La classe Louloute!

[invitea3c675f3]

Depuis le temps qu’on fabrique des amplis avec alim d’une part, et amplification d’autre part dans toute sorte de classe fumeuse, je me suis demandé si ce serait trop simple de faire moins compliqué (normal, je ne suis plus tout-à-fait Français ).



Le principe : redressement du 230Vac (icitte, c’est du 120, mais je me mets à votre niveau ) Sur le 320Vdc un ampli classe D (avec isolation galvanique de l’entrée audio, œuf corse) et transfo pour adapter direct aux 8Ω du H.P.

Résultat : on économise un transfo, celui qui reste travaille en HF donc plus petit, plus léger, moins cher…

Je suggère qu’on baptise ça ‘classe Louloute’ par simple modestie !
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[invite2c278084]

hello,

"le transfo qui reste travaille en HF ", c'est bien le transfo de sortie ?
dans ce cas le HP recevrait directement la HF de puissance
As-tu prévu une remise en forme du signal de sortie avant d'attaquer le HP dont l'impédance est peut-être trop forte (ou qui nécessite des HP homologués Louloute?)

N'est-il pas risqué (ronflette, tensions élevées si le transfo audio présente des fuites et en cas de déconnexion ) d'amener le signal audio par un transfo dont un coté est impérativement à la terre et l'autre à un potentiel pas forcément fixe par rapport à cette terre


Et une Molson-Charlebois au sirop de l'arbre pour le modeste !
un modeste est celui qui veut péter plus haut que son caribou mais qui m'arrive pas à la cheville! proverbe quebecois bien connu


saluts

[invitea3c675f3]

Pour moi ‘schéma de principe’ veut dire qu’il y n’est pas définitif.

Perso, je crains surtout pour ce fameux transfo : s’il reçoit bien de la PWM (MLI), autour de 100kHz, il devra quand même fonctionner à la plus basse fréquence (20Hz), d’où un gain moins sexy en poids et coût.

Quant à ‘péter plus haut que j’ai le trou’, les membres de Futura savent tous combien je suis vaniteux.

[invite60c6fa7f]

J'ai déjà vu un design du genre, un ampli tout analog alimenté par le 120VAC redressé pour un haut parleur amplifié dans une boite fermée. L'isolation galvanique de l'entrée était confiée à un optocoupleur. Pas si mauvais aux dires du concepteur...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Depuis le temps qu’on fabrique des amplis avec alim d’une part, et amplification d’autre part dans toute sorte de classe fumeuse, je me suis demandé si ce serait trop simple de faire moins compliqué (normal, je ne suis plus tout-à-fait Français ).

Moi non plus: je suis Grolandais, on est donc faits pour se comprendre.

Le principe : redressement du 230Vac (icitte, c’est du 120, mais je me mets à votre niveau ) Sur le 320Vdc un ampli classe D (avec isolation galvanique de l’entrée audio, œuf corse) et transfo pour adapter direct aux 8Ω du H.P.

Que cela fonctionne, je n'en doute pas: en fait, certains onduleurs utilisaient ce principe; dans l'autre direction et pour une seule fréquence, mais un principe reste valable whatever

Résultat : on économise un transfo, celui qui reste travaille en HF donc plus petit, plus léger, moins cher…

Là par contre, il y a un os: le transfo voit la HF de découpe, mais il doit supporter le produit V*s de la modulation, et là c'est plus douloureux: il faut un transfo BF pur et vrai, qui passe la plus basse fréquence que l'on souhaite transmettre. Pour 16Hz, bonjour la ferraille....

En fait, il ne faut surtout pas que le transfo soit bon en HF: c'est son inductance de fuite qui va permettre le fonctionnement. Par contre, le volume de ferraille est inévitable.

On pourrait espérer employer du fer à béton comme noyau et corriger ensuite, mais avec deux transfos et un modulateur PWM générant une paire de pôles dans la boucle, le contrôle promet d'être difficile pour les fréquences dépassant 100Hz.
Avec un opto linéarisé pour remplacer le transfo signal, ce serait un peu plus facile, mais en tous les cas, ce ne sera pas une partie de campagne..
Pour balancer beaucoup de watts low-cost, ce doit être envisageable, le seul problème reste le transfo: même pour des applications à bande limitée style public address, il va être sérieusement volumineux si on veut profiter de beaucoup de puissance à pas cher

Je suggère qu’on baptise ça ‘classe Louloute’ par simple modestie !

