Sub Ampli DSP

[alka]

j'ai l'impression qu'il n'y a que Hypex qui inclut le filtre de sortie dans la boucle.

Pour le reste je sais pas du tout a quoi servent tous ces blocs dans l'ampli pwm de TI. C'est jamais aussi simple qu'on aimerait manifestement...

[thierryvalk]

Voici une doc (toujours en anglais) sur les amplis classe D réalisée justement par Hypex.
http://www.hypex.nl/docs/papers/AES124BP.pdf

On y explique pas mal de principes surtout au niveau de la CR après ou avant la self.

Page 6 on a la structure de base de l’ampli classe D.
Un comparateur avec d’un côté un signal triangulaire et l’autre le signal audio.
Ce comparateur, en digital, peut-être simplement remplacé par un mécanisme à timer.

Page 21 à 23, on nous montre un signal de sortie au niveau des transistors de puissance par rapport à la PWM de base.
Malheureusement ce signal n’est plus un beau carré et c’est donc là que tous les ennuis commencent.

[thierryvalk]

Vu que les docs ne semblent pas très captivantes

Voici l'installation avec une photo.
Rien de très poussé, mais pas de fumée.
J'ai donc mes 2 signaux PWM qui contrôlent le driver brancher à des résistances série.
J'ai la mesure de la tension et du courant sur l'oscillo.

Va falloir penser au filtre de sortie.

[androuski]

Les drivers sont ceux qui pilotent les mosfets ? Il n'y a pas de puissance à ce stade ?

[thierryvalk]

Pour le début du développement, j'utilise un driver en IC; complet avec la puissance et surtout bien protégé.

[alka]

tiens, je n'aurai pas mis le fil noir a cette place. Surprenant que ça marche !

bon, sans rire, une question.
Pardon pour le pas en arrière. C'est pour comprendre le projet dans son ensemble. Je raconte avec mes mots et tu me corrige/complete :

T'as eu l'idée de faire un ampli digital a pwm (ce qu'on appelle maintenant un FDA - Fully Digital Amplifier) dont l'originalité est que la pwm est controlée par micro-controleur. Appelons ça un µCFDA.
Comme la fréq pwm sera basse, tu le destine plutot a un SUB.

Mais on parle aussi de DSP, de controle en courant et de capteur ACH. Le public ébahi se raccroche a ce qu'il connait : sub controlé (asservi si on veut). Le projet australien avec la double boucle courant + capteur semble etre un bon exemple.

Ma question : dans le projet de sub controlé, l'ampli µCFDA est il une boite noire (un projet dans le projet) ou dans ton idée,le dsp, controle (courant et/ou capteur) seront ils tous imbriqués dans l'ampli ?

[thierryvalk]

Je n’aime pas la notion de FDA ou d’ampli digital.
La seule différence est que l’on se passe de DAC, mais il y aura l’un ou l’autre ADC car on traite bien des valeurs analogiques.

L’avantage du µC ou DSP est de pouvoir réaliser des fonctions qui deviennent parfois trop lourdes en analogique. L’inconvénient étant la latence.

Pour répondre à ta question, mon but est de faire un max avec le µC et un min avec le DSP en amont.
Le DSP ne devrait faire que la mise en forme du signal et non de la correction en temps réel.

Mais il faudra voir ce qui fonctionne, le plan B est d’utiliser un tout petit µC juste pour faire de la PWM et dans ce cas le DSP ferait partie intégrante de l’ampli.

[alka]

Je n’aime pas la notion de FDA ou d’ampli digital.
La seule différence est que l’on se passe de DAC, mais il y aura l’un ou l’autre ADC car on traite bien des valeurs analogiques.

bah en 2015 on est censé être numériques. Le seul ADC qui reste est à la prise de son au micro

L’avantage du µC ou DSP est de pouvoir réaliser des fonctions qui deviennent parfois trop lourdes en analogique. L’inconvénient étant la latence.

Pour répondre à ta question, mon but est de faire un max avec le µC et un min avec le DSP en amont.
Le DSP ne devrait faire que la mise en forme du signal et non de la correction en temps réel.

