Amplificateur 8*315W classe D sur processeur audio numérique

» 28 Juin 2007 23:15

Bonjour à tous!

Je suis à l'université de Rouen en licence 3 GEII. J'ai travaillé avec 2 potes sur un amplificateur numérique un peu hors norme, pendant presque 3 mois (entre les cours, les partiels et les TPs >_>) ...

Je vous laisse regarder par vous-même, n'hésitez pas à nous faire part de vos commentaires... (évitez les fautes d'orthographes par exemple, sur 180 pages ca ne peut que tomber au moins une fois...)

http://rs109.rapidshare.com/files/39923704/Projet.pdf

Treydone

» 29 Juin 2007 7:44

"Free download" means we have to pay at least 4.50 EUR to get the file. Funny. :mdr:

A+

» 29 Juin 2007 9:57

Pour les modos : petite erreur de forum, je voulais poster dans la section DIY/Amplificateurs.

@NotTwinTurboYet: Hi guy! RapidShare is free, you have to click on free at the bottom of the page and after choose your server. If you have problems, see the file at: http://treydone.free.fr/Projet.pdf

» 29 Juin 2007 10:50

Superbe travail, merci de le mettre à disposition.
Il y a beaucoup de choses interressantes.

Je l'ai parcouru un peu rapidement, mais j'y retourne!

Philippe

» 29 Juin 2007 11:00

Merci du compliment :wink:

Dommage que nous n'ayons pas fini (commencer? :oops:

) la réalisation... Va falloir que je m'y attele cet été!

Treydone

» 29 Juin 2007 13:19

Pour les modos : petite erreur de forum, je voulais poster dans la section DIY/Amplificateurs.

» 29 Juin 2007 14:34

Superbe travail!

» 29 Juin 2007 17:16

@bgb : Merci à toi

Superbe travail!

Juste super cool comme projet! Pour une fois qu'on pouvait choisir un sujet qui nous plaisait! :lol:

Sinon, des commentaires sur la partie technique??? Ca reste compréhensible? :$

Treydone

» 29 Juin 2007 20:00

treydone a écrit:Pour les modos : petite erreur de forum, je voulais poster dans la section DIY/Amplificateurs.

@NotTwinTurboYet: Hi guy! RapidShare is free, you have to click on free at the bottom of the page and after choose your server. If you have problems, see the file at: http://site.voila.fr/vince/Projet.pdf

Thanks man :wink:

Beau boulot! Et comme mes camarades, je te remercie de nous mettre tout ça à disposition. Je lirai à tête reposée dès que possible :wink:

See ya!

» 01 Juil 2007 18:41

Salut treydone,

Bravo pour ce projet, c'est une analyse intéressante, et qui a le mérite de parcourir un grand nombre de domaines. De plus, le sujet choisi est fort complexe, et vos résultats sont fort bien présentés, agrémentés d'explications claires et, me semble-t-il, compréhensibles.

Je me permet quelques commentaires, qui sont a prendre bien sur de facon constructive, et qui valent.. ce qu'ils valent

L'alimentation :

L'explication donnée quant au choix d'une alimentation a découpage, p17, est un peu rapide.
Vous faites état d'un besoin en fort courant, ce qui est correct, et d'une recherche d'un rendement important. Ici, le choix de cette technologie est rationnel.

Ensuite, vous spécifiez le besoin d'un temps de monte tres court, lie au fait d'une amplification PWM. En réalité, dans le cas d'un étage de commutation en demi-pont en H, avec 2 sources de tensions, une négative, une positive, il est vrai que le courant a fournir par l'alimentation possède un contenu spectral proche de celui des signaux PWM. Les alimentation doivent alors posséder une bande passante allant de la bande audio jusque n fois la fréquence de modulation en PWM.
Dans ce cas, effectivement, on a besoin d'une réponse transitoire disons rapide, sous fort courant.

Dans votre projet, vous utilisez un TAS5261, qui est constistué d'un pont en H entier.
L'avantage du pont en H, en regard du demi-pont, est double. En premier, il ne nécessite qu'une seule source d'alimentation, au lieu de deux. Mais le second avantage vient du fait qu'il agit comme un redresseur vis-a-vis du courant consommé. De fait, le contenu spectral de ce même courant voit sa composante spectrale relative a la fréquence de modulation en PWM fortement réduite. En pratique, le courant a cette fréquence n'existerait pas si les transistors du pont étaient parfaits et parfaitement pilotes. Bien sur, ce n'est jamais le cas, mais c'est le point fort des TAS5x6x.
Si l'on pousse le raisonnement plus loin, on s'aperçoit que ce courant n'est pas utile au fonctionnement de l'étage d'amplification. Ainsi, dans ce cas, il est même préférable de LIMITER la réponse de l'alimentation, afin d'éviter de transmettre cette énergie perturbatrice au ponts et aux haut-parleurs.
Ainsi, la majeure partie de l'énergie consommée se trouve dans le spectre audio, et c'est dans cette bande de fréquences qu'il convient de soigner la réponse de l'alimentation.