Pas de problème, c'est gravé dans les tablettes de Futura

Quand j'aurai le temps (pas tout de suite), j'essayerai de faire une sim avec des paramètres réalistes (probablement pas les non-linéarités du transfo cependant, en tous cas dans un premier temps)

[invitea3c675f3]

Quand j'aurai le temps (pas tout de suite), j'essayerai de faire une sim avec des paramètres réalistes (probablement pas les non-linéarités du transfo cependant, en tous cas dans un premier temps)

Merci, Tropique, j'apprécierais!

[Tropique]

Bon, comme promis voici l'incarnation en sim de la classe Louloute: ici, il est montré sortant environ 600W sinus.
PAlouloute1.jpg

La fréquence de découpe est de 100KHz, et le modulateur est tout à fait basique: deux comparateurs en opposition.
Le premier ampli n'est pas utilisé: il était supposé servir à la contre-réaction, de manière tout à fait classique dans ce genre d'ampli, mais avec les transfos et l'impossibilité de passer du DC, l'ensemble lorsqu'il est connecté se met en latch-up.
Il doit bien y avoir une solution, mais pour le moment je ne vois rien de satisfaisant, c'est pourquoi cet étage est bypassé.

Le transfo a deux demi-primaires de 2H chacun, fortement couplés (0.9999); ils seraient typiquement réalisés en bifilaire.

Le secondaire est couplé de façon normale, ce qui résulte en une inductance de fuite, dessinée explicitement, de 25µH. Elle forme avec le condo de 1µ le filtre de sortie.

Tout n'est pas rose: le circuit n' a évidemment aucune réjection du ripple d'alim, et ce d'autant plus qu'il n'y a pas de CR; malgré le couplage élevé, le snubber (ici simplifié façon spice) doit absorber des pointes de courant impressionnantes, même en portant l'écrêtage à 1200V.
PAlouloute2.jpg
Le courant dans les MOS n'est pas triste non plus.

En résumé, dans la version actuelle, il faut un transfo massif, plus gros que du 50Hz pour la même puissance puisque la bande audio s'étend en principe plus bas, il faut une isolation d'entrée, la linéarité sera celle des composants, brute de fonderie et il n'y aura aucune réjection de ripple, ce qui exigera une alim régulée ou parfaitement filtrée. Bref, pas terriblement avantageux.
Pour l'améliorer, il serait peut-être possible de faire un circuit auto-oscillant style Ucd, ce qui permettrait d'implémenter une CR, et même d'inclure avantageusement le transfo dedans en exploitant son déphasage.
Si Louloute ou d'autres ont des suggestions, on peut les tester....

En réalité, il est probablement plus rationnel d'employer le gros transfo comme transfo secteur, et de mettre un ampli classe D classique, qui pourrait être d'assez bonne qualité: cela éliminerait une grande partie des problèmes constatés. Bon, évidemment ce ne serait plus de la classe louloute...

[Biname]

Joli tout ça ! J'ai fait de gros gros progrès LTSpice transfo saturation surtensions .

Tes sources 1200V sont des snubbers 'virtuels', limiteurs de surtensions ? Pourquoi 1200V ?

Biname

[Tropique]

La tension doit être aussi élevée que possible pour limiter les pertes, mais 1200V est la tension maximale raisonnable si on emploie des MOS courants.
Même avec 1200V, cela génère des pertes substantielles dans un snubber réel:

[invite0bbe92c0]

Bonjour

Pour ma culture personnelle, le schéma proposé dans le post initial n'est il pas ce qu'on appelle une amplification classe H ?

[Tropique]

Bonjour

Pour ma culture personnelle, le schéma proposé dans le post initial n'est il pas ce qu'on appelle une amplification classe H ?

Non, c'est bien de la classe D. La classe H est de l'amplification linéaire avec commutation automatique des tensions d'alim en fonction de l'amplitude du signal.

[invite0bbe92c0]

Non, c'est bien de la classe D. La classe H est de l'amplification linéaire avec commutation automatique des tensions d'alim en fonction de l'amplitude du signal.

Ah bon ? Au temps pour moi alors, car je croyais que c'était la classe G qui se caractérisait ainsi.(tensions d'alim. multiples).

[Tropique]

Les noms de classes n'ont rien de très officiel passé le E: en général on considère que G et H sont à peu près identiques, mais il y a peut-être un fabricant qui a baptisé de classe H autre chose.....

[invite0bbe92c0]

Les noms de classes n'ont rien de très officiel passé le E: en général on considère que G et H sont à peu près identiques, mais il y a peut-être un fabricant qui a baptisé de classe H autre chose.....