Mais il faudra voir ce qui fonctionne, le plan B est d’utiliser un tout petit µC juste pour faire de la PWM et dans ce cas le DSP ferait partie intégrante de l’ampli.

j'ai peur qu'on ne se comprenne pas sur le contour de ce que tu appelles "ampli".
Le projet complet c'est différentes fonctions : 1)création pwm depuis l'i2S, 2)amplification pwm, 3)gestion des boucles en retour (courant/capteur) 4)correction signal (mise en forme). Et puis faut pas oublier 5)gestion interface utilisateur.
Les deux premières sont un ampli a proprement parler.
On peut très bien envisager que le µC remplisse les fonctions 1) et 3) et même 4) s'il le peut. Ou répartir 3) et 4) entre le µC et un coprocesseur DSP, voire un DSPiy externe.
Je n'appellerai pas le tout un "ampli". Trop réducteur. Je comprend que le plan d'ensemble évoluera au fur et a mesur selon les conclusions des tests. En tout cas, gros effort de codage µC a prévoir.

[louisr]

Salut,
Effectivement j'ai pas trop pris le temps de bien lire les docs, j'ai regardé rapidement ça a l'air très intéressant mais j'ai quand même pas les connaissances pour tout comprendre, notamment au niveau de la CR, c'est encore un peu flou pour moi. Sinon super pour le premier test
Vu le banc de résistance de puissance, tu es à quelle puissance en sortie ?
Sinon toujours au niveau du vocabulaire j'ai un peu de mal avec la notion de "numérique" quand on parle de classe D. Le numérique, pour moi, c'est des états discret, 0 ou 1. Ici je suis d'accord sur le fait qu'on ai des états discret au niveau de l'amplitude de la PWM, mais pour moi ça reste dans le cadre de l'analogique, car on fait varier continûment le rapport cyclique de 0 à 100%, ce qui peut très bien ce faire en composants analogiques. Donc pour moi on a bien une conversion N/A qui se fait au niveau de la sortie, qui dépend du nombres de bits sur lequel travaille l'µC, ce qui est pour moi, comparable à un DAC, même si la on ne travaille pas sur l'amplitude mais sur le duty cycle. Bon après c'est juste ma vision des choses.
Pas très utile à l'avancement du projet, mais bon
Louis

[thierryvalk]

bah en 2015 on est censé être numériques.

Numérique ou digital ?

1)création pwm depuis l'i2S,

Oui et non, dépend de la topologie utilisée.
En fait il faut surtout voir l’I2S comme étant une consigne.
Et idem avec Louisr

Ici je suis d'accord sur le fait qu'on ai des états discret au niveau de l'amplitude de la PWM, mais pour moi ça reste dans le cadre de l'analogique, car on fait varier continûment le rapport cyclique de 0 à 100%

Pas vraiment, j’en ai parlé plus avant, on ne peut convertir directement de l’I2S (PCM) en PWM, on aura juste quelque chose qui va tourner autour vu le manque de définition de la PWM.

Et donc la CR vu que de toute manière l’étage de puissance, le 2), va déformer et apporter de l’imprécision dans le signal.

3)gestion des boucles en retour (courant/capteur)

Fait donc partie intégrante de 1)

4)correction signal (mise en forme).

Oui, par exemple le passe-bas.

Et puis faut pas oublier 5)gestion interface utilisateur.

Là je ne vois pas trop, le volume ?

Pas très utile à l'avancement du projet, mais bon

Si car il faut bien visualiser les principes et données de base.

[androuski]

Ce que je comprends c'est que sur la base :

- d'un µc sur carte d'éval. qui gère la PWM
- et d'une carte driver sur carte d'éval itou qui permet de voir la tronche du signal amplifié,

tu comptes trouver la meilleure distribution des rôles, en déterminant jusqu'où tu peux aller avec le µc retenu, ce que tu peux lui confier : PWM, gestion boucle CR ++, qq éléments de filtrage. Pour cette étape la topologie finale de l'étage driver/puissance importe peu puisque tu en es juste à établir par méthode empirique un bloc diagramme. Habituellement je suppose que tu conçois tes blocs diagrammes sur une jolie page blanche, sur la base des spéc. des composants. Ici, l'inconnue c'est la gestion de la boucle CR ++, d'où la méthode empirique je suppose ?