C'est pourquoi l'alimentation que vous présentez, bien qu'intéressante dans bien des applications, ne répond pas nécessairement aux caractéristiques de la charge, c-a-d, les amplificateurs décrits.

Pour finir, et cela gagnerait a apparaitre dans votre étude, si un soin tout particulier doit être apporté a l'alimentation, plus encore que dans tout autre type d'amplificateur, c'est qu'il fonctionne en boucle ouverte.
Ainsi, le taux de réjection de variation de tension sur l'alimentation, le PSRR, est dans ce cas de ... 0 dB ! Ce qui signifie que toute variation de tension sur l'alimentation se retrouve directement présente dans le haut-parleur, et donc, dans l'oreille de l'auditeur.

C'est un des inconvénients majeur des modulateurs PWM numériques directs.

A bientôt,
Fabien

» 01 Juil 2007 20:14

Merci à toi FabDuSud pour ces précieux commentaires!

L'explication donnée quant au choix d'une alimentation a découpage, p17, est un peu rapide.
Vous faites état d'un besoin en fort courant, ce qui est correct, et d'une recherche d'un rendement important. Ici, le choix de cette technologie est rationnel.

En effet, l'explication est un peu rapide. Puisque nous étions dans le cahier des charges, il nous aurait fallu détailler un peu plus.

La principale raison du choix de l'alimentation à découpage vient du fait que l'amplificaion d'un signal passant par 0 (PWM, carré...) ne peut être effectué par une alimentation linéaire, qui dans ce cas voit le modèle d'interrupteur parfait de la commutation comme un trou d'intensité pour les (gros) condensateurs de filtrage.

En réalité, dans le cas d'un étage de commutation en demi-pont en H, avec 2 sources de tensions, une négative, une positive, il est vrai que le courant a fournir par l'alimentation possède un contenu spectral proche de celui des signaux PWM.Les alimentation doivent alors posséder une bande passante allant de la bande audio jusque n fois la fréquence de modulation en PWM.

L'amplification en PWM et l'alimentation en PWM ne fonctionnent pas à la même fréquence : 100kHz pour l'alimentation et 192kHz en amplification. De plus le contenu spectral de l'alimentation est constitué de trois raies situées à 100kHz, 100kHz-50Hz et 100kHz+50Hz (plus les multiples n de la fréquence) tandis que le contenu spectral à amplifier contient une raie à 192kHz et deux contenus fréquentiels répartis autour de cette fréquence, tout deux sur une bande passante 22kHz (plus les multiples n de la fréquence d'échantillonnage).

L'avantage du pont en H, en regard du demi-pont, est double. En premier, il ne nécessite qu'une seule source d'alimentation, au lieu de deux.

Dans notre cas oui, puisque nous amplifions du PWM; cela aurait été différent si les signaux à amplifier auraient été analogiques sur les deux alternances positives et négatives.

Si l'on pousse le raisonnement plus loin, on s'aperçoit que ce courant n'est pas utile au fonctionnement de l'étage d'amplification. Ainsi, dans ce cas, il est même préférable de LIMITER la réponse de l'alimentation, afin d'éviter de transmettre cette énergie perturbatrice au ponts et aux haut-parleurs.

Le montage en pont en H entier peut être vu comme un double push-pull. Ce montage push-pull permet alors l'apport en puissance, tant au niveau tension que courant. Toutefois il est clair que le découpage de l'alimentation peut (et c'est certain...) introduire un courant pertubateur dans le signal. Ce bruit est d'ailleurs pris en compte lors de la réalisation du filtre de sortie afin d'ôter les éventuels parasites.

Mais le second avantage vient du fait qu'il agit comme un redresseur vis-a-vis du courant consommé. De fait, le contenu spectral de ce même courant voit sa composante spectrale relative a la fréquence de modulation en PWM fortement réduite. En pratique, le courant a cette fréquence n'existerait pas si les transistors du pont étaient parfaits et parfaitement pilotes. Bien sur, ce n'est jamais le cas, mais c'est le point fort des TAS5x6x.

Je ne vois pas bien le raisonnement que tu as suivi :oops:

Tu peux m'en dire plus?

Pour finir, et cela gagnerait a apparaitre dans votre étude, si un soin tout particulier doit être apporté a l'alimentation, plus encore que dans tout autre type d'amplificateur, c'est qu'il fonctionne en boucle ouverte.
Ainsi, le taux de réjection de variation de tension sur l'alimentation, le PSRR, est dans ce cas de ... 0 dB ! Ce qui signifie que toute variation de tension sur l'alimentation se retrouve directement présente dans le haut-parleur, et donc, dans l'oreille de l'auditeur.