Je n'en sais rien, j'ai perdu tout cela de vue depuis ... longtemps; ma remarque était juste une vague réminiscence.

Néanmoins, intrigué, j'ai jeté un oeil sur l'article wikipédia (à prendre donc avec toutes les précautions d'usage) concernant la classe H et j'ai trouvé la chose suivante :

Les amplificateurs de classe H sont similaires à ceux de classe G, à la différence qu'ils n'utilisent qu'un seul amplificateur dont la tension d’alimentation « suit », ou est modulée par le signal d’entrée. L’alimentation maintient en permanence sa tension de sortie à un niveau légèrement plus élevé que ce qui est nécessaire. En général, ils possèdent deux tensions d’alimentation, comme ceux de la classe G, mais seule la tension d'alimentation la plus élevée est modulée (V'cc sur la figure ci-contre). L’alimentation modulée est généralement réalisée grâce à un amplificateur de classe D.

En effet, ici on a qu'une seule tension d’alimentation, mais c'est le fait de moduler l'alim via un classe D qui me rappelait quelque chose (enfoui loin dans ma mémoire ..... ).

Donc, ce n'est pas une classe H, enfin pas exactement.

[Biname]

La tension doit être aussi élevée que possible pour limiter les pertes, mais 1200V est la tension maximale raisonnable si on emploie des MOS courants.
Même avec 1200V, cela génère des pertes substantielles dans un snubber réel:
Pièce jointe 238242

Pourquoi ne pas renvoyer la surtension via une diode vers le 300V qui est en pratique un condensateur de forte valeur ? On récupère ainsi une bonne partie de l'énergie stockée dans le transfo sinon, c'est le 'snubber (R7,C6)' qui la dissipe.

??? Une autre iiiiiiidée ???? concernant le ripple d'alim sur la sortie, réinjecter ce ripple quelque part avec la bonne phase et la bonne amplitude afin de l'éliminer sur la sortie ???
C'est peut-être ce que le chantier de la réaction vers I+ U3 essaye de faire ? Pour l'instant ce sont deux sources de tension (V1 et V9) à résistance interne nulle qui se 'parlent'.

Beau projet ça ! Mais pourquoi monter à 300V pour les essais ?

Biname

[Tropique]

Pourquoi ne pas renvoyer la surtension via une diode vers le 300V

Parce que même avec un transfo idéal, la tension minimale apparaissant à ces points est 600V

??? Une autre iiiiiiidée ???? concernant le ripple d'alim sur la sortie, réinjecter ce ripple quelque part avec la bonne phase et la bonne amplitude afin de l'éliminer sur la sortie ???

Oui, c'est ce qui a été tenté, sans succès

Beau projet ça ! Mais pourquoi monter à 300V pour les essais ?

C'est l'idée de Louloute. En basse tension (24V), c'est utilisé dans des petits UPS sans problèmes, mais à tension plus élevée il y a apparemment des facteurs défavorables proportionnels à la tension, voire à la tensionⁿ

[invitea3c675f3]

Merci Tropique,

Un très beau travail, comme toujours.

Si tu as toujours la simulation dans ton ordinateur, peux-tu évaluer le rendement de l’ampli 600W à différences puissances de sortie ?

Si on ne gagne pas grand-chose en poids de transfo ni en fidélité, j’espère au moins qu’il a du rendement, même et surtout à bas niveau.

[invite6a6d92c7]

Intéressant!

Côté rendement, je ne parierais pas mes économies dessus mais je doute que ça casse des briques, vu la bande passante que doit ramasser le transfo et la puissance qu'il doit passer... Je suis curieux de le savoir, en tout cas!

[invitea3c675f3]

Je ne vois pas de temps mort. Est-ce qu’il ne faut pas toujours en mettre un (ce qui diminuerait le courant dans les snubbers) ?

[polo974]

Bonjour à tous,
j'avais aussi déliré sur un truc du genre mais sans aller au-delà du prémisse de l’embryon du commencement de l'idée (pour faire un variateur de vitesse isolé dans le but de piloter des moteurs async dans un système asservi genre robot parallèle (quand je vous dis que j'ai déliré, c'est pas à moitié))...

juste une remarque:
le transfo, bobiné en bifilaire, ça risque de déménager en terme d'isolation inter spires...
(il y a fort fort longtemps, j'avais un bouquin sur le bobinage de transfo, et un des pb était l'isolation entre les couches de bobinage, mais là, on a la totale entre les spires des 2 enroulements bobinés en parallèle...)
bref, en plus de la ferraille, il faudra aussi de l'air (1200V... je n'y mets pas les doigts...)

reste (à mes yeux) 2 solutions:

• pas de transfo (avec les risques liés à l'absence d'isolation mais possibilité de monter en puissance),
• alim à découpage "normale" et ampli classe D "normal" à suivre (désolé Louloute...) ...