La question que je me pose est : le comportement de l'étage driver/puissance est-il indifférent/standard dans cette étape ? Je veux dire : jusqu'où tu peux pousser les tests sur cette base sans les voir compromis par le fait que l'étage de sortie final du projet se comportera un peu différemment ?

En tout cas chapeau : on apprend sans faire gaffe à te suivre

[thierryvalk]

tu comptes trouver la meilleure distribution des rôles, en déterminant jusqu'où tu peux aller avec le µc retenu, ce que tu peux lui confier : PWM, gestion boucle CR ++, qq éléments de filtrage. Pour cette étape la topologie finale de l'étage driver/puissance importe peu puisque tu en es juste à établir par méthode empirique un bloc diagramme.

Exactement.

Habituellement je suppose que tu conçois tes blocs diagrammes sur une jolie page blanche, sur la base des spéc. des composants. Ici, l'inconnue c'est la gestion de la boucle CR ++, d'où la méthode empirique je suppose ?

La feuille blanche, oui, il faudrait , mais cela fait longtemps que je joue avec des µC qui ont le grand avantage d’être programmable et donc de pouvoir tester et mettre ou point différentes topologies sans sortir le fer à souder.

Le gros problème des ponts à Mosfet ce sont les temps morts.
Un transistor à une latence et temps de montée pour passer de l’état Off à On. Idem dans l’autre sens et le temps n’est pas forcément le même.
L’avantage de l’IC est qu’il intègre cette gestion qui évite de créer de beaux court-circuits.
Après il faudra rajouter cette gestion de temps morts.
Et ce seront principalement eux qu’il faudra optimaliser selon le hardware.
Mais ce ne sont que quelques variables numériques a entrer dans le firmware.

En tout cas chapeau : on apprend sans faire gaffe à te suivre

Attention que je peux dire des âneries, j'apprend aussi.

[alka]

Habituellement je suppose que tu conçois tes blocs diagrammes sur une jolie page blanche,

tu découvres ? Thierry faire un dessin du plan qu'il a dans la tete avant d'agir
même apres 3 ans ça choque toujours mon éducation cartésienne

sur les mots: numérique c'est la traduction française de digital
On est bien d'accord qu'une pwm pas des 0 et des 1. Comme ce n'est pas continu (au sens ou c'est pulsé) du coup, le monde (constructeurs inclus) s'est mis a appeler ça digital. C'est un gros abus de langage, mais bon...

3)gestion des boucles en retour (courant/capteur)

Fait donc partie intégrante de 1)

Je n'ai pas parlé de la boucle de contre-réaction habituelle mais j'aurai du. Selon les choix de design, c'est jusqu'à 3 boucles, imbriquées ou pas.
Pense au sub asservi "façon none" ou au servosub australien : la boucle de contre-réaction de l'ampli est indépendante. L'ampli est une boite noire dans ces cas.

Pour le 5) je pense a plein de choses : volume, leds d'information (limiteur, etc), telecommande / boutons on-off et choix du réglage de DSP, possibilité d'entrer les réglages selon le HP utilisé, etc. . En même temps, ça dépend fortement des choix retenus. S'il y a un dspiy en amont il peut faire.
C'est juste de savoir si tout doit etre pensé dans le firmware du µC de ce "µCFDA" ou si des choses peuvent etre déportées ailleurs.

[androuski]

Pour réagir à la réponse de Thierry : bon c'est cool, jusque là je suis la démarche... enfin la méthode.
La gestion du décalage entre la commutation de chaque branche du pont, ça doit dépendre aussi des spéc. des mosfets, même si ils sont du même type, je veux dire : les mosfets ne sont pas appairés donc on ne peut pas pour une topologie donnée avec un type de mosfet donné avoir un réglage vraiment universel, si ?

Sinon d'un pt de vue + général : est-ce que la disto plus haute sur petits signaux que sur forts signaux que l'on constate en général sur les amplis classD a qq chose à voir avec ça ? En gros ça revient à de la distorsion de croisement puisque ce que tu appelles les temps morts constituent des temps pendant lesquels aucun TR ne conduit, non ?

Alain : en gros on appelle ainsi les amplis numériques uniquement par raisonnement analogique
(On/Off = 0/1)

[alka]

Alain : en gros on appelle ainsi les amplis numériques uniquement par raisonnement analogique

exactement !