L'amplificateur possède une structure interne en boucle fermé pouvant être modifiée lors d'un contrôle des registres par I2C. L'alimentation possède elle aussi une boucle de retour traitée par le contrôleur de découpage MC34025.
Mais malheuresuement et c'est bien dommage, c'est dans l'étage de puissance que le signal subit le plus de perturbations : bruit et parasites du découpage, disto, fort effet capacitif par la circulation de signaux HF dans les pistes de cuivre...
Comme tu le précise l'alimentation influe directement sur le signal, la régulation ne pouvant être aussi "propre" que dans le cas des alimentations linéaires. Il conviendrait en effet de créer un circuit de retour pour la chaîne d'amplification globale afin de compenser les effets néfastes du découpage.

Le MC34025 a toutefois un PSRR typique de 110dB, étant donné la rejection de la tension d'alimentation. A noter que le TAS5261 compense légèrement ces effets par la structure du pont en H, qui n'est qu'autre qu'un double demi-pont en H, les demi-ponts étant tout deux indépendants, et non contrôlés en complémentation.

Treydone

PS: FabDuSud, tu as fait quoi comme études?

» 02 Juil 2007 1:31

Re,

treydone a écrit:Le montage en pont en H entier peut être vu comme un double push-pull. Ce montage push-pull permet alors l'apport en puissance, tant au niveau tension que courant.

Oui, exactement. Et l'interet est que ce double PP est piloté en opposition de phase.
Ainsi, l'alternance positive dans la charge est vu par l'alimentation comme un appel de courant positif, lorsque les transistors HG ( Haut-Gauche ) et BD ( Bas-Droit ) conduisent. L'alternance négative dans la charge, quant a elle, se produit lorsque les transistors HD et BG conduisent, ce qui engendre pour l'alimentation un appel de courant... positif lui-aussi.
D'ou l'effet de redressement décrit plus haut.

A noter que ce principe est aussi utilisé pour réaliser de la démodulation d'amplitude synchrone, dans la mesure ou un redressement double alternance revient d'un point de vu spectral a multiplier le spectre de fréquence par deux. Avec une poignée de composants, c'est ce qu'on utilisait il y a quelques années pour démoduler le son d'une chaine bien connue... mais je m'égare :wink:

Pour revenir a notre double PP, son pilotage répond a deux impératifs temporels. Un : éviter de faire conduire les deux PP simultannement, ce qui induit un fort appel de courant pour l'alim, uniquement limité par le Rdson des transistors. Deux : éviter de ne pas faire conduire les deux PP simultanément, ce qui induirait une rupture de courant dans la charge, induisant un pic de tension lié aux selfs du filtre. En fait, dans ce cas, l'énergie accumulée dans les selfs est évacuée sous forme de courant passant par les diodes de roue-libre associées a chacun des 4 transistors du pont. Ce courant est entrant pour l'alimentation, qui doit se montrer alors capable de fonctionner dans un deuxième cadran ( U>0, I<0 ), ce qui n'est pas simple !

Dans les faits, le TAS5261 est conçu pour optimiser les instants de commutation des 4 transistors du pont qui le compose, et résoudre au mieux les 2 impératifs ci-dessus, dans les limites fréquentielles qui sont les siennes. C'est pourquoi, lorsque le pont est attaque a 384 kHz, le taux de modulation du modulateur PWM du TAS5518 doit être limite a 96%, afin de ne pas demander au pont de générer des impulsions trop courtes, qu'il ne saurait gérer, entre autre, aussi, du a la capacité de bootstrap nécessaire pour piloter les transistors supérieurs du pont.

Pour en revenir au courant consommé par notre pont, son contenu spectral intègre la bande audio-fréquence, plus 2x ( effet redresseur du pont ) la fréquence de modulation, ici 768 kHz et ses harmoniques.
Comme expliqué, cette dernière bande de fréquence n'est que le résultats des erreurs, inévitables, de pilotage et comportementales du pont, mais elle ne sont en rien nécessaires a son fonctionnement, ni même a la reconstruction du spectre audio dans le haut-parleur.

C'est pourquoi je préconise de concevoir une alimentation, a découpage ou pas

, qui ait une réponse en fréquence optimisée dans la bande audio, mais fortement limitée au dela !

Pour finir pour ce soir, car il commence a être tard :oops:

, je confirme que l'association TAS5518 + TAS5261 fonctionne en boucle ouverte, et surtout qu'elle ne peut fonctionner en boucle fermée.
Le TAS5518 utilise un modulateur PWM numérique. Ce type de modulateur ne dispose pas de contre-réaction locale, et aucun des réglages du TAS ne permet d'en créer une, ou alors, j'ai loupé un gros truc, ce qui est tres possible !!