[Tropique]

A presque la puissance max, 675W, le rendement est de 68%. En réalité un peu moins, parce que les mécanismes de pertes secondaires n'ont pas été inclus dans les composants réactifs notamment.
PAlouloute4.png

PAlouloute5.png
La THD vaut 0.415% (attention, les résidus non-harmoniques ne sont pas comptés)
A mi-puissance, ça passe à 54.4% et la THD est de 0.205%.
Enfin, au 1/10ème de la puissance, on est à 21.2% et 0.26% de THD

Je ne vois pas de temps mort. Est-ce qu’il ne faut pas toujours en mettre un (ce qui diminuerait le courant dans les snubbers) ?

Il y a une provision pour en mettre, mais la cross-conduction n'est pas trop un problème, grâce à l'inductance de fuite résiduelle entre les deux primaires; en fait, elle a un effet favorable, elle réduit la distorsion de crossover.
Ici, les seuils de commutation sont décalés de +/-55mV, ce qui résulte en un temps mort d'une centaine de ns:
PAlouloute6.png

Dans ces conditions, le rendement passe à 27% et la THD à 0.3% (pour Pnom/10)

[Biname]

Magnifique !

Hmmm ! Réduire R7 et augmenter C6 limiteraient les surtensions sur les drains(600V ici en simu), non ?

Il ne reste plus qu'a trouver un transfo dont le K vaut 0.9999 pourquoi pas 1 ?

Biname

[Tropique]

Hmmm ! Réduire R7 et augmenter C6 limiteraient les surtensions sur les drains(600V ici en simu), non ?

Diminuer l'impédance du snubber permettrait de réduire les surtensions, qui sont de 1kV dans ce cas. En même temps, cela augmenterait la puissance dissipée, qui atteindrait l'infini vers 600V

Il ne reste plus qu'a trouver un transfo dont le K vaut 0.9999 pourquoi pas 1 ?

1, non sauf en sim.
0.99999 est possible avec un enroulement bifilaire: cela représente 40µH de fuite entre les deux primaires.

[bobflux]

Reste le léger problème que la source audio est reliée au primaire sans isolation

[invitea3c675f3]

Merci de nouveau Tropique,

Je trouve le rendement très respectable !

Peux-tu évaluer la perte dans le(s) snubber(s), le gros de la perte est-il là ?

Si oui, est-il possible de se débarrasser du transfo et de réduire les pertes de snubber ? Je pense à un final avec pont en H chargé directement par un HP de 120 Ω (quinze 8Ω en série) ‘snubberisé’ plus gentiment.

[invitea3c675f3]

Un montage dans ce genre.

[Tropique]

Je trouve le rendement très respectable !

Mouais, si on veut: c'est quand même moins qu'un classe AB de puissance équivalente....

Peux-tu évaluer la perte dans le(s) snubber(s), le gros de la perte est-il là ?

Pas difficile: la tension sur la 7K5 se situe entre 1 et 1.2kV, tu peux faire le calcul..

Si oui, est-il possible de se débarrasser du transfo et de réduire les pertes de snubber ? Je pense à un final avec pont en H chargé directement par un HP de 120 Ω (quinze 8Ω en série) ‘snubberisé’ plus gentiment.

Le problème n'est pas le transfo en lui-même, c'est la manière de l'employer. Dans un ampli classe D tout à fait classique, on pourrrait mettre le transfo en sortie sans aucun snubber (tout en l'utilisant comme self implicite du filtre de sortie).

Pièce jointe 238378

Un montage dans ce genre.

Faire passer la CR par un transfo va être un cauchemar à stabiliser: il faut passer le signal uniquement, et faire la comparaison signal /feedback côté ampli

[invitea3c675f3]

Mes calculs sont-ils exacts :

L’ampli à 675W a un rendement de 68%, donc il consomme 1kW

Dans le snubber on perd autour de 160W

S’il n’y avait pas de perte de snubber, l’ampli consommerait 840W, soit un rendement de 80%.

[Tropique]

S’il n’y avait pas de perte de snubber, l’ampli consommerait 840W, soit un rendement de 80%.

Aux pertes négligées près, oui. En réalité, moins quelques %

[invitea3c675f3]

Merci Tropique.