EMVs/AudioAmp/fr/specifications

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Présentation

L'amplificateur reçoit un signal audio via une fiche jack. Il est alimenté par une tension de batterie et pilote un haut-parleur.

AudioAmp system.svg

Un signal audio est transmis à un circuit numérique à travers un convertisseur analogique/numérique. Le circuit module ce signal en PWM pour piloter un amplificateur de puissance. L'amplification est de classe D: le circuit de puissance connecte alternativement l'alimentation positive ou la masse sur le haut-parleur, mais avec des durées différentes. La valeur moyenne de la commande PWM correspondra à la tension moyenne sur le haut-parleur. Un filtre de lissage permet d'atténuer fortement les sauts de la commutation entre les deux tensions d'alimentation.

Cahier des charges

La tension d'alimentation pour l'électronique de puissance est de 12 V. Pour assurer une puissance de 12 W dans le haut-parleur, dont la résistance est de 4 Ω, la tension d'alimentation est élevée à l'aide d'un convertisseur DC/DC de type "step-up". La commande du convertisseur se fait par un signal PWM à rapport cyclique fixe. La fréquence de commutation du signal PWM est d'environ 32 kHz, pour ne pas interférer avec le signal audio. Le courant de crête à crête de l'ondulation résultant de la commutation doit être inférieur à 150 mApp.

Le circuit numérique reçoit un signal stéréo codé sur 24 bits. Il mélange les deux canaux et multiplie le signal résultant par un gain codé sur 8 bits.

Pour piloter l'amplificateur audio, le circuit numérique génère deux signaux PWM à complémentaires avec un temps mort. Le temps mort est d'environ 500 ns. La fréquence de commutation du signal PWM est la plus proche possible de 100 kHz. La fréquence de l'horloge est de 66 MHz.

L'amplificateur de puissance est suivi par un filtre passe-bas passif LC du deuxième ordre. La fréquence de coupure du filtre est d'environ 9 kHz. L'inductance a une valeur donnée de L = 300 μH.

Circuit numérique

Le convertisseur A/D reçoit deux tensions analogiques (canaux droite et gauche) d'amplitude maximale de 0.5 V. Il transmet l'information numérisée à un circuit numérique programmable à travers un flux I2S.

AudioAmp system.svg

Le circuit numérique pilote un convertisseur analogique/numérique et reçoit un flux I2S. Il convertit ce flux en 2 nombres binaires signés, un par canal. Les deux canaux sont mélangés pour fournir un signal mono. Le signal mono est multiplié par un gain pour régler le volume sur le haut-parleur.

Modulation PWM

La modulation PWM se fait avec une période la plus proche possible de 100 kHz. L'horloge du circuit est à 66 MHz.

Le signal signé codé sur 24 bits est transformé en un signal non-signé. Pour cela, il est décalé vers le haut de 223. Le signal non-signé est alors divisé par une puissance de 2 de manière à ce que sa gamme corresponde à celle du compteur en dents de scie du modulateur PWM.

Le signal PWM est conditionné sous la forme de 2 signaux complémentaires (l'un étant l'inverse de l'autre) pour piloter un demi pont en H. Afin d'éviter des court-circuits, les deux commandes doivent être séparées par un temps mort d'au moins 0.5 us: au moment où l'une des commandes passe à '0', l'autre doit attendre la durée du temps mort avant de commuter à '1'.

Un deuxième modulateur fournit un rapport cyclique fixe pour le convertisseur DC/DC. Les spécifications de ce modulateur (fréquence, rapport cyclique) sont données dans la partie qui traite du convertisseur DC/DC.

Amplification

L'amplificateur de puissance est de type classe D.

Les signaux logiques (entre 0 V et 3.3 V) de PWM sont mis en forme de manière à pouvoir piloter les transistors de puissance du demi pont en H. Ceci se fait à l'aide d'un circuit dédié à ce genre d'applications.

Dans un premier temps, la deuxième branche du pont en H est remplacée par un diviseur capacitif.

Le signal d'alimentation haché par le pont est lissé par un filtre passe-bas passif LC avant d'être amenené au haut-parleur. La fréquence de coupure de ce filtre est de 9 kHz. L'inductance du circuit LC est de 300 μH.

Conversion DC/DC

Le convertisseur DC/DC est de type élévateur de tension. La tension d'alimentation pour l'électronique de puissance est de 12 V. Il délivre une tension suffisante pour pouvoir fournir 12 W au haut-parleur, lequel a une impédance de 4 Ohm.

Le convertisseur doit fonctionner à une fréquence de commutation supérieure à 20 kHz, de manière à ce que les commutations soient en-dehors de la bande audible.

Le courant d'ondulation crête à crête dans l'inductance de 1mH, résultant de la commutation, doit être inférieur à 150 mApp.

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