Pour la contre-réaction, j'ai pas encore compris comment ça pouvait marcher vu que l'entrée est en I2S. alors contre réaction en courant, encore moins


pour le reste, oublie les termes comme disto de croisement des classB, rien a voir sur les classD. La doc d'IRF indiquée par louis explique bien les phénomènes liés à la non perfection des mosfets.

[thierryvalk]

Justement, faut ’il plusieurs CR ou une seule ?
Le but ici est bien de ne pas avoir différentes boites noires, mais un ensemble le plus efficace possible en restant avec de petits moyens.
En gros faire un DAC delta-Sigma de puissance.

Et si asservissement, ne pourrait‘on pas utiliser uniquement l’accéléromètre comme mesure d’erreur par rapport au signal d’entrée ?

Soit on tente d’avoir une PWM la plus correcte possible en corrigeant individuellement chaque défaut ou l’on part de juste +1 -1 pour donner le sens de la membrane puis l’on régule.
Un peu du style d’un thermostat de chauffage/ airco mais en plus rapide.

Pour le 5) je pense a plein de choses : volume, leds d'information (limiteur, etc), telecommande / boutons on-off et choix du réglage de DSP, possibilité d'entrer les réglages selon le HP utilisé, etc. . En même temps, ça dépend fortement des choix retenus. S'il y a un dspiy en amont il peut faire.
C'est juste de savoir si tout doit etre pensé dans le firmware du µC de ce "µCFDA" ou si des choses peuvent etre déportées ailleurs.

Oui juste, mais ne pense tout de même pas trop.
Je dirais que l’idéal est d’avoir tout dans le µC vu qu’il est le mieux placé pour avoir toutes les infos justes, mais il pourrait communiquer avec le µC du DSPiy en I2C pour y envoyer infos et recevoir les ordres.

Androuski, oui les transistors ne sont pas appariés et leurs specs changent aussi avec la T°.
Le but est d’avoir les plus petits temps morts mais sans fumée.
Et c’est aussi l’avantage de travailler à une fréquence plus basse qu’un Classe D conventionnel vu que le % de temps mort par rapport au signal actif sera plus faible.

Pour ce qui est des faibles signaux, il faut garder en tête que pour avoir 0V en sortie on fait une PWM à 50%

[alka]

Et si asservissement, ne pourrait‘on pas utiliser uniquement l’accéléromètre comme mesure d’erreur par rapport au signal d’entrée ?

Soit on tente d’avoir une PWM la plus correcte possible en corrigeant individuellement chaque défaut ou l’on part de juste +1 -1 pour donner le sens de la membrane puis l’on régule.
Un peu du style d’un thermostat de chauffage/ airco mais en plus rapide.

Pour la petite histoire, une régulation c'est une version simplifiée d'un asservissement. Dans une régul, la consigne est fixe (une température cible par exemple) alors que dans un asservissement, la consigne bouge (parfois vite) et faut la suivre vite et sans trop d'overshoot.


l'accéléro donne l'image de l'accélération de la membranne, ie une image du signal (analogique) entrant dans la bobine a un facteur de gain près.
Dans l'asservissement façon none, c'est exactement comme ça : le signal de l'accéléro (mesure) est comparée au signal entrant (consigne) ce qui donne le delta a amplifier.
Pour comparer le signal accéléro a une pwm, je sais pas faire.

C'est pareil pour le courant qui traverse une résistance : je sais pas comment comparer à une pwm.

Hypex et ST y arrivent (FDA4100LV) manifestement puisqu'ils prennent le feedback après le filtre de sortie, donc lorsque le signal est analogique.
http://www.hypex.nl/docs/papers/PaperAESDenmark.pdf

Peut etre faut il des adc et comparer au signal numérique au bon endroit dans le DSP ou dans le µC. Mais c'est bien compliqué de faire une CR dans un ampli FDA. C'est bien pourquoi la plupart n'en font pas.

Oui juste, mais ne pense tout de même pas trop.

peux pas m'empécher

[androuski]

Question bête : en dehors du fait qu'on entre en i2S sans conversion ADC et du rendement et donc de la possibilité d'utiliser un petit dissipateur, y'a-t-il un autre avantage à utiliser un ampli classD ? Dans le cadre d'un asservissement cela semble amener plus de tracas que d'avantages, non ?