterminée agencée en série avec le filtre passe-bas 20 et en sortie de celui-ci et d'un capteur de tension mesurant la tension aux bornes de ladite résistance. La boucle de correction 46 comprend également un soustracteur 50 et un correcteur 52. Le soustracteur 50 est connecté au convertisseur 48 et à la source 12, et délivre en sortie la différence Ec de ces deux tensions, ci-après désignée par erreur d'asservissement de courant D. Le correcteur 52 est connecté à la sortie du soustracteur 50 et détermine en fonction de l'erreur d'asservissement Ec la tension analogique Vni. Le correcteur 52 met en oeuvre une loi d'asservissement prédéterminée de la tension de mesure Vim sur la tension Ve, comme par exemple une loi proportionnelle intégrale (PI) ou une loi proportionnelle intégrale dérivée (PID), ayant pour effet d'annuler sensiblement l'erreur d'asservissement cc et d'obtenir des conditions de stabilité et de performance requises pour la boucle de correction. Le correcteur 52 est mis en oeuvre sous la forme d'un circuit analogique, ou en variante comprend une unité de traitement de signaux numérique comme un DSP par exemple. En variante, le capteur de courant 44 est agencé entre l'amplificateur 18 et le filtre passe-bas 20 et sa bande passante est choisie sensiblement égale à celle du filtre passe-bas 20. Plus particulièrement, on sait que le capteur de courant 44 se comporte sensiblement comme un filtre passebas et le capteur de courant 44 est choisi pour que son comportement fréquentiel soit sensiblement égal à celui du filtre passe-bas 20. Notamment, la fréquence de coupure du capteur 44 est choisie de manière à ne pas différer de celle du filtre 20 de plus de 10 pourcents. En variante, le correcteur 52 est agencé entre le convertisseur 48 et le soustracteur 50. En variante, les transistors 38, 40 du montage en demi-pont sont des transistors bipolaires à porte isolée (IGBT) lorsque des puissances importantes de signaux sont requises. En variante, le filtre passe-bas 20 est omis. Sur la figure 2, il est illustré sous la référence générale un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce second mode de réalisation diffère essentiellement de celui de la figure 1 en ce que le montage 36 de transistors de l'amplificateur 18 est un montage en pont en H, ou montage H- bridge , qui assure la symétrie électrique et des signaux de l'ensemble du dispositif. Dans ce mode de réalisation, l'amplificateur 36 comprend deux montages en demi-pont 36, 62 chacun constitué d'un transistor MOSFET 38, 64 à canal N et d'un transistor MOSFET 40, 66 à canal P à source commune. Ces 10 montages 36, 62 sont identiques à celui de la figure 1. Un premier montage 36 est directement connecté à la sortie du circuit de contrôle logique 34 et un second montage est connecté à celui-ci à travers un inverseur 68. Enfin, un filtre passe-bas 20, 70 est connecté à la sortie de chaque montage 36, 62. Ces filtres passe-bas sont identiques au filtre passebase de la 15 figure 1 et délivrent des tensions moyennées à la charge 14 qui est ainsi attaquée symétriquement. En variante, le dispositif venant d'être décrit comprend deux capteurs de courant identiques au capteur 44 et disposés en sortie des filtres passebas 20, 70. La boucle de correction 46 comprend alors, agencés entre les deux capteurs de courant et le convertisseur courant/tension 48, un circuit formant la différence entre les deux courants mesurés, divisant cette différence par 2 et transformant le résultat de cette opération en la tension de mesure. Un tel circuit moyenne donc le courant d'attaque Is et filtre les bruits parasites. En variante, le ou les capteurs de courant sont agencés en entrée des filtres passe-bas et chaque capteur de courant est choisi pour avoir un comportement fréquentiel sensiblement égal à celui des filtres passe-bas, comme cela a été décrit précédemment. En variante les filtres passe-bas 20, 70 sont omis. Il est à noter que les boucles de correction décrites ci-dessus se fondent sur une mesure d'un ou deux courants des chaînes d'amplification, et que la correction est effectuée en fonction d'un signal image du ou des courants mesurés, ce qui n'est pas équivalent, notamment en terme d'impédance, à une boucle de correction se fondant sur une mesure d'une ou plusieurs tensions de la chaîne d'amplification. On constate ainsi que ces boucles de correction ont pour effet d'élever sensiblement la bande passante des chaînes d'amplification et d'améliorer sensiblement la stabilité et la précision globales de l'amplification. La figure 3 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Désigné sous la référence générale 80, ce dispositif reprend l'ensemble des éléments de celui de la figure 1 ainsi qu'un capteur de tension 82 mesurant la tension Vs en sortie du filtre passe-bas 20 et une boucle de correction 84 supplémentaire. La boucle de correction supplémentaire 84 est une boucle à contreréaction corrigeant la tension mesurée Vs. La boucle 84 est externe à la boucle de correction 46 et comporte un second soustracteur 86 et un second correcteur 88 connecté à la sortie du second soustracteur 86. Le second soustracteur 86 est connecté à la source 12 et au capteur de tension 82 et forme la différence de la tension Ve et de la tension mesurée Vs, différence Ev ci-après désignée par erreur d'asservissement de tension . Le second correcteur 88 détermine, en fonction de l'erreur Ev d'asservissement de tension, la tension analogique en entrée du soustracteur 50 de la boucle de correction interne 46, comme cela est illustré sur la figure 3. Le second correcteur 88 met en oeuvre une loi d'asservissement prédéterminée de la tension Vs sur la tension Ve, comme par exemple une loi proportionnelle intégrale (PI) ou une loi proportionnelle intégrale dérivée (PID), ayant pour effet d'annuler sensiblement l'erreur cv d'asservissement de tension et d'obtenir des conditions de stabilité et de performance requises pour la boucle de correction. Le second correcteur 88 est mis en oeuvre sous la forme d'un circuit analogique, ou en variante comprend une unité de traitement de signaux numérique comme un DSP par exemple. Tout comme pour le ou