Fabien

» 02 Juil 2007 8:53

Intéressant! :wink:

Et l'interet est que ce double PP est piloté en opposition de phase.
Ainsi, l'alternance positive dans la charge est vu par l'alimentation comme un appel de courant positif, lorsque les transistors HG ( Haut-Gauche ) et BD ( Bas-Droit ) conduisent. L'alternance négative dans la charge, quant a elle, se produit lorsque les transistors HD et BG conduisent, ce qui engendre pour l'alimentation un appel de courant... positif lui-aussi.
D'ou l'effet de redressement décrit plus haut.

En effet ce fonctionnement est classique pour la plupart des ponts en H. J'aurai eu tendance aussi à dire la même chose pour les TAS5261, qui doivent dans le fond fonctionner de la sorte. Toutefois ce petit passage dans le datasheet :

"To provide outstanding electrical and acoustic characteristics, the PWM signal path, including gate drive and output stage, is designed as identical,independent half bridges." (page 16, datasheet TAS5261)

m'interpelle sur le fait du fonctionnement réél de cet étage de puissance.

A noter que ce principe est aussi utilisé pour réaliser de la démodulation d'amplitude synchrone, dans la mesure ou un redressement double alternance revient d'un point de vu spectral a multiplier le spectre de fréquence par deux.

En effet le contenu fréquentiel s'en retrouve être décalé à deux foix la fréquence du signal non redressé. Je n'y avais jamais pensé auparavant :oops:

C'est pourquoi je préconise de concevoir une alimentation, a découpage ou pas , qui ait une réponse en fréquence optimisée dans la bande audio, mais fortement limitée au dela !

Le risque est ici d'apporter le contenu fréquentiel de l'alimentation à découpage dans le signal audio. Il faudrait alors se retourner vers une alimentation linéaire pour éviter ses perturbations, mais on se retrouve alors à tourner en rond.
L'idéal serait ici de "synchroniser" la demande en puissance des étages de puissance avec les drivers de l'alimentation à découpage. Il existe déjà des amplis de ce type, fort rendement et puissance, mais relativement cher aussi.

Pour finir pour ce soir, car il commence a être tard

J'espère que tu as bien dormi :wink:

Aurais tu des commentaires aussi concernant l'application audio proprement dite? J'ai vu dans ton post que tu as beaucoup réfléchi sur les amplificateurs PurePath de chez TI.

Treydone

EDIT: Je viens de trouver le site d'un forumeur très intéressant:
http://koon3876.blogspot.com/2006/11/ta ... annel.html

La réalisation semble être opérationnelle. Chapeau bas

» 03 Juil 2007 1:01

Salut,

Ici aussi, un français qui est passé a la réalisation : http://laurent.legoffic.free.fr/TDAA8/

treydone a écrit:J'espère que tu as bien dormi

Levé 4h30 pour prendre l'avion a 6h40, que j'ai loupe a 5 minutes pres, et donc location de voiture pour arriver a Toulouse vers 13h30 chez mon client !! Pour ce soir, une bonne nuit a l'hotel et ca repart

Du bonheur, rien que du bonheur

TI a écrit:"To provide outstanding electrical and acoustic characteristics, the PWM signal path, including gate drive and output stage, is designed as identical,independent half bridges."

Sure, and this is mostly the case for any full H-bridge. I like this kind of sentence, very confusing.
To clarify, the next step would be to measure the current drain of the TAS.

Fabien

PS : Je reviens avec quelques commentaires sous peu.

» 03 Juil 2007 8:36

Ici aussi, un français qui est passé a la réalisation :

Il y en a qui touche quand même...Ma PCB ne devrait pas ressembler à ca :mdr:

Sure, and this is mostly the case for any full H-bridge. I like this kind of sentence, very confusing. To clarify, the next step would be to measure the current drain of the TAS.

In fact, without internal structure, we can't know the real operating mode.

PS : Je reviens avec quelques commentaires sous peu.

J'espère bien :mdr:

Pour les fanas de programmation, la chaîne d'amplficiation peut comporter un DAP programmable en C, asm, C++, blocs fonctionnels (logiciel de Texas Instrument)...
La modification se fait donc au niveau du processeur de contrôle PWM. Il faudra en effet placer le DAP entre le sélecteur de source et l'actuel processeur PWM.
L'avantage se situe princiapelement dans les focntions avancées proposées par le DAP. On pense notamment aux effets surround : réverberation, écho...
Vous trouverez plus d'infos sur les DSP (et les effets de son) sur ce site:
http://carolinepetitjean.free.fr/enseig ... p06_07.pdf

Treydone