LTspiceによる回路シミュレーション、EagleによるPCB設計、試作、EMSによる頒布まで
比較のためにSiC SBDによる正負電源のシミュレーションも載せておきます。
LTspiceで回路図を起こします。
SCS106AGはすでにディスコンなので、
SCS206AGのSPICEモデルをロームのサイトから持ってきています。
余計な部分はいろいろな実験の後なので無視して下さい。
次に過渡分析の結果を示します。
SCS206AGのSPICEモデルがよくないのか、
100msまでしかシミュレーションできません。
SCS206AGは、スイッチング時間が12 ns、
容量性電荷が9 nCとなっていて、
SCS106AGよりも性能が向上しています。
オーディオパワーアンプの設計に関する参考書としては、この本が今のところ一番良いと思います。
著者のBob Cordellのサイトはこちらです。
Designing Audio Power Amplifiers
基礎的な内容からSPICEシミュレーションも含めて、丁寧に書かれているのでおすすめです。
例によってEAGLEに回路図を入力します。
テスト時の安全のため、コンデンサが放電したことがわかるように、ブリーダー抵抗とLEDを追加してあります。
外付けで2回路のトランスをつなぐ形にしています。
次にPCBのアートワークです。
V+, GND, V-をベタパターンにして、電源のインピーダンスを下げています。
ヒートシンクは念のためです。
理想ダイオード・ブリッジ・コントローラでLT4320というのがあります。
これを2個使ってSiC MOS FETアンプの+-50Vの電源を作ろうと思います。
スイッチング用のMOS FETはFDP027N08Bが良さそうです。
まずは、LTspiceで回路図を作成。
過渡分析の結果はこんな感じです。
オン抵抗が2.7 mΩで発熱がSiC SBDよりも一桁小さいので、ヒートシンクも要らない感じです。
また、順方向電流の定格が223Aもあるので、突入電流（平滑用コンデンサ60,000 uFで21A程度ある)が問題にならないのがすばらしいです。
回路が設計できたので、次は基板設計です。Eagleでまず回路図を作成します。
サスペンディッド電源(Bootstrapping)も同一基板に乗せてしまいます。電源のコモンをGNDでなく、出力でフロートすることで、オペアンプの電源レールを出力に沿って移動させ、オペアンプの出力を+-15Vを越えてスイングさせています。
回路図が出来たら、次はプリント基板（PCB）の設計（アートワーク）です。
両面ベタグランドですが、電源電圧が異なる領域をスリットで分けています。また、トランスとインダクタの部分はベタを抜いています。
SiC MOSFETアンプを作ろうと思ったときに、まず困るのが、N-chしかないため、コンプリメンタリーの回路が組めないことです。
準コンプリメンタリ（Quasi Complementary Feedback Pair）の設計例を探しても、なかなか適当なのがみつかりません。
そこで、LT1166のデータシートに出ている回路をベースにLTspiceでシミュレーションしながら、出来上がったのが、次の回路です。
BJT(2SC4883A, 2SA1859A)によるドライバ段を追加して、ボトムサイドはR26(120Ω)とR27(510Ω)のエミッタ・ディジェネレーションで、出力段(SCT2120AF)をフルスイングするように設定しています。
AC Analysisの結果は次の画像です。C1を3 pFに設定して、周波数特性を100 kHzまで伸ばしています。位相余裕、ゲイン余裕も問題なさそうです。
Transient Analysisの結果は次の画像です。THD(3Vpp, 20 kHz)は、0.062870%とまずまずです。
最後に20kHzの矩形波応答を見ておきます。問題なさそうです。
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