les capteurs de courant, en variante, le capteur de tension mesure la tension en entrée du filtre passe-bas 20 et est choisi pour avoir un comportement fréquentiel sensiblement égal à celui du filtre passe-bas. En variante également, le second correcteur 88 est agencé entre le capteur de tension 82 et le second soustracteur 86. La figure 4 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation 100 du dispositif selon l'invention. Ce mode de réalisation comprend l'ensemble des éléments du mode de réalisation de la figure 2 ainsi qu'un capteur de tension 48 et une seconde boucle de correction 84 analogues au capteur de tension 48 et à la seconde boucle de correction 84 du dispositif de la figure 3. Le capteur de tension 48 du quatrième mode de réalisation diffère cependant de celui du troisième mode de réalisation en ce qu'il mesure la différence des tensions en sortie des filtres passe-bas 20, 70, c'est-àdire la tension aux bornes de la charge 14. En variante, le capteur de tension 48 du quatrième mode de réalisation est identique à celui du troisième mode de réalisation et mesure la tension en sortie du filtre passe-bande 20. En variante, le capteur de tension du quatrième mode de réalisation mesure la différence des tensions en entrée des filtres passe-bas 20, 70 et est choisi pour avoir un comportement fréquentiel sensiblement égal à ceux des filtres passe-bas 20, 70. En variante également, le second correcteur 88 est agencé entre le capteur de tension 82 et le second soustracteur 86. On constate que la boucle externe améliore de manière supplémentaire la stabilité et la précision de l'amplification. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10; 60; 80; 100) d'amplification d'une tension (Ve) représentative d'une information audiophonique issue d'une source (12) pour l'attaque d'une charge (14), le dispositif comprenant une chaîne d'amplification (16) de classe D propre à délivrer au moins un signal électrique (Vs) amplifié d'attaque de la charge en fonction de la tension représentative de l'information acoustique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens (44) de mesure d'au moins un courant de la chaîne d'amplification; et - une première boucle de correction (46) du ou de chaque signal électrique en fonction de la mesure du ou de chaque courant. 2. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première boucle de correction comprend: - des moyens (48) de conversion du courant mesuré en une tension de mesure; et - des moyens (50, 52) de correction d'une tension délivrée en entrée de la chaîne d'amplification en fonction de la tension de mesure. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (50, 52) de correction comprennent des moyens d'asservissement de la tension de mesure sur la tension délivrée en entrée de la chaîne d'amplification. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur de puissance (18) de classe D et au moins un filtre passebas (20, 70) agencé en sortie de l'amplificateur (18), et en ce que les moyens (44) de mesure sont propres à mesurer le courant en sortie du ou de chaque filtre passe-bas. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur de puissance (18) de classe D et au moins un filtre passe- bas (20, 70) agencé en sortie de l'amplificateur, et en ce que les moyens (44) de mesure sont propres à mesurer le courant en entrée du ou de chaque filtre passe-bas. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (44) de mesure sont choisis pour avoir un comportement fréquentiel sensiblement égal à celui du ou de chaque filtre passe-bas (20, 70). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur (18) du type à montage en demi-pont. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur (18) du type à montage en pont en H. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens (44) de mesure sont propres à mesurer un seul courant circulant dans la chaîne d'amplification (16). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (44) de mesure sont propres à mesurer deux courants circulants dans la chaîne d'amplification (16). 11. Dispositif selon les revendications 2 et 10, caractérise en ce que les moyens (48) de conversion comprennent des moyens de soustraction des deux courants mesurés et des moyens de transformation des courants soustraits en la tension de mesure. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens (82) de mesure d'au moins une tension de la chaîne d'amplification; et - une seconde boucle de correction (84), externe à la première boucle de correction (46) , adaptée pour corriger le signal électrique amplifié en fonction de la ou de chaque tension mesurée. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la seconde boucle de correction (84) comprend des moyens (86, 88) d'asservissement de la ou de chaque tension mesurée sur la tension représentative de l'information audiophonique. 16. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur de puissance (18) de classe D et au moins un filtre passe-bas (20, 70) agencé en sortie de l'amplificateur (18), et en ce que les moyens (82) de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la tension en sortie du ou de chaque filtre passe-bas (20, 70). 15. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification (16) comprend un amplificateur de puissance (18) de classe D et au moins un filtre passe-bas (20, 70) agencé en sortie de l'amplificateur (18), et en ce que les moyens (82) de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la tension en entrée du ou de chaque filtre passe-bas (20, 70). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les moyens (82) de mesure de la au moins une tension sont propres à mesurer une seule tension de la chaîne d'amplification (16). 17. Dispositif selon la revendication 9 et l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les moyens (82) de mesure de la ou de chaque tension sont propres à mesurer la différence de deux tensions de la chaîne d'amplification (16), et en ce que la seconde boucle de correction externe comprend des moyens (86, 88) de correction d'une tension délivrée en entrée de la première boucle de correction (46) en fonction de la différence de ces deux tensions.