UHC MOSFETアンプの熱設計

大きな放熱器付きのアルミケースなので、

サスペンディッド電源の3端子レギュレーターと

理想ダイオード電源のMOSFETも

アルミケースの底面に放熱するように設計を変更しました。

hy88-43-33-amph

bootstrap3h

idealdiodepsuh

EagleのTO220Hパッケージは、

3本のリードがtPlaceレイヤーで作られているため、

StopMaskエラーが多発します。

パッケージエディタで、

3本のリードをtDocuレイヤーに変更すると

エラーが回避できます。

 

UHC MOSFETアンプケースの加工図面

LibreCADで、アンプケースの加工図面を作成しました。

hy88-43-33-ampdxf

ケースは、タカチのHY88-43-33を選択。

 

DXFのハッチングがLibreCADだと、エラーになるので、

とりあえず削除して、必要なところだけハッチングし直しました。

また、再描画が重いので、アイソメ図も削除しました。

また、フォントをunicodeにしないと日本語が表示できないので、

図面のタイトル欄なども削除しました。

 

加工を楽にするために、

MOSFETの位置をヒートシンクの溝の位置に合わせて修正して、

RCAとスピーカー端子をノイトリックに、

ACインレットをヒューズ付きのものに、

それぞれ変更しました。

 

Elliott Sound Products

海外の自作オーディオのサイトで、

Elliott Sound Productsを紹介します。

Main Indexのページから必要なページにいけます。

 

Articlesのページには、

Amplification, Design Guidelines, Power Supplies,

Loudspeaker Design, Crossoversなど、

豊富な記事があります。

 

Projectsのページを経由して

Index of projects by categoryのページから、

MOSFET Power Ampなどのプロジェクトページにいけます。

 

Purchaseのページでは、

PCB(プリント基板)も販売しているので、

手っ取り早く製作や試作をしたい人にも便利なサイトです。

 

ヘッドフォンドライバの実装

ヘッドフォンドライバの実装例です。

DSC_0091

タカチのSW型プラスチックケース

両面ユニバーサル基板で実装して納めています。

ステレオミニジャックとUSB端子を納めるための

ケースの加工が結構面倒です。

 

密閉型のモニター用ヘッドフォンで聴くと、すごい臨場感です。

ケースの蓋をしても、LT1364の発熱は問題ないようです。

 

ヘッドフォンドライバの基板設計

ヘッドフォンドライバの基板設計です。

 

USBから5Vの電源を取得して+-15Vの電源を得るために、

DC/DCコンバーターCC3-0512DF-Eを使用します。

 

EAGLEの回路図はこちらです。

hpdsch

実体配線図はこちらです。

hpdbrd

入力のヘッドフォンジャックのスイッチ端子をGNDに落とすのを忘れると、

入力のステレオミニプラグが抜けたときに発振します。

 

ヘッドフォンドライバの回路設計

オペアンプの音を簡単に聴くために、

ユニティゲイン・バッファによるヘッドフォンドライバを設計します。

ユニティゲイン安定の2回路のオペアンプとしてLT1364を選択します。

 

そのままでは、高域のゲインが高すぎて発振するので、

出力にフィルタをかけます。

LTspiceの回路図はこちらです。

hpd1364asc

ACアナリシスで位相余裕とゲイン余裕を確認します。

hpd1364ac

 

UHC MOSFET アンプの回路設計

Ultra High Currentといっても、

何アンペアから上を指すのか知りませんが、

ここでは2Ωの負荷(スピーカー)をドライブできるアンプを設計します。

 

MOSFETはHUF75639P3を選択します。

NチャネルUltraFET パワーMOSFET 100V、56A、25mΩ

Pd = 200W, Qg(TOT) = 130nC, Ciss = 200pF

となっていまして、

瞬時電流はトランスコンダクタンスに制限されますが、

データシートでは200Aまでグラフが伸びています。

 

LTspiceでシミュレートしながら次の回路図に到達しました。

lt1166audioampqc3asc

SiC MOSFETアンプの回路からの変更点は、

ドライバ段の100Ωのベースストッパーを

パワー段のゲートストッパーに移動したことと、

電流検出抵抗を0.22Ωから0.1Ωに変更しただけです。

 

負荷抵抗を2Ωまで下げても矩形波応答は、

立ち上がりと立ち下がりが少し遅れるだけで、

ほとんど変わりません。

 

歪率も

THD(20kHz, 3.0Vpp, 8Ω) = 0.017626%

THD(20kHz, 3.0Vpp, 4Ω) = 0.020013%

THD(20kHz, 3.0Vpp, 2Ω) = 0.022164%

となっています。

 

価格も1個202円(RS)とリーズナブルです。

 

SiC SBDによる正負電源の基板設計

SiC SBDの基板設計も参考までに載せておきます。

EAGLEの回路図はこんな感じです。

rectifiersicsbdsch

2回路のトランスを外付けにする構成です。

正負両方にダイオードブリッジを構成しています。

また、平滑用のコンデンサの他に、パスコンをダイオードと出力端子につけています。

 

アートワークはこんな感じです。

rectifiersicsbdbrd

ヒートシンクの間隔の調整やベタパターンをする前ですが、

ユニバーサル基板で組んでも良いと思います。